-
摘 要 本文簡(jiǎn)單介紹了HISmelt工藝及其特點(diǎn),重點(diǎn)對(duì)HISmelt工藝在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中對(duì)包括礦粉預(yù)熱系統(tǒng)、礦粉噴吹系統(tǒng)、鐵渣系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t及動(dòng)力系統(tǒng)的改進(jìn)情況進(jìn)行了說(shuō)明,同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)某廠HISmelt工藝實(shí)際生產(chǎn)情況作了簡(jiǎn)單介紹。
關(guān)鍵詞 熔融還原 HISmelt
1 HISmelt工藝簡(jiǎn)介及特點(diǎn)
1.1 工藝簡(jiǎn)介
HISmelt是一種直接熔融還原的煉鐵工藝,該工藝可直接熔煉經(jīng)預(yù)熱處理的鐵礦粉和其他適合的含鐵原料,并噴吹煤粉作為系統(tǒng)的還原剤及熱量來(lái)源。相對(duì)傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝,HISmelt熔融還原煉鐵工藝省去了燒結(jié)及焦化兩個(gè)環(huán)節(jié),在同樣產(chǎn)能下節(jié)省了大量的投資及運(yùn)行成本,且這種工藝在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量蒸汽及富余煤氣均可以用于發(fā)電,使其生產(chǎn)系統(tǒng)的能源利用效率很高,應(yīng)用前景廣闊。HISmelt工藝設(shè)施包括礦粉預(yù)熱及噴吹系統(tǒng)、煤粉制備及噴吹系統(tǒng)、熔融還原爐(SRV爐)、熱風(fēng)爐、出鐵場(chǎng)、渣處理及濕法除塵等系統(tǒng),除礦粉預(yù)熱、熱礦噴吹系統(tǒng)與SRV爐體部分同傳統(tǒng)高爐不同外,其他部分類似于傳統(tǒng)高爐,其工藝流程簡(jiǎn)圖如下。
1.2 主要特點(diǎn)
(1)工藝流程短、工廠建設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單、占地面積小。
(2)操作簡(jiǎn)變、靈活,具有快速響應(yīng)特性。
(3)原料要求低、物料范圍廣,可使用低品質(zhì)的礦粉和非焦煤。
(4)鐵水質(zhì)量穩(wěn)定、可生產(chǎn)低硅、低磷鐵水。
(5)環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯,沒有二次污染物排放,取消焦?fàn)t、燒結(jié),基本遏制二惡英、呋喃、焦油和酚的污染排放。
2 引進(jìn)HISmelt與澳大利亞HISmelt工藝不同
引進(jìn)HISmelt工藝項(xiàng)目是基于澳大利亞HISmelt工藝商業(yè)化成功的基礎(chǔ)上引進(jìn)建設(shè)的,但是在引進(jìn)過(guò)程中結(jié)合原澳大利亞的生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)工藝路線、部分技術(shù)方案進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)和部分設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì),下面針對(duì)主要變化內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。
2.1 礦粉預(yù)熱系統(tǒng)
礦粉預(yù)熱系統(tǒng)的主要功能是完成鐵礦粉的預(yù)熱、預(yù)熱還原,目的是減少入爐鐵礦粉在SRV爐內(nèi)熱量的消耗,提高SRV爐的冶煉強(qiáng)度,進(jìn)而提高產(chǎn)量。原澳大利亞該系統(tǒng)采用流化床工藝,具體流程是采用串聯(lián)的三級(jí)旋風(fēng)裝置+流化床工藝,采用SRV高溫煤氣或者天然氣燃燒的高溫尾氣作為預(yù)熱預(yù)還原的熱源,通過(guò)高溫氣體與鐵礦粉在流化床和三級(jí)旋風(fēng)裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱,最終達(dá)到預(yù)熱預(yù)還原礦粉的目的。通過(guò)在澳大利亞工廠的運(yùn)行實(shí)踐證明,該工藝因鐵礦粉對(duì)多級(jí)旋風(fēng)裝置及流化床內(nèi)襯的磨損,引起耐材的頻繁脫落,以及螺旋輸送機(jī)的故障,導(dǎo)致礦粉預(yù)熱系統(tǒng)故障頻繁,成為影響HISmelt工藝正常生產(chǎn)的主要問(wèn)題之一。
在引進(jìn)HISmelt工藝設(shè)計(jì)中,結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況,將原有多級(jí)流化床工藝改為兩段式回轉(zhuǎn)窯工藝,其具體工藝流程是:通過(guò)礦石緩沖倉(cāng)接收來(lái)自原料場(chǎng)的鐵礦粉,緩沖后將礦石導(dǎo)入烘干窯,在烘干窯內(nèi)將鐵礦粉脫水干燥,從烘干窯排出的礦粉溫度約80~100℃。經(jīng)烘干窯脫水烘干的礦粉經(jīng)導(dǎo)料槽進(jìn)入回轉(zhuǎn)預(yù)熱還原窯,在回轉(zhuǎn)預(yù)熱還原窯內(nèi)將鐵礦粉進(jìn)一步加熱,同時(shí)盡可能多的將鐵礦石預(yù)還原(提高鐵礦粉含鐵量),最終使鐵礦粉的出口溫度達(dá)到750℃以上,礦粉經(jīng)回轉(zhuǎn)預(yù)熱還原窯出口排出進(jìn)入熱礦斗式提升礦粉干燥預(yù)熱需要的熱量采用SRV爐產(chǎn)生煤氣+煤粉燃燒所得,同時(shí)為提高鐵礦粉與還原度,考慮在回轉(zhuǎn)預(yù)熱還原要尾部加入部分煤粉。回轉(zhuǎn)預(yù)熱還原窯產(chǎn)生的尾氣首先經(jīng)過(guò)烘干窯,作為烘干窯的熱源,最后回收尾氣帶走的鐵礦粉,另外,充分降低尾氣排放溫度,減少熱量損失。其流程如下圖1:
經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),改進(jìn)后的工藝既實(shí)現(xiàn)了礦粉的加熱、預(yù)還原的目的,且技術(shù)成熟、穩(wěn)定;同時(shí),改進(jìn)后的預(yù)熱還原系統(tǒng)既可以采用煤粉也可以采用SRV煤氣作為燃料,同時(shí)設(shè)計(jì)獨(dú)立的煤粉供應(yīng)系統(tǒng),操作靈活,不受上下游工序的影響,作業(yè)率高,對(duì)提高HISmelt工藝整體的作業(yè)率有利。
2.2 礦粉噴吹系統(tǒng)
熱礦噴吹系統(tǒng)主要功能是將來(lái)自礦粉預(yù)熱系統(tǒng)的高溫鐵礦粉通過(guò)噴吹管路、噴槍噴入SRV爐內(nèi)。該系統(tǒng)采用并聯(lián)串罐噴吹系統(tǒng),每個(gè)噴吹罐對(duì)應(yīng)一條噴吹管線,,每條熱礦噴吹管線均設(shè)有清堵和反吹管道,同時(shí)噴吹罐出口設(shè)有耐磨、耐高溫密封螺旋輸送機(jī)。該系統(tǒng)在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中改進(jìn)的內(nèi)容主要是針對(duì)原熱礦噴吹系統(tǒng)噴吹壓力、以及噴吹罐結(jié)構(gòu)和螺旋給料機(jī)等問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化,具體:1)為提高系統(tǒng)的噴吹能力及降低噴吹管道堵塞問(wèn)題,提高了噴吹系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)壓力;2)修改了噴吹罐、熱礦倉(cāng)的結(jié)構(gòu),增加有助于物料流動(dòng)設(shè)施,減少物料在倉(cāng)罐內(nèi)板結(jié),影響物料的流通。
同時(shí)結(jié)合回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行特點(diǎn),礦粉預(yù)熱系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)鐵礦粉,因此增加細(xì)礦粉噴吹系統(tǒng),噴吹管路并入熱礦粉輸送道,直接噴吹入爐,也可以實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)其他含鐵粉塵的噴吹,提高資源的合理利用能力,降低了粉塵對(duì)環(huán)境的污染。
經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),改進(jìn)后系統(tǒng)整體運(yùn)行比較穩(wěn)定,出現(xiàn)因螺旋給料機(jī)故障導(dǎo)致物料停噴現(xiàn)象,究其原因是設(shè)備制作以及維護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致,未出現(xiàn)熱礦輸送管道堵塞現(xiàn)象。
2.3 出鐵、渣處理系統(tǒng)
2.3.1 出鐵系統(tǒng)
因項(xiàng)目引進(jìn)過(guò)程中涉及設(shè)備利舊問(wèn)題,主要包括出鐵場(chǎng)設(shè)備、鐵水脫硫系統(tǒng)、電動(dòng)平車、液壓傾翻等設(shè)備以及SRV爐進(jìn)出接口約束,新設(shè)計(jì)的出鐵場(chǎng)布置與原設(shè)計(jì)相近,原設(shè)計(jì)生產(chǎn)的鐵水全部通過(guò)鑄鐵機(jī)進(jìn)行鑄鐵,而新設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)與業(yè)主方煉鋼車間的對(duì)接要求,在鐵水運(yùn)輸方面做了以下幾方面的改進(jìn):(1)延長(zhǎng)了出鐵跨的設(shè)計(jì),增加了45t鐵水罐直接運(yùn)往煉鋼車間的運(yùn)輸通道,可實(shí)現(xiàn)與業(yè)主煉鋼車間的直接對(duì)接;(2)保留了原設(shè)計(jì)80t鐵水包內(nèi)脫硫、運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì),增加了45t倒運(yùn)設(shè)施,可以實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫后,與煉鋼車間的匹配。
2.3.2 殘鐵回收
當(dāng)SRV事故狀態(tài)時(shí),需要將爐內(nèi)的殘鐵全部排出,原澳大利亞工廠的設(shè)計(jì)是直接將殘鐵排入殘鐵坑,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù),一次殘鐵量約300t鐵水,因此大量的殘鐵直接放入殘鐵坑給后續(xù)使用帶來(lái)很大不便,同時(shí)導(dǎo)致大量的鐵水顯熱浪費(fèi)不能回收利用。新設(shè)計(jì)中通過(guò)增加殘鐵回收跨,殘鐵回收跨內(nèi)設(shè)置有殘鐵接鐵工位,可以使的SRV爐的殘鐵經(jīng)殘鐵接鐵工位,然后經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)至鑄鐵機(jī)鑄鐵,實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。
2.3.3 渣處理系統(tǒng)
原HISmelt工藝設(shè)計(jì)中,對(duì)爐渣的處理方式是直接放干渣,根據(jù)原澳大利亞工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù),在渣中的含鐵量達(dá)到10%。按照年產(chǎn)80萬(wàn)噸鐵,噸鐵渣量為350kg計(jì)算,每年將產(chǎn)生28萬(wàn)噸熔渣,其中會(huì)含有2.8萬(wàn)噸的鐵。因此,直接放干渣將導(dǎo)致大量的生鐵隨熔渣一起凝固,不能有效回收,導(dǎo)致大量生鐵資源的浪費(fèi),而且大量的熔渣凝固,不利于熔渣資源的二次利用。
引進(jìn)的設(shè)計(jì)在吸取原設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,經(jīng)多方討論研究,為實(shí)現(xiàn)熔渣的合理利用以及渣中生鐵的回收,熔渣處理采用高爐工藝比較成熟的水沖渣技術(shù),同時(shí)在熔渣?;?,增加了熔渣中生鐵回收單元,但仍保留了事故狀態(tài)時(shí),直接放干渣的設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)的熔渣處理流程如下(參見圖2):混有生鐵的熔渣經(jīng)熔渣溝流入渣罐內(nèi),待出渣結(jié)束時(shí),啟動(dòng)渣罐運(yùn)輸車,將盛滿熔渣的渣罐運(yùn)輸?shù)皆迌A翻工位,利用渣罐傾翻裝置將渣罐卸下,同時(shí)停滯于渣罐傾翻裝置上使得渣鐵進(jìn)行充分分離,停滯時(shí)間約20~40分鐘(可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際調(diào)節(jié)),待置放于渣罐傾翻裝置上的渣罐內(nèi)的熔渣得到充分沉淀后,利用渣罐傾翻裝置將渣罐內(nèi)的熔渣緩慢的傾倒入熔渣溝進(jìn)入熔渣粒化系統(tǒng)中進(jìn)行處理,待渣罐口見鐵時(shí)渣罐傾翻裝置停止傾翻,利用專用起重機(jī)將渣罐吊起、罐內(nèi)沉淀的鐵水倒入鐵水罐內(nèi),鐵水罐車將鐵水罐運(yùn)送到接鐵工位繼續(xù)接鐵,傾倒完鐵水的渣罐經(jīng)起重機(jī)放置到指定位置,等待下一次循環(huán)。
經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),新設(shè)計(jì)的熔渣處理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)熔渣?;耐瑫r(shí),可以實(shí)現(xiàn)將渣中的部分生鐵回收。但是,在熔渣中生鐵回收時(shí),出現(xiàn)熔渣粘包的問(wèn)題比較嚴(yán)重,導(dǎo)致渣包清理工作量大、時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題,使得被迫放干渣次數(shù)增大,大大影響熔渣的再利用。為解決粘包的問(wèn)題,結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn),熔渣中鐵含量較原設(shè)計(jì)少,所以為解決渣包粘結(jié)對(duì)生產(chǎn)造成的影響,最終將原熔渣回收單元取消,直接改為水沖渣粒化,經(jīng)實(shí)際使用改進(jìn)后的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)作業(yè)率明顯提高。
2.4 SRV爐煤氣系統(tǒng)
SRV爐煤氣是指經(jīng)SRV爐排出的高溫煤氣,經(jīng)過(guò)后續(xù)處理所包含的設(shè)施,原澳大利亞工廠SRV爐產(chǎn)生大量的高溫煤氣,先經(jīng)過(guò)SRV上方的廢氣煙罩,通過(guò)對(duì)流換熱方式進(jìn)行冷卻,離開廢氣煙罩的煤氣溫度約為1000°C。該煤氣將被分成兩部分:一部分熱煤氣送至礦粉預(yù)熱器,對(duì)礦粉進(jìn)行預(yù)熱還原,預(yù)熱還原后的煤氣溫度約為260℃,然后再進(jìn)行濕法洗滌,去除顆粒物供下游用戶使用;剩余部分熱煤氣直接進(jìn)行濕式洗滌塔去除顆粒物,經(jīng)由洗滌塔清洗降溫的煤氣進(jìn)入下游用戶使用,洗滌工藝與礦粉預(yù)熱后的煤氣相似。其工藝流程如下圖3。
新設(shè)計(jì)的SRV爐煤氣系統(tǒng)主要考慮了高溫氣體顯熱回收,其主要過(guò)程是SRV爐產(chǎn)生大量的高溫煤氣同樣先經(jīng)過(guò)SRV爐上方的廢氣煙罩進(jìn)行降溫冷卻,而冷卻后的煤氣溫度約880℃,然后再通過(guò)重力沉降室、高溫旋風(fēng)除塵器和余熱鍋爐,進(jìn)行初除塵和進(jìn)一步的顯熱回收,再進(jìn)入煤氣洗滌系統(tǒng)進(jìn)行最終凈化洗滌。其具體內(nèi)容如下。
(1)延長(zhǎng)了SRV爐氣化煙道的設(shè)計(jì):將SRV煤氣溫度由原設(shè)計(jì)的1000℃降低到880℃,目的是提高熱回收效率,降低高溫旋風(fēng)以及預(yù)熱鍋爐設(shè)施的熱負(fù)荷。
(2)增加沉降室+高溫選粉除塵器的設(shè)計(jì):因?yàn)橐M(jìn)后的設(shè)計(jì)中取消了原有的循環(huán)流化床礦粉預(yù)熱流程,所以SRV爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)冷卻廢氣罩降溫后(溫度880℃)全部經(jīng)重力沉降后再進(jìn)入高溫旋風(fēng)除塵器,沉降室的目的是去除煤氣中攜帶的較大顆粒煙塵,防止后續(xù)煤氣管道積灰堵塞。經(jīng)沉降室出來(lái)的高溫氣體再進(jìn)入高溫旋風(fēng)除塵器進(jìn)行二次除塵,使得煤氣的到近一步凈化,其目的是降低氣體的含塵量,提高氣體的對(duì)流換熱系數(shù)。經(jīng)高溫旋風(fēng)除塵器沉降的含鐵粉塵,經(jīng)緩沖灰倉(cāng)緩沖后,通過(guò)氣力輸送系統(tǒng)送到熱礦粉倉(cāng),通過(guò)噴吹系統(tǒng)進(jìn)入SRV爐,循環(huán)利用。
(3)預(yù)熱鍋爐的設(shè)計(jì):回收經(jīng)沉降室、通過(guò)高溫旋風(fēng)二次除塵的高溫氣體顯熱,煙氣在余熱鍋
爐內(nèi)依次經(jīng)中壓蒸發(fā)器、低壓蒸發(fā)器等換熱面被冷卻,被冷卻后的氣體(溫度約250℃)在進(jìn)入煤氣濕法洗滌系統(tǒng)。
(4)旁通煙道的設(shè)計(jì),為提高系統(tǒng)作業(yè)率,考慮在余熱鍋爐發(fā)生故障時(shí),不影響SRV的正常生產(chǎn),在余熱鍋爐進(jìn)、出口間增加旁通管,當(dāng)余熱鍋爐出現(xiàn)故障時(shí),高溫氣體通過(guò)旁通管直接進(jìn)入濕法洗滌系統(tǒng)。
改進(jìn)后的SRV爐煤氣系統(tǒng)具體流程如下圖4所示。
2.5 燃?xì)忮仩t及動(dòng)力系統(tǒng)
燃?xì)忮仩t及動(dòng)力系統(tǒng)也可稱為廢熱回收系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng),燃?xì)忮仩t系統(tǒng)主要是指燃?xì)忮仩t及其附屬設(shè)施,而動(dòng)力系統(tǒng)主要指為SRV爐提供熱風(fēng)的鼓風(fēng)系統(tǒng)以及制氧站的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),二者放在一起考慮是由于原澳大利亞的設(shè)計(jì)燃?xì)忮仩t與鼓風(fēng)、發(fā)電、制氧系統(tǒng)是相互連鎖、相互依賴的,主要表現(xiàn)為:TAB透平鼓風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)、以及制氧系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式都采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng),動(dòng)力來(lái)源是燃?xì)忮仩t產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽,換句話說(shuō),只有燃?xì)忮仩t產(chǎn)生足夠的蒸汽時(shí),TAB鼓風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)、制氧系統(tǒng)才能啟動(dòng)正常生產(chǎn),所以當(dāng)燃?xì)忮仩t故障時(shí),制氧系統(tǒng)以及TAB鼓風(fēng)系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的,將直接導(dǎo)致SRV爐停爐。在新設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)燃?xì)忮仩t、鼓風(fēng)及發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),其具體內(nèi)容如下:
(1)因?yàn)榭紤]原有的氣動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)以及透平發(fā)電機(jī)組利舊,所以保留原有系統(tǒng)的設(shè)計(jì);同時(shí)根
據(jù)鍋爐產(chǎn)氣量,另外新增一臺(tái)30MW中溫中壓抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。
(2)避免由于鍋爐出現(xiàn)故障時(shí),影響SRV的正常運(yùn)行,另外增設(shè)一臺(tái)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)作為SRV開爐和鍋爐故障時(shí)的備用風(fēng)機(jī),以維持SRV爐正常生產(chǎn),鼓風(fēng)機(jī)采用全靜葉可調(diào)軸流式鼓風(fēng)機(jī)。
(3)將原來(lái)的鍋爐直接驅(qū)動(dòng)制氧機(jī)方式改為獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)制氧,防止由于鍋爐故障影響制氧系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),新設(shè)計(jì)的燃?xì)忮仩t及動(dòng)力系統(tǒng)因各系統(tǒng)間相互獨(dú)立、不受上游工藝的影響,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和作業(yè)率得到了很大提高,為SRV系統(tǒng)整體作業(yè)率的提高提供了保障。同時(shí)因電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)以及制氧機(jī)均為國(guó)內(nèi)成熟的工藝設(shè)備,全部國(guó)產(chǎn)化,也有助于降低HISmelt工藝系統(tǒng)的投資和進(jìn)一步推廣。
3 生產(chǎn)實(shí)踐
該項(xiàng)目與2016年6月2日凌晨2:45正式點(diǎn)火,開始烘爐,于8月 15日出第一包鐵水。在一年多的時(shí)間了,通過(guò)不斷調(diào)試試,隨著現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)工藝流程和生產(chǎn)操作的逐步熟悉,以及對(duì)故障設(shè)備的檢修更換、工藝流程的進(jìn)一步修改完善,工廠生產(chǎn)產(chǎn)能、運(yùn)行穩(wěn)定性均有很大提高,目前運(yùn)行指標(biāo)為生產(chǎn)以來(lái)最高,達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的80%。具體操作指標(biāo)如下。
3.1 截止目前以來(lái)的最佳操作紀(jì)錄,見表1。
3.3 投產(chǎn)以來(lái)最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(2017年底),表3。
4 總結(jié)
HISmelt熔融還原工藝是商業(yè)化的熔融還原煉鐵工藝之一,也是截止目前唯一不使用焦炭的熔融還原煉鐵技術(shù),通過(guò)國(guó)外、國(guó)內(nèi)兩座商業(yè)化工廠的實(shí)踐檢驗(yàn),其工藝可行性無(wú)容置疑,隨著國(guó)內(nèi)工廠、工作人員對(duì)工藝路線以及操作的不斷熟悉,再加上中國(guó)冶金行業(yè)的強(qiáng)大設(shè)備制造能力和工藝技術(shù)創(chuàng)新能力,相信HISmelt熔融還原工藝因可以直接采用原礦、不需要造球、使用非焦煤、流程短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)越性成為我國(guó)未來(lái)熔融還原煉鐵技術(shù)的發(fā)展的方向。
(責(zé)任編輯:zgltw)