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高炉新型底滤法水渣处理工艺的高端化、智能化、绿色化实践

2024-05-30 11:18:46

来源:世界金属导报精华版

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前言

随着钢铁行业对运行成本、环保、自动化控制要求的不断提高,传统底滤法水渣处理工艺在不断进行技术升级、产品迭代。新型底滤法水渣处理工艺采用模块化的高效过滤板的新型滤层结构,可配置水渣蒸汽捕集和冷凝脱硫工艺、无人抓渣智能行车控制系统,近年来得到了广泛的应用。新型底滤法水渣处理工艺的典型示意图如图1,一般包括粒化塔、蒸汽烟囱、过滤池、桥式抓斗起重机、水冲渣泵站等。

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新型滤层结构

2.1 传统滤层结构的板结更换问题

传统底滤法水渣处理工艺的滤层采用滤料按级配铺设的结构。渣水混合物中的水通过滤料之间的缝隙渗透到滤层下部进入到过滤管系中,被系统循环水泵抽走循环使用,过滤完的水渣被截留在滤层上面。滤层在使用一段时间之后会形成板结堵塞滤料缝隙,随着板结逐渐增加,滤层的透水性就会受到影响从而导致系统水不平衡,影响到高炉正常生产,此时就需要对板结滤层进行更换。清理板结滤层时,需要将钩机吊到过滤池内对板结滤层进行破碎,再将破碎的板结滤层从防护架内挖出,清理完成后重新按级铺设滤料。板结滤层的清理工作量大(总量500-1000t),破除和清理工作还受到防护架阻挡,导致清理板结、更换滤层成为底滤法水渣岗位操作和维护人员最大的检修作业。

2.2 滤层板结的机理分析

底滤法水渣过滤的本质是用水渣来过滤渣水混合物,传统底滤法滤层铺设鹅卵石的厚度普遍在1.5m以上,但真正起到过滤作用的就是顶层滤料上方的水渣,水渣滤层形成了过滤界面。过滤界面以上的水渣受到传递、吸附和剥离机制的控制被留在过滤层上方。经跟踪调研、取样分析,认为滤层典型板结的机理:一是过滤界面下钙镁离子结晶。滤料(4-25mm)板结取样研磨筛分,经XRD检测,其结果显示主要成分是CaSO4·2H2O。二是过滤界面及其上水渣自身化学活性释放。针对2-4mm粒径滤料与水渣板结取样,XRD检测结果显示,主要为硅酸盐。

2.3 新型滤层结构的应用

根据上面板结机理的检测分析,发现实际生产过程中,过滤界面以下高约1.3m的鹅卵石滤料为冲渣循环水中钙镁离子结晶提供了结晶核,且板结后受限于防护架、过滤管系非常难清理更换,过滤层透水性下降影响了高炉的正常生产。经过大量的实验室试验、工厂中试,采用方便检修更换的模块化的高效过滤板,取消过滤界面以下1.3m高的鹅卵石滤料。

从滤层的结构考虑,高效过滤板的使用代替了传统滤层上层滤料成为了水渣过滤界面的承载体。由于高效过滤板是安装在钢结构防护架上的,不再需要大粒度鹅卵石的支撑,而且下部没有滤料为板结附着形成提供结晶核。因此,新型底滤法水渣采用无支撑层鹅卵石的高新过滤板结构,在防护架上安装模块化的高效过滤板,高效过滤板及防护架形成了新的水渣过滤界面的承载体。新型滤层结构已经在多座高炉项目新型底滤法水渣系统上投入使用,水渣运行情况良好,其中某钢厂运行参数如表1所示。新型底滤法水渣处理工艺采用无支撑层鹅卵石的新型滤层结构的优点如下:①过滤层仅保留高效过滤板及内部快速滤料,实现板结滤层的快速更换,高效过滤板下无支撑层鹅卵石,高效过滤板以下不会有板结生成,根本上消除了传统底滤法清理板结量大、影响生产运行的困难;②高效过滤板下无支撑层鹅卵石,相比传统底滤法鹅卵石需要定期更换,大大降低建设费用和维护费用;③反冲洗二次配水,均匀无死角,配合抓渣智能化系统留渣作业可实现局部区域加强反冲洗。


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无人抓渣智能行车系统

炉水渣区的高温、含S等有害性元素气体对行车岗位人员职业健康危害较大,操作人员长期疲劳驾驶不利于系统设备的安全稳定运行,人工抓渣已逐渐不能满足生产要求,亟需提高自动化、无人化程度。无人抓渣智能行车控制系统特点如下:①采用大小车及抓斗自动定位、变频调速控制、防摇摆算法、四绳抓斗模型、知识学习算法、无线网络通讯、视频监控等技术,实现行车的自动抓渣作业,根据渣池划分的网格,采用高效抓渣策略,自动控制抓斗行车完成抓、卸渣工作。②底滤法水冲渣系统抓渣行车的自动化运行,实现高炉水渣池的无人化、智能化作业。③典型工况运行效率如表2所示,每斗抓渣作业平均耗时~100s,抓渣效率均可满足高炉生产需要。

无人抓渣行车智能化系统与安全、环保、高效的底滤法渣水分离工艺完美结合在一起,实现了抓渣作业的无人化、自动化、智能化,为水渣处理工艺带来技术革新。


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蒸汽冷凝脱硫系统

4.1 渣池区域蒸汽的捕集

新型底滤法水渣处理工艺在过滤池上方增设了移动式集汽罩,集汽罩采用耐腐蚀、高温的玻璃钢材质,设备四周与过滤池的缝隙均采用耐腐蚀幕帘封闭,可将渣水跌落及渣水分离过程中产生的蒸汽进行有效捕集,再利用引蒸汽管道将捕集的蒸汽引到就近烟囱实现有组织排放,如图1所示。当1个过滤池冲渣作业结束后抓渣作业时,移动式集汽罩可从该过滤池上方移开,不影响抓渣作业。该工艺实现了全区域蒸汽有组织排放,也为水渣系统配置蒸汽冷凝脱硫系统提供了有利条件。

4.2 蒸汽冷凝脱硫系统

高炉冶炼所需原燃料中含有一定的S,S随原燃料进入高炉以后,在炉内经过复杂的物理化学变化,在铁水、炉渣和煤气中进行分配,其中进入高炉渣中S约占全部入炉S的85%。S是以(CaS)的状态溶于高温炉渣中,冲渣水与(CaS)反应产生的SO2和H2S随水蒸汽及气溶胶外排至大气中。按吨铁S负荷4kg计,估算冲渣末期SO2排放浓度在185-965mg/Nm3,造成较大环境负荷。

根据高炉生产及环保的要求,该研究开发了“三步法”蒸汽冷凝脱硫系统,成功应用于多座高炉,系统运行稳定、环保成本较低。冲渣蒸汽冷凝脱硫设施主要包含喷淋冷却系统、微重力脱湿除尘系统、空冷脱湿系统。该工艺路线的流程图如图1,主要特点包括:①高炉熔渣粒化过程中的蒸汽,在上行过程中利用双层冷凝降温-除雾吸附技术处理水汽中的颗粒物、硫化物等;②经过喷淋后的冲渣蒸汽进入微重力脱湿除尘塔,在塔内通过扩散降速、吸附、团聚等多种作用,大颗粒液滴及渣棉与蒸汽分离形成水流,形成的水流自流至渣处理系统,无外排二次污染物;③通过微重力脱湿除尘塔以后,蒸汽进入到多层次空冷脱湿器,蒸汽在该设备内进行对流换热冷却,大幅度降低其蒸汽饱和度;④冷凝水循环系统的喷淋水自流进入到储水池,通过喷淋供水泵继续喷淋,循环使用,较其他工艺大幅降低系统的运行成本。

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结论

新型底滤法水渣处理工艺对传统底滤法从高端化、智能化、绿色化方面进行了技术升级、产品迭代。在高端化方面,模块化的高效过滤板的新型滤层结构有效解决了滤层板结更换难的问题;智能化方面,无人抓渣行车智能控制系统与新型底滤法水渣高效过滤工艺得到完美结合;在绿色化方面,过滤单元上方设移动式集汽罩,冲渣含S蒸汽通过“蒸汽冷凝系统进行处理,实现了水渣处理过程清洁、环保。