渣處理散逸蒸汽消能回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

［摘 要］高爐渣處理生產(chǎn)過程中，采用錐斗沉淀池、氣力提升機(jī)、螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行細(xì)渣沉淀、提取、分離時(shí)，螺旋分級(jí)機(jī)處會(huì)散逸大量蒸汽，加劇了區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備的腐蝕，影響周邊環(huán)境，危及崗位職工身體健康和作業(yè)安全。文章提出的蒸汽效能回收系統(tǒng)通過選用玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)，配合可移動(dòng)式密封吸附罩、波紋管、風(fēng)管等設(shè)備負(fù)壓捕集逸散蒸汽，均勻分散至回水溝內(nèi)，通過沖渣水實(shí)現(xiàn)蒸汽的冷凝、回收。該系統(tǒng)成本投入低、簡單易實(shí)現(xiàn)、后期檢修維護(hù)方便，并實(shí)現(xiàn)了蒸汽的回收利用，降低補(bǔ)水消耗的同時(shí)，取得了很好的環(huán)保效益。

［關(guān)鍵詞］高爐；渣處理；蒸汽回用；消能

［中圖分類號(hào)］X757 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）05–0042–03

廣西柳州鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“柳鋼”）是我國華南、西南地區(qū)乃至泛北部灣經(jīng)濟(jì)圈特大型的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，自2010 年至今，鐵的年產(chǎn)量達(dá)千萬噸。在這10 多年間，柳鋼高爐渣處理迭代使用了嘉恒法、明特法、INBA 法等工藝。隨著渣處理的迭代發(fā)展，過渣量與沖渣水量的不斷加大，散逸蒸汽量也在逐漸增多。

散逸蒸汽，即不在粒化塔內(nèi)生成、集中通過煙囪排出，而在渣處理其他區(qū)域大量無序發(fā)生并擴(kuò)散的蒸汽。目前我國普遍采用的明特法和INBA 法，在通過氣力提升機(jī)將錐斗沉淀池底部沉積的高濃度細(xì)渣提取、輸送到螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行渣水分離時(shí)，大量的空氣、蒸汽在消能曝氣箱處散逸、排出。散逸蒸汽產(chǎn)生的高溫、高濕環(huán)境，加劇了渣處理區(qū)域內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、行車的腐蝕，縮短其使用壽命并增加后期維護(hù)費(fèi)用。此外散逸蒸汽還影響區(qū)域內(nèi)作業(yè)人員的視線，易導(dǎo)致崗位職工出現(xiàn)意外傷害。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

柳鋼4 號(hào)高爐渣處理使用INBA 法渣處理工藝，高爐熔渣在粒化塔內(nèi)經(jīng)沖渣水淬化、冷卻后，高溫渣水混合物進(jìn)入轉(zhuǎn)轂進(jìn)行一次過濾，過程中產(chǎn)生的蒸汽通過粒化塔煙囪集中排出。過濾后的渣水進(jìn)入錐斗沉淀池內(nèi)，在重力作用下將細(xì)渣沉降至錐斗底部，通過氣力提升機(jī)將底部沉淀的高濃度細(xì)渣抽取，在消能曝氣箱處緩沖消能，實(shí)現(xiàn)氣、水的分離，分離后的高濃度渣水平穩(wěn)流入螺旋分級(jí)機(jī)。而漂浮在渣水表面的浮渣則在經(jīng)過平流池時(shí)被擋墻攔住，利用抓斗放入螺旋分級(jí)機(jī)。

柳鋼4 號(hào)高爐渣處理沖渣水量2 200 t/h，建有4 個(gè)沉淀錐斗并配備4 臺(tái)氣力提升機(jī)，生產(chǎn)中錐斗沉淀池平均水溫70℃。相應(yīng)的，每2 臺(tái)氣力提升機(jī)渣水混合物匯入1 臺(tái)螺旋分級(jí)機(jī)，共有2 臺(tái)螺旋分級(jí)機(jī)，其內(nèi)平均水溫60℃。

綜上所述，螺旋分級(jí)機(jī)需要同時(shí)篩分沉渣和浮渣進(jìn)行二次過濾，且經(jīng)過氣力提升機(jī)后的渣水降溫達(dá)10℃，因此，在螺旋分級(jí)機(jī)處會(huì)產(chǎn)生大量60℃飽和蒸汽。

現(xiàn)階段我國高爐渣處理蒸汽回收系統(tǒng)主要分為噴淋冷凝回收、換熱冷凝回收兩種方式。

（1）噴淋冷凝回收系統(tǒng)，主要設(shè)備是射流風(fēng)機(jī)、噴淋設(shè)備及氣液分離器（填料），工作流程為在粒化塔煙囪底部安裝射流風(fēng)機(jī)，噴出水霧與蒸汽混合冷凝的同時(shí)將其送至煙囪中部。煙囪中部安裝有環(huán)形噴淋管和擴(kuò)壓管，氣流在擴(kuò)壓管作用下放緩并與煙囪中部噴淋水充分接觸，使蒸汽再次混合冷凝。煙囪頂部安裝有氣液分離器（填料），用于將蒸汽與冷凝水分離。此系統(tǒng)優(yōu)勢是噴淋凈水同時(shí)對蒸汽降溫和減少有害物質(zhì)，不足之處是設(shè)備投入高，施工難度大。

（2）換熱冷凝回收系統(tǒng)，主要設(shè)備是換熱器、緩沖罐、抽風(fēng)機(jī)及小型水泵，工作流程如下：①利用抽風(fēng)機(jī)將粒化塔煙囪的高溫蒸汽抽入換熱器；②將冷卻塔降溫過的沖渣水送入換熱器作為降溫媒介；③用降溫過的沖渣水冷卻高溫蒸汽形成冷凝水；④冷凝水進(jìn)入緩沖罐與小型水泵一并送入粒化塔沖渣。此系統(tǒng)優(yōu)勢是可減小排放蒸汽量和沖渣水消耗，不足之處是用沖渣水作為換熱器降溫媒介極易造成換熱器阻塞，投入成本高，設(shè)備用電量較大且后期難以維護(hù)。

以上現(xiàn)有技術(shù)前期投入高、施工時(shí)要求高爐同步休風(fēng)、后期維護(hù)難度大，故主要用于粒化塔排放蒸汽回收。而針對螺旋分級(jí)機(jī)的散逸蒸汽，需要一種投入成本低、簡單易實(shí)現(xiàn)、便于后期檢修維護(hù)的蒸汽回收系統(tǒng)。

2 蒸汽消能回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)初期有2 種，方案一為在螺旋分級(jí)機(jī)上安裝集氣罩，將蒸汽統(tǒng)一收集后引管至行車軌道平臺(tái)上方對空排放。該方案參考鋼渣燜池的蒸汽收集，在集氣罩內(nèi)安裝換熱蛇形銅管，并在銅管內(nèi)通水冷卻，當(dāng)蒸汽經(jīng)過集氣罩換熱冷凝，將冷凝水收集并重新回流至螺旋分級(jí)機(jī)，其余蒸汽引管外排。該方案優(yōu)勢為收集蒸汽的同時(shí)回用，但經(jīng)過核算仍存在不少問題：①集氣罩尺寸須足夠大，需罩住大半個(gè)螺旋分級(jí)機(jī)以防止蒸汽逸散；②帶有蛇形銅管后集氣罩超重，無法做成可移動(dòng)式吸附罩，對后期檢修維護(hù)空間影響較大。

為彌補(bǔ)方案一的不足，方案二借鑒“除塵”經(jīng)驗(yàn)，利用風(fēng)機(jī)負(fù)壓捕集散逸蒸汽，可縮小吸附罩尺寸。經(jīng)過平流池及沉淀池后，利用回水溝內(nèi)流動(dòng)的渣水作為消能及冷凝媒介，將出水口插入回水溝水面下，蒸汽與渣水混合換熱冷凝實(shí)現(xiàn)簡易蒸汽回用。此方案高效、簡便地將蒸汽收集、消能并回收，無需繁瑣的換熱設(shè)備，同時(shí)吸附罩尺寸的減小也提高了可移動(dòng)性，預(yù)留了檢修維護(hù)空間。因此文章中蒸汽消能回收系統(tǒng)主要采用第二種方案。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備及工作流程

蒸汽消能回收系統(tǒng)主要設(shè)備為可移動(dòng)式吸附罩、離心風(fēng)機(jī)、緩沖箱。螺旋分級(jí)機(jī)日常生產(chǎn)中需要倒入行車所抓浮渣，因此吸附罩需設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式，便于抓斗抓渣及后期螺旋分級(jí)機(jī)檢修維護(hù)。而離心風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽取的蒸汽則需要設(shè)計(jì)緩沖箱來將其消能并冷凝回收。

（1）離心風(fēng)機(jī)選用4-72-6c 型工業(yè)離心風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)功率1.1 kW，最大流量8 000 m3/h，泵殼及葉輪材質(zhì)為玻璃鋼，耐溫80℃。該型號(hào)離心風(fēng)機(jī)的玻璃鋼材質(zhì)防腐、耐溫，滿足使用要求，流量方面則留有余量，便于后期接入其他散逸蒸汽點(diǎn)。

（2）可移動(dòng)式吸附罩搭配800 mm 行程液壓油缸及1 000 mm 長度波紋軟管，通過槽鋼立柱側(cè)立于螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)水口對側(cè)，檢修狀態(tài)吸附罩垂直于螺旋分級(jí)機(jī)且波紋軟管與硬管相連，生產(chǎn)時(shí)吸附罩60° 斜置于螺旋分級(jí)機(jī)上方且波紋軟管斷開，如圖1 所示。通過波紋管及液壓油缸實(shí)行吸附罩的移動(dòng)，為后期檢修螺旋分級(jí)機(jī)預(yù)留了空間。

（3）出風(fēng)口為插入回水溝內(nèi)的多孔管，在含有蒸汽的冷風(fēng)從多孔管均勻分散在水中時(shí)，回水溝中渣水溫度為40℃，而飽和蒸汽溫度為60℃，部分蒸汽冷凝隨著回水溝回流至渣水池完成回收。同時(shí)，冷風(fēng)從回水溝底回到約1 m 高的水面上時(shí)，需要克服水的阻力上升至水面，還需克服渣水流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能，2次消能后可大幅降低含蒸汽的冷風(fēng)動(dòng)能。

螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)水口處散逸的蒸汽利用密封罩、離心風(fēng)機(jī)抽取負(fù)壓后插入回水溝水面下。蒸汽進(jìn)入回水溝時(shí)利用渣水將蒸汽冷凝，而由于出風(fēng)口插入水面下而出風(fēng)口在水面上方，含蒸汽的冷風(fēng)需要從水下克服水的阻力進(jìn)入水面上方出風(fēng)口，同時(shí)克服渣水流動(dòng)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)消能，如圖2 所示。

3 蒸汽消能回收系統(tǒng)應(yīng)用效果

3.1 蒸汽消能回收系統(tǒng)的應(yīng)用

出于降低投入成本考慮，蒸汽消能回收系統(tǒng)的吸附罩及緩沖箱設(shè)備未訂貨，使用水處理檢修剩下的鋼板、管道、波紋管、液壓油缸制作可移動(dòng)式吸附罩。同時(shí)選用檢修剩下的管道，在其兩頭封20 mm鋼板制作緩沖箱箱體，箱體上進(jìn)出風(fēng)（水）口則采用檢修換下后清洗保養(yǎng)的舊閥門。加上采購玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)的成本3 000元，整套系統(tǒng)投入成本（含人工）約1 萬元。

柳鋼A 區(qū)渣處理安裝蒸汽消能回收系統(tǒng)完成后進(jìn)行了效果測試，未打開離心風(fēng)機(jī)時(shí)，螺旋分級(jí)機(jī)上方蒸汽大量散逸，螺旋分級(jí)機(jī)附近蒸汽清晰可見，設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)表面附著有蒸汽冷凝水。但打開離心風(fēng)機(jī)后，散逸蒸汽從吸附罩被迅速抽離，現(xiàn)場周圍無可見蒸汽且設(shè)備表面無新生產(chǎn)冷凝水。

3.2 存在的不足及改進(jìn)措施

蒸汽消能回收系統(tǒng)雖然能有效捕集散逸蒸汽，但受其簡單經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)受限，在蒸汽回收上仍有改進(jìn)空間。目前的蒸汽回收僅靠回水溝內(nèi)渣水進(jìn)行冷凝，回收效果較差。未回收的蒸汽隨著回水溝回至渣水池后使水池內(nèi)蒸汽增加，影響熱水池周邊環(huán)境。

未來改進(jìn)方案有兩種選擇：①增加蒸汽回收管路，將捕集的蒸汽通過管道排入沖制箱煙囪集中排放；②提高換熱效率，增強(qiáng)蒸汽回收效果。

（1）增加管路集中回收蒸汽適用于新建渣處理，在設(shè)計(jì)階段就預(yù)先將回收管路加入布局，避免建筑間相互碰撞并提高空間利用率。此改進(jìn)措施將蒸汽送入粒化塔煙囪統(tǒng)一排放，利用煙囪內(nèi)噴淋消白實(shí)現(xiàn)蒸汽回收。

（2）針對現(xiàn)有渣處理，可采取增加蒸汽回收的改進(jìn)措施。為經(jīng)濟(jì)高效地提高回收效率，可在出口處設(shè)置緩沖冷卻箱，相同原理對離心風(fēng)機(jī)抽取的蒸汽進(jìn)行消能回收。內(nèi)部結(jié)構(gòu)中蒸汽入口置于水面下，出口位于消能箱頂部，進(jìn)水口通25℃工業(yè)新水，出水口位于消能箱底部便于維持水位，出水口及出風(fēng)口均返回至回水溝池并插入水面下實(shí)現(xiàn)蒸汽二次消能回收。

4 結(jié)束語

蒸汽消能回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、應(yīng)用后，達(dá)到了預(yù)期效果，并據(jù)此申報(bào)了發(fā)明專利成果。本系統(tǒng)具有設(shè)備簡單、投入成本低、可在線安裝等特點(diǎn)，針對散逸蒸汽有很強(qiáng)實(shí)用性和可推廣性。在目前鋼廠降本增效的高要求下，解決各種問題需要從實(shí)際出發(fā)，以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為重要考慮因素，制訂切實(shí)可行、簡單快捷的解決方案，只有這樣才可助力企業(yè)技改工作發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王雄. 一種新型爐渣處理裝置[J]. 煉鐵，1998（1）：48-50.

[2] 曹永仙，徐永香. 一種處理煉錫爐渣的新方法[J]. 稀有金屬與硬質(zhì)合金，1997（3）：42-45.

[3] 徐小剛，劉華，劉仕桃，等.3# 高爐爐渣處理系統(tǒng)改造實(shí)踐及思考[J]. 四川冶金，2022，44（3）：21-24，28.

[4] 姚國瑞，李自尚，路文月，等. 悶渣池車間多功能集氣罩的設(shè)計(jì)[J]. 能源與環(huán)境，2022（1）：91-92.

[5] 齊翼龍. 新型熔渣水淬廢氣處理裝置及方法[J]. 湖南有色金屬，2016，32（2）：68-70，80.