某鋼廠年產120 萬t 高爐水渣微粉項目設計特點探究

王 磊，肖紅濤

（中冶華天工程技術有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

在高爐煉鐵過程中，會產生大量的廢渣，每生產1 t 鐵就會產生0.25～0.35 t 爐渣。高爐渣和鋼渣的不斷積累會造成環(huán)境污染和資源浪費，高爐礦渣微粉處理是提高鋼鐵渣外循環(huán)的有效途徑，它既減少了對環(huán)境的污染，又增加了建材行業(yè)“綠色”含量，對實現(xiàn)低碳經(jīng)濟、節(jié)約不可再生資源、促使鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義[1]。高爐礦渣微粉處理工藝是爐渣后續(xù)回收利用的重要手段之一，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。本文著重介紹某鋼鐵企業(yè)120 萬t水渣微粉項目的工藝技術特點。

1 主要技術經(jīng)濟指標

水渣微粉系統(tǒng)主要技術經(jīng)濟指標如表1 所示。

表1 水渣微粉系統(tǒng)主要技術經(jīng)濟指標

2 工藝流程簡述

原料水渣經(jīng)皮帶機由高爐輸送至水渣緩沖倉和水渣堆場，水渣緩沖倉內的水渣經(jīng)皮帶稱重機均勻地給入磨機中。原料在磨機內被粉碎的同時被干燥，磨成的合格渣粉通過管道經(jīng)高濃度的袋式收粉器收集，布袋收塵器后設有1 臺排粉引風機。收集的成品渣粉經(jīng)收粉器灰斗下的輸送設備送至成品粉料倉中。

采用煙氣爐的熱源氣作為干燥劑，由排粉引風機抽入磨機內。

磨機內設動態(tài)分離器，不合格的粗粒被分離器分離后經(jīng)過皮帶和斗提機重新返回磨機繼續(xù)碾磨。在返料過程中，原料中的鐵屑經(jīng)除鐵器的除鐵落到收集箱中，定期外排。

3 主體工藝配置

3.1 水渣儲運系統(tǒng)

水渣堆場及配套的輸送設施包括水渣直供系統(tǒng)、水渣堆場、渣場進料系統(tǒng)、渣場出料系統(tǒng)。其中，水渣堆場一次建成，渣場進料系統(tǒng)預留二期高爐水渣輸送的接口；渣場出料系統(tǒng)一次建成，水渣直供系統(tǒng)預留二期高爐水渣輸送的接口。

3.1.1 水渣直供系統(tǒng)

設置水渣底濾池旁受渣斗至磨機系統(tǒng)進緩沖倉的直供系統(tǒng)，采用雙系統(tǒng)運輸，一期由2 座高爐的底濾池旁受渣斗開始至磨機系統(tǒng)進緩沖倉為止，預留二期高爐水渣輸送系統(tǒng)的接口及輸送能力。

水渣直供系統(tǒng)能力：帶寬B=1 000 mm，帶速v=2.0 m/s，運輸能力Q=600 t/h。

3.1.2 水渣堆場

水渣堆場設置在磨機系統(tǒng)的北側。該堆場設計為室內堆場，采用C 型料庫形式，長度為240 m、跨度70 m。該水渣料庫一次建成，水渣堆場的設計儲量約為7 萬t。

水渣料庫采用雙系統(tǒng)進料、雙系統(tǒng)出料，上方設2 臺電動卸料車進行堆料作業(yè)，下方兩側各設置1 臺（共2 臺）門式刮板取料機進行取料作業(yè)。堆場端部設擋墻，擋墻預留鏟車作業(yè)通道。取出的物料通過帶式輸送機轉運至磨機系統(tǒng)前的緩沖倉內。門式刮板取料機的主要技術參數(shù)如表2 所示。

表2 門式刮板取料機的主要技術參數(shù)

水渣料庫進料系統(tǒng)能力：帶寬B=1 000 mm，帶速v=2.0 m/s，運輸能力Q=600 t/h。水渣料庫取料系統(tǒng)能力：帶寬B=1 000 mm，帶速v=2.0 m/s，運輸能力Q=600 t/h。

3.1.3 渣場進料系統(tǒng)

渣場進料系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)。一期由2 座高爐的底濾池旁受渣斗開始至水渣料庫頂部的卸料車為止，預留二期高爐水渣輸送系統(tǒng)的接口及輸送能力。

渣場進料系統(tǒng)輸送能力同水渣料庫庫上卸料小車卸料能力。渣場進料系統(tǒng)能力：帶寬B=1 000 mm，帶速v=2.0 m/s，運輸能力Q=600 t/h。

3.1.4 渣場出料系統(tǒng)

渣場出料系統(tǒng)庫內采用雙系統(tǒng)，分別接受2 臺門式刮板取料機的來料，庫外輸送采用單系統(tǒng)供至磨機系統(tǒng)進緩沖倉的兩條系統(tǒng)。

渣場出料系統(tǒng)的系統(tǒng)輸送能力同門式刮板取料機的取料能力。渣場出料系統(tǒng)能力：帶寬B=1 000 mm，帶速v=2.0 m/s，運輸能力Q=600 t/h。

3.2 水渣立磨系統(tǒng)

水渣立磨系統(tǒng)包含水渣緩沖倉及配料設施、鋼渣摻兌設施、水渣立磨、收粉器、微粉輸送系統(tǒng)、返料設施等。

3.2.1 水渣緩沖倉

水渣緩沖倉容積450 m3，可儲存水渣400 t，可保證水渣立磨正常生產2 h 以上。水渣緩沖倉下設帶寬B=1 000 mm 的皮帶秤，給料能力0～220 t/h，變頻調速，給料精度±0.5%。

3.2.2 鋼渣摻兌設施

鋼渣摻兌設施包含鋼渣受料斗、斗提機及鋼渣緩沖倉。鋼渣緩沖倉容積約450 m3。

3.2.3 水渣立磨

立式輥磨越來越廣泛地用于水泥廠生產線。新建現(xiàn)代化水泥生產線中，煤、生料的粉磨采用立式輥磨者占90%以上，水泥熟料和礦渣粉磨采用立式輥磨者越來越多，所以在現(xiàn)代化水泥工廠中，立式輥磨已成為工廠工藝過程中的重要裝備，這是由該設備一系列的優(yōu)良特性所決定的[2]，具體如下：

1）立磨效率高：電耗比球磨機低20%～35%。

2）可進行烘干作業(yè)：立磨內可烘干含水率（質量分數(shù)）12%～20%的物料，可以不建原料烘干系統(tǒng)。

3）入磨物料粒度大：最大入料粒度可達磨輥直徑的4%～5%，一般為40～100 mm，大中型立磨在某些情況下可以省掉三級破碎。

4）顆粒級配均勻，避免過磨：物料在立磨內停留的時間僅2～3 min，而球磨機則需要15～20 min。立磨內的合格產品能及時分離出來，避免了過粉磨現(xiàn)象。

5）粉磨-分級一體化：自帶分級系統(tǒng)。

6）噪音低：工作中磨輥和磨盤不直接接觸，沒有球磨機中鋼球相互碰撞、鋼球撞擊襯板的金屬撞擊聲，因此噪音比球磨機低20～25 dB。

7）磨損小、利用率高：單位產品磨耗一般為5～10 g/t，粉磨水泥原料，輥套和襯板壽命在8 000 h以上，運轉率可達95%。

8）金屬的磨損量很低，比管煤機約低25%，更換磨輥輪胎的時間非常短，維修費用低[2]。

9）揚塵少，操作環(huán)境清潔：立磨采用整體密封，系統(tǒng)在負壓下操作，揚塵少，環(huán)境清潔。

10）工藝流程簡單：立磨機大型化后入料粒度大，大中型立式輥磨機可取代三段細碎與球磨系統(tǒng)。

11）結構緊湊、建筑面積小、占用空間小：建筑面積約為球磨機的70%，建筑空間約為球磨機系統(tǒng)的50%～60%

國際上以立磨和輥壓機終粉磨系統(tǒng)的使用為主。從國內實際應用情況來看，目前主要采用立磨和球磨兩種生產工藝。根據(jù)120 萬t/a 設計規(guī)模及國內外同等規(guī)模磨機形式，綜合考慮可靠性、研磨件壽命、產量衰減、功耗、磨耗、一次檢修時間、維護、備件供應、服務、工期、投資等因素，最終確定本項目工程配置1 套立磨，出力≥170 t/h，年產量約120 萬t 水渣微粉。磨機主要技術參數(shù)如表3 所示。

表3 水渣磨機主要技術參數(shù)

3.2.4 收粉器

采用氣箱脈沖袋式除塵器作為水渣微粉的收粉器。選用亞克力覆膜，用0.4～0.6 MPa 壓縮空氣反吹清灰，其允許的微粉入口質量濃度可達600 g/m3，排放微粉的質量濃度低于10 mg/m3。收粉器主要技術參數(shù)如表4 所示。

表4 收粉器主要技術參數(shù)

3.2.5 排粉風機

排粉風機設置在制粉系統(tǒng)的末端，布置在±0.00地面，可確保整個系統(tǒng)處于負壓狀態(tài)。根據(jù)制粉系統(tǒng)總阻損和磨機出口風量，并考慮一定余量，設置風機額定風量約733 000 m3/h，全壓約8 000 Pa，風機電機約2 500 kW、10 kV、變頻控制。為控制系統(tǒng)噪音，在排粉風機出口配置1 臺消聲器，消音量不小于25 dB，壓降小于250 Pa。

3.3 成品系統(tǒng)

經(jīng)收粉器收集的成品由空氣斜槽、斗提機提升到成品庫，設4 座成品庫，規(guī)格為直徑21 m、儲量4×10 000 t，并預留二期2 座成品倉。為了使成品更加均勻地流動，庫底內設有減壓錐、開式充氣箱，由羅茨鼓風機供氣，對庫底粉體進行流化。每個庫底下設2 套發(fā)貨裝置，用于汽車散裝發(fā)貨。成品庫周圍設環(huán)形通道，確保滿足罐車進、出暢通。

以上系統(tǒng)各揚塵點均設有高效單機收塵系統(tǒng)，以保證煙塵排放滿足環(huán)保要求。

3.4 煙氣系統(tǒng)

水渣微粉生產線配置1 座煙氣爐，采用液化氣點火，以高爐煤氣作為主燃料。煙氣爐由煙氣爐本體、燃燒器、助燃風機、自動點火裝置以及火焰檢測系統(tǒng)等組成。

煙氣爐燃燒產生的高溫煙氣與立磨系統(tǒng)末端循環(huán)回用的低溫煙氣在混風筒內部均勻混合，形成了250～350 ℃的合格煙氣，送至磨機內部，用于水渣干燥。煙氣爐供熱能力22.5×106kcal/h，出口流量約14×104m3/h，出口溫度～600 ℃。

煙氣爐主要技術參數(shù)如表5 所示。

表5 煙氣爐技術參數(shù)

4 工藝設計特點

1）水渣直供系統(tǒng)能保證水渣由高爐沖渣池直送至水渣立磨，水渣在運輸過程中不落地，避免了二次污染，提高了運輸效率。

2）水渣堆場采用全封閉、大跨度網(wǎng)架結構，既減少了用鋼量，降低了建設成本，又美觀、環(huán)保。

3）水渣料庫采用雙系統(tǒng)進料、雙系統(tǒng)出料，上方設2 臺電動卸料車進行堆料作業(yè)，下方兩側各設置1臺（共2 臺）門式刮板取料機進行取料作業(yè)，提高了系統(tǒng)的可靠性，為連續(xù)生產提供了可靠保障。

4）立磨系統(tǒng)集烘干、研磨、收集、輸送等于一體，水渣及水渣粉全程密閉，無泄漏、無污染。

5）煙氣爐采用高爐煤氣作為主燃料，配置自動點火、智能燃燒及監(jiān)控系統(tǒng)。

6）每個成品庫底設有減壓錐、充氣箱以及2 套發(fā)貨裝置，智能化程度高，能實現(xiàn)遠程發(fā)貨、一鍵發(fā)貨，降低了工人勞動強度，提高了發(fā)貨效率。

7）本水渣微粉設計合理，水渣干燥、研磨、成品收集以及喂料、返料系統(tǒng)布置緊湊，工藝管道短，阻損小。

5 結語

水渣綜合利用符合國家節(jié)能減排、環(huán)保政策要求，將鋼廠內水渣經(jīng)立磨成超細粉后添加到水泥中或作為混凝土摻料使用，使固體廢棄物得到循環(huán)利用，真正做到變廢為寶。本項目設計中采用核心技術與裝備的應用，保證了水渣微粉產品的粒級穩(wěn)定，粉塵收集率高，成品無外泄，技術水平先進合理。投產以來，系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定運行，臺時產量、系統(tǒng)作業(yè)率、綜合能耗等關鍵參數(shù)均已達到或優(yōu)于設計指標，其中噸粉電耗維持在37 kWh 以下，位于同類企業(yè)前列。