董建民

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇210019）

0 引言

馬鋼二鐵總廠1#2 500 m3高爐一代爐役1994年4 月25 日開爐，于2007 年2 月 26 日停爐大修，生產(chǎn)13 年2 個月，第一代爐役產(chǎn)鐵 9 206 t/m3。2007 年6 月19 日第二代爐役開爐點火，于2018 年10 月 10 日停爐大修，生產(chǎn)11 年2 個多月，第二代爐役產(chǎn)鐵9 533 t/m3。前兩代爐役均由我公司設(shè)計。

第三代爐役于2019 年2 月23 日高爐點火投產(chǎn)。設(shè)計中采用了多項新技術(shù)、新工藝，如高爐綜合長壽技術(shù)、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、爐頂均排壓煤氣回收技術(shù)、熱風(fēng)爐板式換熱器、全干法煤氣除塵技術(shù)、煤氣除塵灰密閉回收技術(shù)、爐前開堵口信息化、高爐煤氣脫鹽技術(shù)、高爐操作專家系統(tǒng)等，為實現(xiàn)高爐高效、低耗、長壽、環(huán)保創(chuàng)造了有利保障。

1 大修工程的主要內(nèi)容

馬鋼1#2 500 m3大修設(shè)計主要包括煉鐵工藝設(shè)施、燃?xì)夤に囋O(shè)施、給排水設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施及部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)施更新改造，具體內(nèi)容見表1。高爐的主要設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

2 工程重點改造項目的技術(shù)特點

2.1 高爐長壽技術(shù)

2.1.1 高爐內(nèi)型

匹配高爐原燃料條件的合理爐型是實現(xiàn)高爐順行、穩(wěn)定、長壽、高產(chǎn)、節(jié)能的基礎(chǔ)之一?；隈R鋼三十幾年的操作經(jīng)驗及現(xiàn)有爐料條件，馬鋼1#2 500 m3高爐三代內(nèi)型設(shè)計有爐腹?fàn)t身角減小、爐缸直徑擴(kuò)大、死鐵層增厚、高徑比減小的趨勢。設(shè)計爐腹度為75.17°，爐身角為82.08°，爐缸直徑為11.4 m，高徑比為2.23。

表1 高爐各系統(tǒng)改造內(nèi)容

表2 馬鋼1#2 500 m3 高爐的主要設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

爐腹?fàn)t身角設(shè)計改進(jìn)目的是：通過適當(dāng)減少邊緣煤氣，達(dá)到提高爐料透氣性、優(yōu)化煤氣分布，實現(xiàn)爐料與煤氣間的高效反應(yīng)。爐缸及死鐵層的設(shè)計改進(jìn)目的是：減少鐵水流動對爐缸耐材的侵蝕，提高高爐壽命。

2.1.2 高爐內(nèi)襯

從該高爐前兩代爐役停爐后拆爐情況看，設(shè)計采用的陶瓷杯+炭磚的耐材配置可以滿足15 年的設(shè)計壽命要求，其爐底爐缸耐材配置見圖1。該高爐第三代內(nèi)襯配置如下：

（1）爐底總的耐材設(shè)計厚度為2 500 mm。爐底耐材配置：一層陶瓷墊，為剛玉莫來石質(zhì)，厚度500 mm；一層石墨磚，厚度400 mm；兩層微孔炭磚，總厚度800 mm；兩層超微孔炭磚，總厚度800 mm。

（2）爐缸處陶瓷杯壁為剛玉質(zhì)，厚度300～600 mm；爐缸下部炭磚為超微孔炭磚，厚度700～1 000 mm；爐缸上部炭磚為微孔炭磚，厚度650～700 mm。

（3）爐腹、爐腰及爐身下部的銅冷卻壁設(shè)氮化硅結(jié)合碳化硅鑲磚，爐身下部鑄鐵冷卻壁設(shè)氮化硅結(jié)合碳化硅鑲磚。

（4）爐身上部鑄鐵冷卻壁設(shè)磷酸鹽粘土鑲磚。所有鑲磚厚度～100 mm。

圖1 高爐爐缸爐底陶瓷杯結(jié)構(gòu)示意

2.2 高爐冷卻循環(huán)水系統(tǒng)

2.2.1 軟水循環(huán)系統(tǒng)

本次設(shè)計軟水采用密閉循環(huán)形式，爐體各區(qū)域設(shè)計參數(shù)見下表。

表3 爐體軟水冷卻設(shè)計參數(shù)

第一路軟水供1～16 層冷卻壁冷卻，沿圓周分為4 個區(qū)，采用獨立進(jìn)、出口總管。每層冷區(qū)壁均設(shè)置壓力檢測接口、溫度檢測，以滿足快速檢漏和水溫差檢測的要求。另一路軟水依次供：爐底冷卻水管、雙層冷卻壁蛇形管道。二路軟水回水匯合后進(jìn)入回水總管。回水總管設(shè)置支路，經(jīng)再次加壓后供給熱風(fēng)爐各熱風(fēng)閥和高爐風(fēng)口中套，實現(xiàn)利用余壓達(dá)到節(jié)能的目的。

2.2.2 工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)

受利舊結(jié)構(gòu)、工藝等影響，風(fēng)口小套、第17 層冷卻壁采用工業(yè)水開路循環(huán)系統(tǒng)。

據(jù)現(xiàn)場的實際條件，工業(yè)水排水槽標(biāo)高高于循環(huán)水泵房冷卻塔入口8.9 m。因此本次設(shè)計取消了熱水池及其與冷卻塔間的泵站，利用地理高差直接余壓上塔，節(jié)省了泵組運行、維護(hù)費用。

以上設(shè)計布置管道形成了U 結(jié)構(gòu)，不利于開路循環(huán)過程混入空氣的排除。因此在管道合適的位置增加呼吸口和排氣口，以保證排水順暢。調(diào)試和投產(chǎn)后該套系統(tǒng)運行良好。

2.3 爐頂均排壓煤氣回收技術(shù)

爐頂配置串罐無料鐘裝料設(shè)施，稱量料罐有效容積55 m3，設(shè)計壓力0.3 MPa。爐頂排壓系統(tǒng)設(shè)置了旋風(fēng)除塵器和消音器，并設(shè)置緊急放散閥應(yīng)對系統(tǒng)事故，爐頂均排壓及煤氣回收系統(tǒng)流程如圖2 所示。系統(tǒng)配置DN500 煤氣回收總管，用于回收稱量料罐均排壓過程中放散煤氣。放散煤氣經(jīng)過爐頂設(shè)置的旋風(fēng)除塵器后再進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)一步凈化，最終匯入凈煤氣管網(wǎng)?？紤]到上料系統(tǒng)的作業(yè)率限制，設(shè)計均排壓過程中回收煤氣時間～5 s。稱量料罐內(nèi)剩余的少量煤氣再經(jīng)過旋風(fēng)除塵器和消音器后放散。

投產(chǎn)后，在相同料批情況下，與改造前相比，增加爐頂裝料作業(yè)總時間2～3%，可回收55%以上的放散煤氣，同時生產(chǎn)現(xiàn)場無明顯的放散噪音，實現(xiàn)良好的環(huán)保效應(yīng)。從現(xiàn)場生產(chǎn)實踐來看，布袋除塵器卸灰量幾乎沒有。在之后設(shè)計中可以考慮將回收煤氣接入煤氣脫鹽塔中，取消布袋除塵器降低維護(hù)成本。

2.4 熱風(fēng)爐板式換熱器

高爐熱風(fēng)爐預(yù)熱器原先采用的是熱管式預(yù)熱器，由于熱管在運行過程中容易積灰、腐蝕、失效，以及運行工況的波動等原因影響預(yù)熱器的實際熱效率，存在換熱能力下降、換熱效率不高、易損壞等缺點。特別到使用后期，換熱管損壞、熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)泄漏后，預(yù)熱器換熱能力下降較大，影響到高爐風(fēng)溫的提升，對高爐降低燃料比等帶來較大的負(fù)面影響。

圖2 爐頂均排壓及煤氣回收系統(tǒng)流程

采用板式換熱器后，可避免管式換熱器的缺點，提高換熱的效率、提高熱風(fēng)爐高爐煤氣和助燃風(fēng)的溫度，最終使高爐熱風(fēng)溫度提高～20 ℃，降低焦比2 kg/（tHM）。表4 為板式換熱器設(shè)計參數(shù)。

表4 板式換熱器設(shè)計參數(shù)

2.5 煤氣干法除塵技術(shù)

干法除塵設(shè)計箱體為14 個，含1 個灰倉，分2列布量。相較濕法除塵系統(tǒng)，干法除塵設(shè)備不需要供水系統(tǒng)和污泥處理設(shè)施，所以減少了工藝設(shè)備，節(jié)省了投資；而且無煤氣洗滌水消耗及外排水量，每年節(jié)水超過13 萬噸。不僅如此，干法除塵凈煤氣含塵量和濕度大大降低，煤氣的物理顯然顯著提高，高爐TRT（高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置）噸鐵發(fā)電量大幅提升、耗電量顯著降低。TRT 的發(fā)電水平從原先的31 kWh/（tHM）提升到45 kWh/（tHM）。

表5 煤氣干法除塵設(shè)計參數(shù)

2.6 煤氣除塵灰密閉回收技術(shù)

為配合密閉罐車實現(xiàn)煤氣除塵灰無水、負(fù)壓密閉回收，設(shè)計除塵灰散裝機(jī)，以保證重力除塵、旋風(fēng)除塵、煤氣干法除塵卸灰口附近沒有二次揚塵和加濕蒸汽，實現(xiàn)環(huán)保和節(jié)水的雙重目的，年可節(jié)水量～1.5×104t/a。

2.7 爐前開堵口信息化

高爐爐前開、堵口操作環(huán)境惡劣，面臨高溫輻射和粉塵，對設(shè)備和操作人員有極大地影響。結(jié)合現(xiàn)場操作的經(jīng)驗，本次設(shè)計采用遙控、電氣操作臺、液壓操作臺三種并行控制方式，減少環(huán)境對操作人員的影響。

通過增加與液壓管路壓力檢測結(jié)合的設(shè)備編碼器，使?fàn)t前開堵口所用泥炮開口機(jī)的開口深度、設(shè)備的旋轉(zhuǎn)角度、打泥量等參數(shù)實現(xiàn)信息化，為將來爐前開堵口操作的自動化提供了接口和數(shù)據(jù)支撐。設(shè)計中結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備電子元件的特點，與設(shè)備廠家共同確定采用氣冷的方式保護(hù)設(shè)備電子元件和相關(guān)線纜，更好的滿足生產(chǎn)需要。

2.8 高爐煤氣脫鹽技術(shù)

隨著煤氣干法布袋的技術(shù)成熟，越來越多的鋼鐵企業(yè)開始在高爐上使用煤氣干法除塵系統(tǒng)實現(xiàn)高爐煤氣除塵。然而，在煤氣干法布袋產(chǎn)生節(jié)能減排效果的同時，也出現(xiàn)了高爐煤氣管道腐蝕加快問題。其中氯離子和酸性冷凝水被認(rèn)為是造成煤氣管道腐蝕加快的主要因素。

本設(shè)計在凈高爐煤氣管道（送熱風(fēng)爐煤氣管分支點后）并網(wǎng)前，新建1 套高爐凈煤氣除鹽中和塔，出脫鹽塔的凈煤氣冷凝水PH 值可達(dá)到7～8。另外，本次設(shè)計管道材質(zhì)采用耐酸鋼Q345NS，進(jìn)一步提升煤氣管網(wǎng)的安全性。表6 為煤氣干法除塵設(shè)計參數(shù)。

表6 煤氣干法除塵設(shè)計參數(shù)

2.9 高爐操作監(jiān)測系統(tǒng)

隨著自動化水平提高、專業(yè)分析軟件成熟，同時業(yè)主方對人工效率提高、生產(chǎn)信息完善的要求，使得高爐設(shè)計智能化相關(guān)內(nèi)容不斷深化。

本次大修，爐體冷卻設(shè)施設(shè)計1000 點熱電偶。其中840 點熱電偶用于冷卻壁水溫差檢測，測量精度±0.05 ℃。同時配套200 個冷卻水流量計，以達(dá)到監(jiān)控高爐熱狀態(tài)，為智能化冶煉提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、為高爐操作提供參考。

爐底爐缸設(shè)置溫度測溫點450 個，匹配爐底爐缸耐火材料侵蝕模型，為高爐爐底爐缸安全提供預(yù)警。

3 結(jié)語

目前，馬鋼二鐵1#2 500 m3高爐第三代爐役投產(chǎn)已經(jīng)一年，高爐運行穩(wěn)定、順行，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。年均燃料比506 kg/（tHM）、富氧3%、風(fēng)溫1 200 ℃、頂壓 210 kPa，年產(chǎn)鐵水 232.67×104t、最高日產(chǎn)量7 000 t，各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計目標(biāo)。通過一年多的生產(chǎn)實踐證明，此次高爐大修采用的多項新技術(shù)、新工藝起到了良好的成效，另外設(shè)計采取的工藝配置、節(jié)能技術(shù)比較合理，貼合生產(chǎn)實際。