張林棟（河南省安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 安陽 455004）

安鋼解凍庫系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化

張林棟
（河南省安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 安陽 455004）

敘述了安鋼解凍庫系統(tǒng)的配置、設(shè)備選型，并詳細(xì)分析設(shè)計參數(shù)的選擇計算及混風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。

解凍庫;系統(tǒng)配置;參數(shù)選型

1 概述

近年來，隨著安陽鋼鐵集團(tuán)公司低庫存戰(zhàn)略規(guī)劃的穩(wěn)步實(shí)施，加上整體產(chǎn)能的不斷提高，集團(tuán)公司原燃料供應(yīng)節(jié)奏明顯加速，尤其是冬季，火車卸車壓力陡增，物料凍結(jié)成為制約卸車效率的瓶頸。雖然近年來新建解凍棚在一定程度上緩解了原燃料供應(yīng)矛盾，但是對于深度凍結(jié)的粉礦及含水率較高的進(jìn)口礦，解凍棚解凍效果不甚理想，在每年的1月份，經(jīng)常出現(xiàn)解凍后車廂中間物料仍然大塊凍結(jié)的情況，大大影響翻車機(jī)生產(chǎn)效率。以2013年1月份為例，鐵路每天正常供應(yīng)量為4.38萬噸，約合680車，在原有解凍棚全開的情況下，公司平均每天卸車數(shù)為450車，缺口為230車，極端天氣下，卸車數(shù)僅為400車左右，缺口為280車，矛盾十分突出。

綜上所述，為了保障安鋼冬季原燃料供應(yīng)的安全，從根本上解決冬季卸車難的問題，迫切需要新上解凍效果更好的解凍庫，以解燃眉之急。

2 安鋼解凍庫系統(tǒng)配置

根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有解凍庫的生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合安鋼自身的能源介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況，本設(shè)計決定采用熱風(fēng)解凍庫的形式，在解凍庫區(qū)新建加熱爐為解凍提供熱風(fēng)，加熱爐燃料采用高焦混合煤氣加熱，煤氣取自集團(tuán)公司煤氣主管網(wǎng)，相應(yīng)的水、電、氮?dú)獾扔杉瘓F(tuán)公司統(tǒng)一考慮。

新建解凍庫位于公司翻車機(jī)前鐵路路段，按雙庫并列設(shè)計，單庫庫長433米，可同時解凍60節(jié)車皮。解凍時設(shè)計庫溫為60℃，解凍時間為2-4h。

解凍庫系統(tǒng)主要包括：加熱爐系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、解凍庫本體、電儀控制系統(tǒng)。工藝流程為：混合煤氣加熱爐將冷風(fēng)加熱至800-1200℃，冷風(fēng)閥配冷風(fēng)后將溫度降至200℃，經(jīng)主管網(wǎng)送至解凍庫，對列車進(jìn)行解凍，解凍利用完后的熱煙氣由排風(fēng)口排出。

2.1 加熱爐系統(tǒng)

加熱爐系統(tǒng)由加熱爐本體、燃燒系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)三部分組成。

2.1.1加熱爐本體

根據(jù)總圖布置，解凍庫新建加熱爐位于解凍庫南側(cè)，離解凍庫距離大約為150m，爐子形式為臥式筒形煙氣加熱爐，爐殼為鋼結(jié)構(gòu)，爐襯采用高鋁耐火磚、輕質(zhì)粘土磚、硅酸鋁纖維氈和噴涂料組成。整個加熱爐由燃燒室和混合室兩部分組成。在加熱爐內(nèi)設(shè)有隔墻，以便形成爐膛高溫，穩(wěn)定燃燒。爐體有效尺寸為φ2260×6000m。燃燒室內(nèi)煙氣溫度設(shè)計為800-1000℃。

2.1.2燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)關(guān)系到加熱爐燃燒的效率，直接影響整個解凍庫的運(yùn)行效率，因此我們在選擇燃燒系統(tǒng)時充分考慮了筒形加熱爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及燃料成分，選用成品燒嘴，4大1小，共5個。根據(jù)解凍庫解凍能力測算，需要正常混合煤氣量6000m3/h，最大混合煤氣量10000m3/h，具體參數(shù)計算見下一章參數(shù)設(shè)計選擇計算。燃燒系統(tǒng)由燒嘴、空煤氣管線、鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成。爐體設(shè)混合煤氣燒嘴5套，每個燒嘴可分開獨(dú)立控制，以適應(yīng)生產(chǎn)變化要求。煤氣引自集團(tuán)公司煤氣管網(wǎng)，煤氣管線設(shè)置電動蝶閥、電動盲板閥、流量計、電動調(diào)節(jié)閥、快速切斷閥、煤氣水封、吹掃、放散和測量裝置。

2.1.3助燃風(fēng)系統(tǒng)

本系統(tǒng)設(shè)2臺鼓風(fēng)機(jī)向燒嘴燃燒提供助燃風(fēng)，正常流量時1用1備，最大流量時2臺風(fēng)機(jī)同時工作。助燃風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)型號：9-19NO12.5D，風(fēng)量：11699-17158m3/h，全壓：5004-5047Pa，電機(jī)型號：Y250M-6，功率：37Kw。

2.2 煙氣系統(tǒng)

從加熱爐送出的熱煙氣，溫度約為800-1000℃，直接進(jìn)入混風(fēng)室?；祜L(fēng)室為直徑4m的圓筒，冷風(fēng)從上部經(jīng)冷風(fēng)閥進(jìn)入，800-1000℃的熱煙氣從后部進(jìn)入，混風(fēng)室內(nèi)熱風(fēng)氣流方向設(shè)擋板，以增加氣流擾動，以便冷風(fēng)和熱風(fēng)能夠更加充分的混合均勻，之后從混風(fēng)室前部經(jīng)整流柵后送出。冷風(fēng)閥開度與混合后風(fēng)溫連鎖，以便控制混合后溫度為200℃左右。

加熱爐送出的熱煙氣管道及配冷風(fēng)后管道均為實(shí)時溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以確保送入風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)不超溫。熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后經(jīng)煙氣管道送至解凍庫。煙氣系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)選用2臺Y4-73NO20D的風(fēng)機(jī)，風(fēng)量：326000m3/h，全壓：2490Pa，電機(jī)功率：355Kw，共2套。煙氣引風(fēng)機(jī)布置在加熱爐后的風(fēng)機(jī)房內(nèi)。

2.3 解凍庫本體

根據(jù)安鋼場地條件及工程進(jìn)度要求，結(jié)凍庫本體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)加保溫材板。解凍庫雙庫并列布置，單庫庫長433米，單庫橫向軸線凈距為6m，凈高為4.5m。解凍庫入口端凈高為6m，長度設(shè)計為8m，以方便火車機(jī)車車頭調(diào)車作業(yè)。在混風(fēng)室混合完成后的冷風(fēng)（風(fēng)溫控制在200℃左右）由2根DN2000主管道分別送至解凍庫，DN2000煙氣主管道背敷于解凍庫廠房頂部，之后由DN900管道分別送至解凍庫庫內(nèi)，庫房內(nèi)鐵路兩側(cè)設(shè)送風(fēng)支管，各送風(fēng)支管并列與送風(fēng)母管相連，以盡量保證送風(fēng)管道同程，送風(fēng)支管長度控制在100m以內(nèi)，支管上開DN300熱風(fēng)出口，間距為2m，出口呈45°斜向上，以盡量保證熱風(fēng)吹向列車車廂。熱風(fēng)將庫內(nèi)溫度加熱到60℃左右后，從解凍庫兩端送出，出風(fēng)母管直徑為1m，分別設(shè)置在廠房2端，單庫排氣口設(shè)置4個。

新建解凍庫為全封閉密閉運(yùn)行，生產(chǎn)期間設(shè)專人值班，確保工作期間無人員進(jìn)入庫內(nèi)。

2.4 電儀控制系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要為解凍庫所有用電設(shè)備提供電源，主要用電設(shè)備有：煙氣主抽風(fēng)機(jī)、煙氣爐助燃風(fēng)機(jī)、煙氣管道閥門、煤氣管道閥門等設(shè)備，其中煙氣主抽風(fēng)機(jī)為高壓電源（6Kv），其它為低壓電源，均取自公司高低壓變電所。

過程檢測和控制系統(tǒng)主要是對煙氣爐溫度、庫房溫度、風(fēng)機(jī)軸承及電機(jī)軸承溫度、煙氣進(jìn)出管道溫度及其流量、混合煤氣管道溫度及其流量大小進(jìn)行檢測、調(diào)節(jié)、控制顯示，同時對流量信號進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。所有溫度、壓力、流量等過程檢測、控制信號進(jìn)入操作室控制系統(tǒng)，以便于現(xiàn)場操作控制。

3 安鋼解凍庫設(shè)計參數(shù)的選擇計算

3.1 項目所在地設(shè)計氣象參數(shù)

冬季采暖室外計算溫度： -4.7℃

冬季通風(fēng)室外計算溫度： -0.9℃

冬季空調(diào)室外計算溫度： -0.9℃

冬季室外平均風(fēng)速： 1.9m/s

冬季室外大氣壓力： 101.79kPa

3.2 煙氣溫度及煙氣量確定

根據(jù)《鄭州鐵路局鐵路貨車翻車機(jī)和散裝貨物解凍庫檢測實(shí)施辦法》：“解凍庫熱風(fēng)溫度在60℃以下時，解凍時間不限；在60-100℃時，解凍時間不應(yīng)超過1小時”。本設(shè)計解凍庫熱風(fēng)出口溫度為60℃，正常解凍時間2-4h，根據(jù)解凍熱平衡計算，解凍過程中需要正?；旌厦簹饬?000 m3/h，最大混合煤氣量10000m3/h，空煤氣具體用量見下表。

介質(zhì)用量表

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，選定：加熱爐有效尺寸為φ2260×6000m，燃燒室內(nèi)煙氣溫度設(shè)計為800-1000℃；煙氣系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)型號：Y4-73NO20D，風(fēng)量：326000m3/h，全壓：2490Pa，電機(jī)功率：355Kw，共2套。

4 效益分析

解凍庫建成后，大大緩解了冬季火車卸車壓力，保障安鋼冬季原燃料供應(yīng)的安全，為生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力保障。由于降低了冬季人工卸車勞動強(qiáng)度，節(jié)約了人力資源成本；同時，由于卸車時間得以控制，降低了列車延時費(fèi)用。與解凍庫投運(yùn)之前相比，每年可為公司節(jié)約列車延時費(fèi)用幾百萬元。

5 結(jié)語

安鋼結(jié)凍庫系統(tǒng)是在時間緊、任務(wù)重的前提下所做的施工設(shè)計，由于現(xiàn)場場地受限，我們不得不采取了很多超常規(guī)的設(shè)計思路，事實(shí)證明我們的思路和方法是正確的，不僅通過了鐵路部門嚴(yán)格審核，而且圓滿的完成了解凍任務(wù)，同時操作方便、維護(hù)簡單，水、電及混合煤氣消耗指標(biāo)均低于行業(yè)平均水平，在業(yè)內(nèi)具有很好的推廣價值。