楊開智  張志明  袁輝  王華兵  

（武鋼集團(tuán)昆明鋼鐵股份有限公司環(huán)保搬遷改造項(xiàng)目指揮部，云南安寧市）

摘要  高爐煉鐵的水渣處理系統(tǒng)經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐不斷篩選，主流的水渣處理工藝基本上集中到了冷轉(zhuǎn)鼓機(jī)械式處理工藝和新型環(huán)保底濾工藝兩類技術(shù)上。本文通過對(duì)兩類工藝技術(shù)的對(duì)比分析，認(rèn)為新型環(huán)保底濾法，繼承了傳統(tǒng)底濾法的優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)和控制上進(jìn)行了改進(jìn)提升，在節(jié)能、環(huán)保、安全、運(yùn)行維護(hù)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，屬于目前水渣處理工藝技術(shù)中的成熟先進(jìn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞  新型環(huán)保底濾  機(jī)械式水渣處理  傳統(tǒng)底濾法  維修成本  方案選擇

1  前言

昆鋼擬新建一座2500m3高爐，在水渣處理工藝方案的選擇上需要從場(chǎng)地布置、投資、節(jié)能、環(huán)保、安全、運(yùn)行維護(hù)等方面綜合考慮。高爐煉鐵的水渣處理工藝經(jīng)過生產(chǎn)的實(shí)踐和不斷篩選，水渣處理工藝基本上集中到了冷轉(zhuǎn)鼓機(jī)械式處理工藝和底濾法工藝兩類技術(shù)上。近年來，傳統(tǒng)的底濾法又發(fā)展成了新型環(huán)保底濾法。冷轉(zhuǎn)鼓機(jī)械式處理工藝：機(jī)械化程度高、方便收集乏汽、系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)維費(fèi)用高、過濾后的水渣含水率高（18-20%±）；傳統(tǒng)的底濾法：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、運(yùn)維費(fèi)用低、占地面積大、收集乏汽不方便、過濾后的水渣含水率較高（15-17%±）。經(jīng)過不斷總結(jié)改進(jìn)后的新型環(huán)保底濾法，繼承了傳統(tǒng)底濾法的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)傳統(tǒng)底濾法的不足，在結(jié)構(gòu)和控制上進(jìn)行了改進(jìn)提升。綜合分析對(duì)比三種水渣處理工藝，對(duì)新建高爐水渣處理的工藝方案選擇將有重要意義。

2  業(yè)內(nèi)新型環(huán)保底濾法的實(shí)際應(yīng)用案例

某廠1＃高爐有效爐容2500m3，設(shè)有3個(gè)出鐵口，雙矩形出鐵場(chǎng)布置，2套環(huán)保底濾法沖渣系統(tǒng)緊貼出鐵場(chǎng)布置，在出鐵場(chǎng)外沿布置?；?，熔渣的水淬點(diǎn)設(shè)于粒化塔內(nèi)，沒有沖渣溝，采用水淬箱+集氣筒+噴淋降溫冷凝一體化的?；?，降溫后的乏汽從塔頂口排出，塔高約40m，塔外的水渣溝長度僅3-5m就進(jìn)入渣池。渣池結(jié)構(gòu)為新型環(huán)保底濾工藝，單個(gè)池子過濾面積約7m×19m=133m2，每套沖渣系統(tǒng)設(shè)有2個(gè)渣池，1個(gè)渣池沖渣時(shí)另1個(gè)渣池進(jìn)行行車撈渣，交替工作。每個(gè)池子配置熱水回水泵（2000m3/h）1臺(tái)、沖渣泵（2000m3/h）1臺(tái)，2個(gè)渣池總共2臺(tái)回水泵（2000m3/h）、2臺(tái)沖渣泵（2000m3/h），配置熱水冷卻塔（1200m3/h）2臺(tái)；2臺(tái)熱水泵（2000m3/h）的進(jìn)水出水通過管道閥門系統(tǒng)并聯(lián)為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)設(shè)備開1備1（；2臺(tái)沖渣泵（2000m3/h）的進(jìn)水出水通過管道閥門系統(tǒng)并聯(lián)為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)設(shè)備開1備1）。沖渣水總管為DN600，上塔熱水總管為DN600，補(bǔ)水管為DN200，?；娏芩偣転镈N200，冷凝水回水總管為DN400。設(shè)有16t抓斗行車1臺(tái)，人工操作，抓取水渣后由渣池旁邊的下料漏斗進(jìn)入汽車貨廂運(yùn)走。整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化配置水平不高，僅是基本實(shí)現(xiàn)了沖渣系統(tǒng)的中控室集中操作，熱水池水位、沖渣水量、噴淋水量的調(diào)節(jié)均為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)方式。設(shè)計(jì)沖渣水量2000m3/h，噴淋水量700m3/h。實(shí)際生產(chǎn)過程中，在高爐生產(chǎn)穩(wěn)定后，以控制濾池的熱水水位為目標(biāo)（既保證熱水能夠有效淹沒渣池過濾層，保證不出現(xiàn)熱水上塔泵吸入空氣發(fā)生汽蝕損壞設(shè)備，又保證水淬點(diǎn)沖制水渣的作業(yè)安全），以進(jìn)出渣池水量平衡為核心，從投產(chǎn)初期的沖渣水量1800-2000m3/h，逐步調(diào)整減少水量；現(xiàn)在的實(shí)際情況是：沖渣水量僅為1000-1200m3/h，噴淋水量由開始的500-700m3/h減少到現(xiàn)在的180-300m3/h（結(jié)合氣象條件調(diào)整，天熱氣溫高時(shí)噴180-200m3/h，天冷氣溫低時(shí)噴240-300m3/h，冬季氣溫進(jìn)一步降低時(shí)噴600m3/h左右），?；斉趴谔幰曈X上并沒有明顯“白羽”現(xiàn)象，排放情況非常好。系統(tǒng)投入運(yùn)行以來一直穩(wěn)定生產(chǎn)，水渣質(zhì)量優(yōu)良（玻璃化率達(dá)到98%），在節(jié)能、環(huán)保、安全方面效果明顯。

新型環(huán)保底濾工藝系統(tǒng)流程布置如下圖：

新型環(huán)保底濾法工藝自身循環(huán)水量大幅度減少，節(jié)電效果顯著；再者沖渣水溫控的比較低，系統(tǒng)蒸發(fā)量也明顯減少；若配套上?；娏芟到y(tǒng)、濾池設(shè)置移動(dòng)式集氣罩、智能化抓斗行車撈渣等手段，將使整套系統(tǒng)的工作環(huán)境和環(huán)保排放明顯改善，全系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化管控，有效降低人員安全和職業(yè)衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)、降低生產(chǎn)成本。

基于水渣蒸汽處理的冷凝系統(tǒng)工藝選擇的不同，水渣工藝蒸汽S排放對(duì)比如下表1所示：

冷水沖渣+冷凝系統(tǒng)水渣工藝解決了熔渣?；瘯r(shí)產(chǎn)生的大量有害蒸汽對(duì)環(huán)境的污染，環(huán)保排放得到了較大改善，符合國家環(huán)保要求。

3  新型環(huán)保底濾工藝系統(tǒng)與機(jī)械式水渣處理系統(tǒng)的對(duì)比分析

業(yè)內(nèi)多家鋼廠都經(jīng)歷了從機(jī)械式水渣處理系統(tǒng)（冷轉(zhuǎn)鼓、INBA、嘉恒法、明特法等）全面轉(zhuǎn)改為新型環(huán)保底濾法渣處理系統(tǒng)的過程。改為新型環(huán)保底濾法后，攤?cè)霝V料更換費(fèi)用后的年平均材料備件費(fèi)用較以前使用機(jī)械式處理系統(tǒng)降低一半以上，還大大減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，系統(tǒng)可靠性也明顯提高，再?zèng)]有發(fā)生過渣處理系統(tǒng)影響高爐生產(chǎn)的情況。

2500m3級(jí)別高爐新型環(huán)保底濾工藝與機(jī)械式水渣處理工藝的投資、運(yùn)行、維護(hù)成本情況比較見表2、表3、表4。

昆鋼環(huán)保搬遷轉(zhuǎn)型升級(jí)項(xiàng)目高爐煉鐵工程，初步設(shè)計(jì)水渣處理系統(tǒng)采用冷轉(zhuǎn)鼓渣處理系統(tǒng)，現(xiàn)有一期1#高爐采用冷轉(zhuǎn)鼓渣處理系統(tǒng)，二者均源于INBA水渣處理系統(tǒng)，工藝及主體設(shè)備配置十分相似，見表5。

由表3的對(duì)比可以看出，本項(xiàng)目初設(shè)（2#高爐）與一期1#高爐的冷轉(zhuǎn)鼓水渣處理系統(tǒng)的配置是基本一致的；在轉(zhuǎn)鼓本體的配置上選材還稍微比1#高爐略低，沖渣泵水量和冷卻塔數(shù)量的配置均沒有1#高爐大，故此可以預(yù)見如按照初步設(shè)計(jì)方案執(zhí)行最多能夠保證本項(xiàng)目水渣處理系統(tǒng)的使用效果能夠與1#高爐保持一致，也就是說，按此方案進(jìn)行建設(shè)將來的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用不會(huì)低于現(xiàn)有一期1#高爐的實(shí)際情況，不利于生產(chǎn)成本控制。

現(xiàn)有一期1#高爐的冷轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用情況見表6、表7：

以上兩表可以看出：一期1#高爐2012年6月底投產(chǎn)，水渣處理設(shè)備同期投入運(yùn)行。從上表可以看出僅僅是日常維護(hù)的材料備件費(fèi)用3年平均就高達(dá)155.58萬元/年，月平均備件材料費(fèi)用13萬元。并且是隨著運(yùn)行時(shí)間的增長費(fèi)用也從2014年約125萬元上升到2016年的約210萬元。表中檢修費(fèi)用僅僅是系統(tǒng)性檢修時(shí)外委給其他單位的合同費(fèi)用；應(yīng)對(duì)日常的維修維護(hù)，1#高爐的渣處理系統(tǒng)專門配置了一個(gè)檢修小組值守，該小組的人工費(fèi)用還沒有計(jì)入。如再加上一代爐役（15年）內(nèi)的轉(zhuǎn)鼓及傳動(dòng)系統(tǒng)的大修費(fèi)用（按照一代爐役2次大修，2套轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)每次大修費(fèi)用500萬，共計(jì)1000萬，分?jǐn)偤筚M(fèi)用為66.67萬元/年），則平均年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用確實(shí)高達(dá)360萬元左右。

4  昆鋼6#高爐的傳統(tǒng)底濾法水渣處理系統(tǒng)使用情況：

6#高爐從1998年投產(chǎn)以來，一直使用底濾法水渣處理系統(tǒng)，但是由于采用的是傳統(tǒng)底濾法，過濾層下設(shè)有熱水池，熱水池上鋪設(shè)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)之上才鋪設(shè)不同粒級(jí)的濾料層；并且全部4個(gè)渣池的熱水池是連通共用的，無法實(shí)現(xiàn)單池子隔離檢修和更換濾料；同時(shí)當(dāng)年建設(shè)時(shí)在熱水池內(nèi)設(shè)備設(shè)施的材質(zhì)選型上存在一定局限性，采用低壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行濾料反吹清洗，效果不好，濾網(wǎng)堵塞頻繁，清洗或者更換濾網(wǎng)又必須先清理濾料層，加大了工作量和延長了檢修時(shí)間，因此比改進(jìn)后的新型環(huán)保底濾法工藝的運(yùn)維費(fèi)用會(huì)高一些。

6#高爐水渣處理系統(tǒng)近年來的實(shí)際發(fā)生費(fèi)用見表8：

綜合分析表6、表7、表8的數(shù)據(jù)，可以清晰地看到各系統(tǒng)使用的實(shí)際綜合檢修維護(hù)費(fèi)用，最高的是機(jī)械式處理的冷轉(zhuǎn)鼓工藝，傳統(tǒng)底濾法由于早期設(shè)計(jì)中的一些不足使得綜合檢修維護(hù)費(fèi)用也比較高，綜合檢修維護(hù)費(fèi)用最低的是新型環(huán)保底濾法工藝。見表9：

5  系統(tǒng)檢修所需時(shí)間情況

重點(diǎn)對(duì)比冷轉(zhuǎn)鼓法與傳統(tǒng)底濾法、新型環(huán)保底濾法的大修。冷轉(zhuǎn)鼓法大修的工作內(nèi)容：轉(zhuǎn)鼓本體及傳動(dòng)檢修更換、皮帶機(jī)系統(tǒng)檢修更換、泵閥系統(tǒng)檢修更換、冷熱水池清理、冷卻塔檢修更換等；關(guān)鍵在于雙鐵口側(cè)轉(zhuǎn)鼓本體及其傳動(dòng)系統(tǒng)更換，從外廠經(jīng)驗(yàn)（昆鋼目前還未組織過轉(zhuǎn)鼓更換）看，施工周期為7-10天，只有高爐長時(shí)間停產(chǎn)檢修時(shí)才能進(jìn)行，必然影響到高爐的生產(chǎn)。底濾法大修內(nèi)容：底濾系統(tǒng)（濾水管系統(tǒng)、濾料等）更換、泵閥系統(tǒng)檢修更換、行車檢修、皮帶機(jī)檢修更換等，工作內(nèi)容比冷轉(zhuǎn)鼓法少。傳統(tǒng)底濾法，過濾層下設(shè)有熱水池，熱水池上鋪設(shè)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)之上才鋪設(shè)不同粒級(jí)的濾料層；并且全部渣池的熱水池是連通共用的，無法實(shí)現(xiàn)單池子隔離檢修和更換濾料，并且熱水池、冷水池經(jīng)常出現(xiàn)渣棉沉淀板結(jié)，清理起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力；新型環(huán)保底濾法因各個(gè)濾池是獨(dú)立的，并且不設(shè)熱水池直接將濾水管系埋于濾料層內(nèi)，采用沖渣水反洗濾料層，清洗效果好，只有冷水池會(huì)有少量渣棉沉淀板結(jié)，清理工作量比傳統(tǒng)底濾法小很多，新型環(huán)保底濾法由于是塔內(nèi)水淬，塔外直接進(jìn)渣池不需水力輸送，對(duì)沖渣水量和壓力要求較傳統(tǒng)底濾法小，因此新型環(huán)保底濾法的運(yùn)行能耗和檢修維護(hù)費(fèi)用都比傳統(tǒng)底濾法少。結(jié)合昆鋼條件，在沖渣水中會(huì)采用全廠軟水制備產(chǎn)生的濃鹽水作為補(bǔ)充水，渣池濾料的板結(jié)時(shí)間周期會(huì)縮短，濾料更換次數(shù)會(huì)增多，必須有不影響高爐生產(chǎn)狀態(tài)的渣池檢修應(yīng)對(duì)措施，因此在雙鐵口側(cè)的水渣處理系統(tǒng)設(shè)置3個(gè)濾池（單個(gè)渣池過濾面積160m2）和2臺(tái)抓斗行車，即可在生產(chǎn)期間或計(jì)劃檢修時(shí)渣池輪換大修，不會(huì)影響高爐生產(chǎn)。

以上對(duì)比可以清晰顯示目前高爐水渣處理各種工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足。優(yōu)化改進(jìn)后的新型環(huán)保底濾法工藝在各工藝技術(shù)中明顯地突出了：運(yùn)行可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量及費(fèi)用低、占地小、能保證高爐連續(xù)作業(yè)、能滿足安全環(huán)保要求等優(yōu)點(diǎn)。所以在現(xiàn)場(chǎng)總圖布置允許的情況下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用新型環(huán)保底濾法工藝來處理高爐水渣。

6  總圖位置的布置情況

新型環(huán)保底濾法工藝系統(tǒng)要求緊貼高爐出鐵場(chǎng)布置，這樣做的好處就是水渣不需要遠(yuǎn)距離的水力輸送，大幅度降低了系統(tǒng)的循環(huán)水量，省水、省電。總圖布置按單鐵口側(cè)2個(gè)渣池，雙鐵口側(cè)3個(gè)渣池，每套系統(tǒng)均考慮皮帶（正常）及汽車外運(yùn)（備用）。基本總圖布置情況如下圖：

圖中的黃色部分為2套新型環(huán)保底濾法水渣處理系統(tǒng)，其占地面積與冷轉(zhuǎn)鼓工藝基本相當(dāng)，從占地情況分析對(duì)于大多數(shù)新建高爐在總圖布置上是沒有問題的。

7  結(jié)語

綜合對(duì)比分析三種高爐水渣處理工藝，新型環(huán)保底濾法具有：投資省、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、運(yùn)維費(fèi)用低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。配置智能抓斗行車抓渣、?；娏芟到y(tǒng)、濾池移動(dòng)式集氣罩后，將解決乏汽收集問題、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化管控，降低生產(chǎn)成本、有效降低人員安全和職業(yè)衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)，有利于建設(shè)投資控制，能滿足當(dāng)前國家的節(jié)能、環(huán)保政策要求。

因此，我們?cè)诶ヤ摥h(huán)保搬遷轉(zhuǎn)型升級(jí)項(xiàng)目的2500m3高爐工程中選擇了新型環(huán)保底濾水渣處理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《環(huán)保底濾法水渣工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐》，周凡，《煉鐵》第33卷第1期（總第200期）