趙奇強(qiáng)，范川澤，孫劉恒，高成云，陳 冬

（1.中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇210019；2.福建三鋼集團(tuán)羅源閩光鋼鐵有限責(zé)任公司，福建350600）

0 引言

福建三鋼集團(tuán)羅源閩光鋼鐵有限責(zé)任公司（下稱“羅源閩光”）位于福州市羅源灣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，目前鐵產(chǎn)能134 萬噸，鋼產(chǎn)能170 萬噸，材產(chǎn)能150 萬噸，在三鋼集團(tuán)的三明本部、羅源閩光及三安鋼鐵的三個(gè)生產(chǎn)基地中產(chǎn)能最小。通過三鋼集團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)能減量置換，羅源閩光在福州羅源縣規(guī)劃新建鋼鐵生產(chǎn)線，其中煉鐵包含兩座1 250 m3高爐，高爐鐵水產(chǎn)能233 萬噸。煉鐵項(xiàng)目總占地約190 畝，建設(shè)內(nèi)容主要包括槽上上料、礦槽上料、爐頂粗煤氣系統(tǒng)、高爐本體系統(tǒng)、出鐵場(chǎng)水渣系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、噴煤設(shè)施、煤氣凈化設(shè)施、BPRT 鼓風(fēng)機(jī)站、循環(huán)水泵房、35kv 變電站和總圖設(shè)施等。

1 高爐總圖布置特點(diǎn)

羅源閩光兩座高爐總體布局呈550 m×200 m的規(guī)整矩形，總圖經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1，項(xiàng)目總圖布置見圖1。該總圖布置的主要特點(diǎn)有：

（1）物流及運(yùn)輸順暢。緊靠高爐南部為燒結(jié)廠，燒結(jié)廠西部為原料廠，煉鋼廠位于新建高爐的西面，高爐進(jìn)料及返料方向均為南部，鐵水運(yùn)輸方向?yàn)槲鞑?，整個(gè)鋼鐵廠各單位物流連接較為通順。兩座新建高爐通過鐵路串聯(lián)，出鐵場(chǎng)下部共設(shè)有4 條鐵路線，其中兩條停罐線兩條走行線，兩座高爐的生產(chǎn)調(diào)度互不影響，便于生產(chǎn)組織。

（2）能源介質(zhì)連接順暢。重力除塵、煤氣干法除塵、調(diào)壓閥組和熱風(fēng)爐臨近布置，幾部分通過煤氣綜合管廊與BPRT 鼓風(fēng)機(jī)連接，煤氣送取都較為便利；噴煤主廠房離高爐和熱風(fēng)爐都比較近，大大縮短了引熱風(fēng)爐廢氣和噴吹管道長度，減少了管道沿程阻損，可有效降低引廢氣風(fēng)機(jī)功率和噴吹輸送氣的壓力。

（3）檢修維護(hù)方便。高爐各子系統(tǒng)之間留有6～12 m 的檢修道路，檢修維護(hù)機(jī)車通行及運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)地方便。

（4）主控樓位置好。主控位于全廠區(qū)的中心位置，各控制及動(dòng)力電纜布置方便，遠(yuǎn)離水渣池和風(fēng)機(jī)房等污染大噪聲高區(qū)域，生產(chǎn)人員辦公環(huán)境及去往各現(xiàn)場(chǎng)比較便捷。

表1 總圖主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

圖1 羅源2×1 250 m3 高爐總平面圖布置圖

2 高爐采用的先進(jìn)技術(shù)

該項(xiàng)目在總結(jié)國內(nèi)高爐尤其是福建三鋼集團(tuán)高爐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了大量的高爐最新技術(shù)，特別是有針對(duì)性的對(duì)三鋼高爐出現(xiàn)的問題進(jìn)行了技術(shù)性改進(jìn)。

2.1 綜合抗?jié)q防漏型爐底爐缸結(jié)構(gòu)

三鋼本部2 座高爐在生產(chǎn)過程中均出現(xiàn)過爐底泄漏煤氣和爐底封板上翹的問題，給生產(chǎn)操作帶來不便。羅源閩光高爐項(xiàng)目為緩解這一問題發(fā)生，在設(shè)計(jì)上采取了綜合抗?jié)q、防漏型爐底爐缸結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為：在爐底設(shè)置雙層爐底封板，爐缸采用大塊環(huán)炭和陶瓷自由半杯，風(fēng)口組合磚設(shè)置隔斷銅片。該設(shè)計(jì)可有效改善爐缸導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，減緩水及有害金屬蒸汽向下侵蝕，增加爐底強(qiáng)度，使不定型耐火材料得到有效燒結(jié)，炭磚及陶瓷杯的材料性能得到有效發(fā)揮。

2.2 新型聯(lián)合軟水技術(shù)

2.2.1 軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)是目前高爐設(shè)計(jì)中普遍采用的冷卻方式，其顯著優(yōu)點(diǎn)是冷卻效率高和節(jié)能。冷卻效率高是因?yàn)檐浰唤Y(jié)垢，提高了冷卻水與水管間的換熱率，另外由于膨脹罐內(nèi)的氮?dú)獾膲毫ψ饔?，使得軟水的汽化溫度提高，增加了軟水吸收熱量的能力，大大?jié)約了循環(huán)冷卻水的用量，據(jù)測(cè)算該級(jí)別高爐使用軟水的運(yùn)行費(fèi)用只有使用工業(yè)水運(yùn)行費(fèi)用的52%。

2.2.2 軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的問題及解決方案

聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)由于其密閉性，其主要缺點(diǎn)就是不易檢漏，另外某處冷卻壁內(nèi)一根水管發(fā)生泄漏需檢修時(shí)，該支路冷卻水需從爐底到爐頂全部停掉。為此羅源閩光高爐項(xiàng)目采用了新型軟水檢漏技術(shù)，在每根冷卻壁頂部出水管均安裝有流量計(jì)和預(yù)留安裝壓力表裝置，系統(tǒng)將基本可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查漏功能；另外在高爐冷卻壁損壞多發(fā)區(qū)域?qū)t身冷卻壁進(jìn)行了分段管理，分別為風(fēng)口冷卻壁出口至爐腰冷卻壁出口段、爐腰冷卻壁出口至爐身中部冷卻壁出口段和爐身中部冷卻壁出口至爐身上部冷卻壁出口段，每段交界處設(shè)置轉(zhuǎn)換閥門，對(duì)管道進(jìn)行水流向調(diào)整。當(dāng)一段內(nèi)的冷卻壁漏水時(shí)，可通過該設(shè)計(jì)對(duì)該段冷卻壁內(nèi)的某一通道進(jìn)行斷水和跳接，跳接后該段冷卻壁內(nèi)有泄漏的通道與整個(gè)系統(tǒng)脫離，隔離的通道可進(jìn)行通工業(yè)凈水或灌漿處理，隔離出的冷卻壁上下通道保持通水不受影響。

2.3 爐頂均排壓煤氣回收技術(shù)

羅源閩光1 250 m3高爐爐頂料罐有效容積為35 m3，每次料罐進(jìn)出料前都需要用高爐煤氣進(jìn)行均壓和排壓操作，傳統(tǒng)的排壓操作是將料罐內(nèi)的高壓含塵煤氣通過消音器高空直接排放，而高爐煤氣及煤氣灰均有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，直接排放除造成經(jīng)濟(jì)損失外還對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成有毒氣體和粉塵污染，為減少污染排放，增加煤氣回收利用，羅源閩光新建高爐采用了料罐均排壓煤氣及煤氣灰回收技術(shù)。均排壓煤氣回收流程系統(tǒng)見圖2。

圖2 均排壓煤氣回收流程圖

從圖2 可以看出，該系統(tǒng)采用了兩路完全相同的均排壓煤氣放散、回收及均壓設(shè)計(jì)，正常生產(chǎn)時(shí)兩路同時(shí)工作，但每一路都具備另一路檢修時(shí)的正常工作能力。按照設(shè)計(jì)，高爐爐頂煤氣壓力0.22 MPa，每小時(shí)均排壓12 次，每次均壓時(shí)間8s，放散時(shí)間4 s，排壓終止壓力0.01 MPa，料罐排壓煤氣回收率約為80%，年可回收煤氣量約為12×106 Nm3，可回收煤氣灰150 噸。該系統(tǒng)投入后煤氣回收量可觀，減排顯著。

2.4 其它先進(jìn)工藝技術(shù)

除上述技術(shù)外，高爐還采用了新型環(huán)保底濾水沖渣、BPRT（即煤氣透平與電機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)的高爐鼓風(fēng)能量回收成套機(jī)組）、熱風(fēng)爐空煤氣雙預(yù)熱、大型平坦化出鐵場(chǎng)和水渣溝整體成型與整體澆注等先進(jìn)工藝。

3 先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保措施

3.1 采用的環(huán)保措施

目前鋼鐵工業(yè)的主要污染有粉塵、有毒氣體和工業(yè)廢水，三者分別占全國排放總量的15%、7%和8%，加強(qiáng)鋼鐵工業(yè)的環(huán)保要求勢(shì)在必行，按照國家對(duì)高爐煉鐵最新的排放標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，本高爐項(xiàng)目工程采取更加嚴(yán)格的環(huán)保減排措施。

3.1.1 粉塵污染治理

高爐區(qū)域易于產(chǎn)生粉塵污染的部位主要有：高爐出鐵場(chǎng)、礦槽、轉(zhuǎn)運(yùn)站及上料主皮帶通廊等。高爐出鐵場(chǎng)在鐵口出鐵及鐵水跌落過程中存在大量的高溫粉塵、揚(yáng)塵污染；礦槽、轉(zhuǎn)運(yùn)站及上料主皮帶通廊等是高爐固態(tài)爐料運(yùn)輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)，在固態(tài)爐料交接點(diǎn)及篩分過程中存在大量的揚(yáng)塵污染。針對(duì)各車間粉塵污染具體情況，采取的具體措施有：

（1）采用封閉式設(shè)計(jì)。礦槽、轉(zhuǎn)運(yùn)站及上料主皮帶通廊等采用封閉式設(shè)計(jì)，出鐵場(chǎng)和礦槽封閉采用了“墻裙”結(jié)構(gòu)，廠房內(nèi)部各揚(yáng)塵點(diǎn)均設(shè)有完善的通風(fēng)、照明及除塵設(shè)施。

（2）出鐵場(chǎng)和礦槽除塵站除塵后煙氣排放濃度小于10 mg，除塵灰通過氣力輸送至灰倉，減少汽車倒運(yùn)過程的二次揚(yáng)塵和撒落。

3.1.2 各類氣體污染治理

高爐生產(chǎn)易于產(chǎn)生有毒氣體主要有爐頂均排壓煤氣排放、沖渣水蒸汽和高爐爐底泄漏煤氣。

（1）對(duì)于高爐爐底泄漏煤氣問題，可通過采用綜合抗?jié)q防漏型爐底爐缸結(jié)構(gòu)加以解決。

（2）爐頂均排壓煤氣問題，通過爐頂均排壓煤氣回收技術(shù)加以解決。

（3）對(duì)于沖渣產(chǎn)生的蒸汽問題，本工程采用環(huán)保底濾、冷水水沖渣工藝，每個(gè)出鐵場(chǎng)設(shè)置一座?；?，其煙囪高度80 m，渣溝全部封閉，減少蒸汽排放量措施。

3.1.3 廢水污染治理

沖渣水旁通過濾水、各工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的定期排放水、地坪沖洗和生活廢水統(tǒng)一收集進(jìn)入現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)或沖渣水池，回收利用或處理達(dá)標(biāo)后統(tǒng)一排放。

3.1.4 其它環(huán)保措施

爐頂放風(fēng)閥、調(diào)壓閥組、BPRT、均壓放散閥、除塵風(fēng)機(jī)和水泵等在工作時(shí)產(chǎn)生較大的噪聲，本項(xiàng)目通過對(duì)設(shè)備配置隔聲罩、消聲器、廠房封閉、包扎隔聲材料等措施減少噪聲污染。

3.2 采用的節(jié)能措施

鋼鐵工業(yè)總能耗的76%在鐵前系統(tǒng)，其中煉鐵系統(tǒng)占比達(dá)到了60%（詳見圖3），高爐固體燃料消耗占整個(gè)煉鐵工序能耗的75%以上，我國先進(jìn)水平的高爐燃料比在490 kg/t 左右，而國際先進(jìn)水平的燃料比在450 kg/t 以下，因此高爐項(xiàng)目需持續(xù)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)和工藝的開發(fā)，羅源閩光采取的節(jié)能措施如下：

（1）焦丁回收。高爐槽下篩下的碎焦進(jìn)行二次篩分，篩出10～25 mm 的小粒度焦炭再入爐利用，可減少5～10%的合格焦炭消耗，降低焦炭成本2～5%。

（2）熱風(fēng)爐煙氣余熱回收技術(shù)。熱風(fēng)爐燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度在300 ℃以上，為了回收利用這部分的熱能，將該高溫?zé)煔庖霟峁芑虬迨綋Q熱器，預(yù)熱熱風(fēng)爐助燃空氣和煤氣，按分別將助燃空氣和煤氣預(yù)熱到190 ℃測(cè)算，可提高熱風(fēng)溫度約95 ℃，可使高爐燃料比降低約9 kg/t。另外，引部分煙氣去加熱高爐噴吹煤粉。

（3）煤氣干法除塵技術(shù)。高爐爐頂出來的粗煤氣經(jīng)重力或旋風(fēng)除塵器后，煤氣凈化采用布袋除塵器的干法除塵工藝，干法除塵可減小高爐煤氣的溫降和濕度，較過去的濕法除塵工藝提高了BPRT 輸出軸功率30～35%。另外噸鐵降低水耗約0.2 m3/t，濁水循環(huán)電耗減少約3.7 kWh/t。

（4）BPRT 同軸驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)工藝技術(shù)。高爐煤氣余壓回收采用全干式透平機(jī)，透平主機(jī)與電動(dòng)機(jī)主軸相連，同軸驅(qū)動(dòng)軸流空氣壓縮機(jī)，由于該機(jī)組取消發(fā)電機(jī)，合并自控、潤滑油、動(dòng)力油等系統(tǒng)，將回收的能量直接補(bǔ)充到軸系上，避免能量轉(zhuǎn)換的損失，提高整機(jī)能量利用率5～6%。

（5）高爐聯(lián)合軟水密閉循環(huán)技術(shù)。爐底水冷管、風(fēng)口大套和冷卻壁采用一次軟水，風(fēng)口中套和熱風(fēng)閥采用二次軟水，與工業(yè)水相比，可節(jié)約用水1 000 t/h，運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省一倍。

（6）除塵風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)。出鐵場(chǎng)及礦槽除塵風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，根據(jù)不同的工況調(diào)整最佳的除塵風(fēng)機(jī)的功率，通過風(fēng)機(jī)功率調(diào)整可有效節(jié)約電能約20%左右。

圖3 鋼鐵工業(yè)各工序能耗占比表

4 結(jié)語

羅源閩光高爐項(xiàng)目按照總圖條件對(duì)各系統(tǒng)的銜接、物料運(yùn)輸和介質(zhì)流向等做了最優(yōu)化的布局。高爐采用了綜合抗?jié)q防漏型爐底爐缸結(jié)構(gòu)、新型密閉循環(huán)軟水系統(tǒng)和均排壓煤氣回收等當(dāng)前先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)備；對(duì)高爐各部位的粉塵、有毒氣體、廢水及噪音等污染源采取了相對(duì)應(yīng)的治理措施；在節(jié)能環(huán)節(jié)上采用了焦丁回收、煙氣余熱回收、BPRT高爐鼓風(fēng)和聯(lián)合軟水等措施。預(yù)期羅源閩光高爐在生產(chǎn)、環(huán)保和節(jié)能上將有一個(gè)較好的使用效果。