申克政

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

0 引言

S 公司A 高爐運行到爐役后期，爐體冷卻壁破損嚴重，高爐公輔設施也經(jīng)過一代爐役的運行，能耗及運行維護成本較高。在國家環(huán)保要求日益嚴格的背景下，S 公司擬對A 高爐進行升級改造。

本次高爐升級改造，充分考慮現(xiàn)有場地和能利舊的設備，采用了多項節(jié)能環(huán)保技術，在不影響現(xiàn)有生產(chǎn)的前提下完成了對A 高爐的升級改造。

1 高爐設計特點及采用的新技術

由于高爐在現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)改造，高爐的布置受限制的因素比較多。為了不影響正常生產(chǎn)，經(jīng)與業(yè)主充分討論，調整布置方案，優(yōu)化占地，做到布置最優(yōu)。

為了和現(xiàn)有的鐵路匹配，合理確定高爐中心的位置，使出鐵場下擺動流嘴處鐵路線能與現(xiàn)有鐵路合理對接。為了維持現(xiàn)有高爐的正常生產(chǎn)，在出鐵場外設置了一條過渡線，使現(xiàn)有高爐可以通過過渡線進入煉鋼車間，避免受到現(xiàn)有高爐施工的影響。

在高爐設計中充分貫徹高效、低耗、優(yōu)質、長壽的方針，采用先進實用、節(jié)能環(huán)保的技術及設備，實現(xiàn)高爐的低碳節(jié)能升級改造。高爐的技術經(jīng)濟指標如表1所示。

表1 高爐的技術經(jīng)濟指標

1.1 爐體系統(tǒng)

1.1.1 高爐內(nèi)型

根據(jù)國內(nèi)外多座高爐內(nèi)型變化發(fā)展趨勢，同時參考國內(nèi)操作指標良好的高爐內(nèi)型，并且根據(jù)本高爐的具體情況，合理確定高爐的內(nèi)型，具體如表2 所示。

表2 高爐內(nèi)型

1.1.2 高爐冷卻結構

高爐冷卻系統(tǒng)直接影響到冷卻設備的壽命，是制約整個高爐壽命的關鍵因素。為保證高爐冷卻可靠，本工程的高爐爐體采用全水冷結構，其中在爐體冷卻設備、新型組合式冷卻結構、高爐爐底、風口大中套采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。為了方便檢漏，風口小套、爐頂打水及爐喉鋼磚等采用高壓工業(yè)水冷卻系統(tǒng)。

本設計高爐本體采用全冷卻結構，爐腹、爐腰及爐身下部第6—9 段采用鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁。由于爐腹和爐腰部位熱負荷較高，為了加強該區(qū)域的冷卻，采用新型組合式冷卻結構。

基于銅冷卻壁的優(yōu)良性能，開發(fā)了新型組合式冷卻結構（見圖1），即在鑄鐵冷卻壁的熱面鑲嵌銅冷卻條的結構。它兼有板壁結合結構及薄壁爐襯的優(yōu)點，主要利用了銅的導熱率高的特點，在銅冷卻條周圍形成牢固的渣皮，相當于“錨固釘”，起到了“軟板”作用，使得渣皮更穩(wěn)定，克服了銅冷卻壁過度冷卻帶來的渣皮頻繁脫落的問題。而且可根據(jù)設計，合理選擇銅條的間距，因此不會產(chǎn)生過度冷卻的問題，且投資大大低于銅冷卻壁。銅冷卻條采用鑄造工藝，克服了銅冷卻壁水管與本體焊接易開裂的缺點[1]。

圖1 組合式冷卻壁

1.1.3 高爐耐材結構

爐底、爐缸耐材結構：爐底共砌4 層大塊炭磚，在爐底水冷封板上為1 層國產(chǎn)高導熱炭磚，其上為2 層國產(chǎn)大塊微孔炭磚，最后為1 層國產(chǎn)大塊超微孔炭磚；炭磚上再砌2 層剛玉莫萊石陶瓷墊，每層厚度為400 mm，總厚度約800 mm；爐缸異常侵蝕區(qū)和爐缸側壁環(huán)砌大塊超微孔炭磚，爐缸上部環(huán)砌國產(chǎn)大塊微孔炭磚；爐缸炭磚內(nèi)側砌筑陶瓷杯。

風口組合磚采用氮化硅結合碳化硅組合磚，鐵口采用剛玉質組合磚加剛玉澆注料的砌筑形式。

爐腹、爐腰與爐身下部第6—9 段球墨鑄鐵冷卻壁鑲氮化硅結合碳化硅磚，對爐腹冷卻壁鑲磚的熱面進行噴涂。

爐身中部第10—12 段球墨鑄鐵冷卻壁冷鑲焙燒微孔鋁炭磚，爐身上部第13—14 段球墨鑄鐵冷卻壁冷鑲磷酸鹽浸漬黏土磚。

1.1.4 高爐檢測

高爐爐體系統(tǒng)設置了完善的流量、壓力、溫度檢測，還設置爐頂熱成像、水溫差檢測系統(tǒng)和熱流強度在線檢測、爐底爐缸侵蝕模型等主要檢測項目。

高爐爐頂封罩設置1 臺爐頂熱成像儀。熱成像儀用來觀察爐頂料面煤氣發(fā)展情況和布料溜槽工作情況，還可以通過圖象處理技術，在顯示器上顯示爐頂料面溫度。

高爐冷卻壁水溫差與熱流強度監(jiān)測系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理后生成實時的監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)可根據(jù)冷卻壁進出口冷卻管道的瞬時流量和水溫差，實時計算出高爐各部位熱流強度。若超過上限或下限數(shù)值時，系統(tǒng)實施報警，從而起到高爐衛(wèi)士的作用。

為能夠實時、連續(xù)地監(jiān)控每路銅冷卻條進出水溫差，此次設計增加銅冷卻條進水及出水溫度測點80 點，除此之外還設有380 個測溫點，配有40 個流量計。

爐底、爐缸侵蝕模型是預先在高爐炭磚內(nèi)埋設了諸多專用熱電偶來檢測高爐爐缸、爐底內(nèi)襯立體空間的溫度分布，通過建立高爐內(nèi)襯燒蝕數(shù)學模型，經(jīng)過計算機的信息處理模擬高爐爐底、爐缸的內(nèi)襯燒蝕狀況，形成自動化診斷與報警系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)能夠實時模擬高爐爐底、爐缸耐材侵蝕狀況，指導高爐安全生產(chǎn)。

為了全面監(jiān)測高爐爐缸爐底情況，在16 個圓周方向安插熱電偶，共計256 個溫度測點。

1.2 熱風爐系統(tǒng)

熱風爐系統(tǒng)配置有3 座旋切頂燃式熱風爐，設計采用Φ25 mm 高效熱風爐格子磚，設有2 臺助燃風機集中送風；熱風爐采用高爐煤氣為燃燒介質，還可通過計算機自動控制燃燒、送風溫度和換爐。

本工程采用熱風輸送管道膨脹和拉緊裝置專利技術，在熱風管道上設置了不同形式的波紋補償器以及管道的拉緊裝置，解決了熱風管道軸向變形問題。

爐箅子及支柱為多種孔型的帶橫梁式結構，爐箅子及支柱設計最高允許使用溫度≤450 ℃。

本設計采用高效板式換熱器預熱助燃空氣和煤氣，提高了熱風爐系統(tǒng)的熱效率，最終達到送風溫度1 250 ℃的目標。此外，為了提高燃燒效率，節(jié)省煤氣，熱風爐采用自動燒爐系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)超低排放的目標，將熱風爐煙氣管道與利舊的4 號高爐脫硫設施進行對接，以滿足煙氣排放的要求。

1.3 礦槽及上料系統(tǒng)

礦焦槽系統(tǒng)設雙排貯槽。礦石和焦炭均采用分散篩分、分散稱量工藝；采用焦丁與礦石混裝入爐，可提高爐內(nèi)煤氣利用率，獲得節(jié)焦增產(chǎn)的良好效果。

槽上設2 條運礦膠帶機和1 條運焦膠帶機，每條皮帶均設有重型卸料車。為了有效解決槽上環(huán)境除塵的問題，重型卸料車上帶單體除塵器。

為了保護環(huán)境、改善工人工作條件，槽下系統(tǒng)的振動篩、稱量漏斗、膠帶輸送機各轉運站等產(chǎn)塵點均設通風除塵設施，膠帶機采用高效的導料槽密封技術，實現(xiàn)下料區(qū)域全密封，并采用多級密封擋簾、阻力減壓器等設施進一步降低除塵風量，加強除塵效果。

高爐采用主皮帶上料，主皮帶的寬度為1 600 mm，傾角11.8°，運量為2 600 t/h。

1.4 爐頂系統(tǒng)

采用串罐無料鐘爐頂裝料設備，可以減少爐料裝入過程中的偏析，同時減少爐頂設備維護工作量，改善爐頂環(huán)境。根據(jù)設計計算，按正常產(chǎn)量、正常料批，合理確定料罐有效容積40 m3。

采用爐頂均壓煤氣全回收專利技術對料罐排壓放散的煤氣進行回收，極大地減少了均壓放散過程中高爐煤氣及噪音對環(huán)境的污染，將料罐高壓煤氣引至煤氣回收用回收除塵器，經(jīng)除塵和降壓后，最終進入公司凈煤氣管網(wǎng)。

當自然回收結束時，通過引射器對料罐內(nèi)剩余的少量低壓煤氣進行引射強制回收。引射用高壓工作氣體采用爐頂料罐均壓使用的高壓凈煤氣。通過引射器強制回收，使料罐內(nèi)的壓力在短時間內(nèi)降至微正壓，然后可直接打開上密封閥和上料閘進行裝料，避免了煤氣二次放散，從而實現(xiàn)了爐頂均壓煤氣100%回收[2]。

1.5 出鐵場及爐前操作

出鐵場平坦化設計，采用無填沙層的出鐵場平臺結構。采用固定儲鐵式主溝，實現(xiàn)渣鐵良好分離；采用全液壓泥炮、開鐵口機，泥炮和開鐵口機同側布置，提高爐前機械化、自動化程度及可靠性，減輕爐前勞動強度。

采用擺動流嘴出鐵，可以盡量減少支鐵溝的長度，降低爐前的工作強度，也可減少生產(chǎn)成本。

1.6 爐渣處理系統(tǒng)

2 個出鐵場各設置1 套INBA 水渣處理設施，轉鼓采用電動驅動，操作簡單、使用安全、運行可靠；轉鼓的旋轉速度可根據(jù)渣流量和轉鼓中的水位自動調節(jié)，瞬時渣流量可根據(jù)轉鼓扭矩計算得出。

?；娃D鼓區(qū)蒸汽設煙囪集中高空排放，環(huán)保條件好；沖渣水進入冷卻塔，冷卻降溫后再進行沖渣，冷水沖渣效果好，產(chǎn)生蒸汽少。

脫水轉鼓規(guī)格Φ5 000 mm×6 250 mm。轉鼓采用鏈條傳動，設有2 套傳動裝置，正常生產(chǎn)時轉鼓采用變頻調速的馬達驅動，轉速固定的備用馬達一般在檢修時使用。根據(jù)渣流量和轉鼓中的水位，系統(tǒng)可自行調節(jié)轉鼓的旋轉速度。

1.7 制粉噴吹系統(tǒng)

制粉噴吹車間整個廠房設計為全封閉式。制粉系統(tǒng)采用單系列，噴吹系統(tǒng)采用四罐并列、總管加分配器直接噴吹方式，其中2 個噴吹罐還可實現(xiàn)向球團或另一座高爐的噴吹系統(tǒng)煤粉倉輸粉。

1.8 高爐煤氣凈化系統(tǒng)

煤氣除塵系統(tǒng)采用先重力除塵后布袋除塵工藝。高爐煤氣粗除塵采用重力除塵器，除塵灰采用吸排罐車，避免二次揚塵對環(huán)境造成的污染。

布袋除塵器采用DN=5 200 mm 筒體、煤氣頂進頂出的工藝，取得優(yōu)良的除塵效果。

本方案采用關于高爐干式布袋除塵系統(tǒng)最新的專利及實用技術：

1）筒體采用DN=5 200 mm 大口徑，有效地解決了高爐布袋除塵系統(tǒng)占地大的問題；

2）氮氣雙側脈沖噴吹清灰，合理地利用脈沖閥的噴吹能力，有效地保證了良好的清灰效果；

3）煤氣氣流采用頂進頂出方式，荒煤氣從筒體頂部中間自上而下，在筒體下部進入筒體，均勻反向流動擴散，保證氣流分配均勻穩(wěn)定，避免側進筒體方式產(chǎn)生局部紊流氣流，造成布袋底部磨擦破損；

4）煤氣閥門均設置在除塵系統(tǒng)上部兩側，上部設置有防爆電葫蘆，可實現(xiàn)設備平時檢修，同時管道煤氣泄露時能及時擴散，對安全生產(chǎn)有極大好處；

5）根據(jù)總圖布置的情況，11 個布袋筒體采用單排布置形式，節(jié)省占地，降低投資。

1.9 環(huán)境除塵設施

高爐設置完善的出鐵場除塵、礦焦槽除塵，滿足國家及地方超低排放要求。

本高爐設2 個出鐵場，共2 個出鐵口，出鐵制度為對角輪流出鐵。每個鐵口除塵點包括出鐵口頂吸1 點、側吸2 點、撇渣器1 點、渣溝1 點、鐵溝1 點、擺動流嘴2 點，共計8 點。爐頂除塵接入出鐵場除塵系統(tǒng)，本系統(tǒng)除塵設計風量400 000 m3/h，為變頻控制。根據(jù)高爐的實際情況，利舊現(xiàn)有400 000 m3/h風量出鐵場除塵系統(tǒng)，由2 套除塵系統(tǒng)共同對本出鐵場進行除塵。

槽上除塵系統(tǒng)采用移動車載除塵器加倉內(nèi)吸風除塵方式。對礦槽、焦槽槽下下料稱量及給料系統(tǒng)等部分產(chǎn)塵點采取密閉罩密封抽風，并對全密封自沉降環(huán)保導料槽進行抽風。

1.10 高爐自動化系統(tǒng)

高爐采用電氣、儀表和計算機三電一體化系統(tǒng)，可提高高爐控制的自動化水平，確保高爐安全、穩(wěn)定、順利運行；還可以加強高爐生產(chǎn)控制和管理，確保鐵水質量，降低焦比，提高利用系數(shù)，保證生產(chǎn)的安全性和延長爐役壽命。

2 采用的節(jié)能環(huán)保技術和特點

2.1 均壓煤氣全回收技術

爐頂放散采用均壓煤氣全回收技術，在原有均壓煤氣系統(tǒng)上增加了引射閥，在放散至低壓時，引射閥開啟，將剩余煤氣引至均壓煤氣筒體內(nèi)，實現(xiàn)均壓放散煤氣的全回收。在施工過程中，均壓煤氣回收的時間約15 s，滿足設計要求及高爐生產(chǎn)的要求。

2.2 組合式冷卻壁

組合式冷卻壁是在原有鑄鐵冷卻壁和銅冷卻壁的基礎上，開發(fā)的一種新型的冷卻結構，兼有鑄鐵冷卻壁和銅冷卻壁的優(yōu)點。采用組合式冷卻壁，可在增加較少投資的條件下（投資約為銅冷卻壁的20%）[3]，滿足爐體系統(tǒng)的冷卻要求，延長高爐的使用壽命。

2.3 環(huán)保導料槽

環(huán)保導料槽是關于礦槽超低排放的專利技術，礦槽系統(tǒng)落料點都使用了環(huán)保導料槽，將皮帶落料點進行合理密封，防止煙塵逸出。加強落料點密封后，除塵系統(tǒng)減少了風量損失，事實證明使用環(huán)保導料槽后，可以降低除塵系統(tǒng)風量20%；電機采用變頻電機，可減少電量消耗，降低生產(chǎn)成本。

2.4 其他設計特點

充分考慮現(xiàn)有場地，合理布置高爐各個系統(tǒng)，做到物流合理，氣體順暢，生產(chǎn)方便；充分考慮現(xiàn)有設備設施，將可利舊的設備充分利舊。出鐵場除塵利舊1 套40 萬m3/h 風量的除塵器，與1 套新建的40 萬m3/h除塵器一起為出鐵場除塵，滿足超低排放的要求。

利舊現(xiàn)有的熱風爐煙氣脫硫設施。在進行總圖布置時，充分考慮現(xiàn)有脫硫設施，將煙氣管道接入煤氣脫硫的入口，并且在連接施工接口時，合理考慮施工時間，盡量減少對現(xiàn)有設備的影響。

利舊現(xiàn)有的地下受料槽。合理布置槽前運料皮帶的走向，將現(xiàn)有的地下受料槽和礦槽的槽前準運站進行連通，使地下受料槽的物料（焦炭、燒結、球團）可以運至礦槽，達到備用的目的。

3 結論

1）高爐經(jīng)升級投產(chǎn)后，產(chǎn)量穩(wěn)步提高，產(chǎn)量穩(wěn)定在5 540 t/d，平均焦比355 kg/t，煤比155 kg/t，燃料比為510 kg/t。熱風風溫大于1 250 ℃，送風時間60 min，操作指標已達到同類高爐先進水平。

2）此高爐升級改造工程充分考慮原有場地空間，充分利用現(xiàn)有設施，采用了軟水密閉循環(huán)、旋切頂燃式熱風爐、均壓煤氣全回收、環(huán)保導料槽等多項先進的節(jié)能環(huán)保工藝，保證了高爐的先進性。此高爐采用的多種高爐長壽與節(jié)能環(huán)保技術穩(wěn)定可靠，經(jīng)實踐表明，已基本達到設計的預期。高爐經(jīng)升級投產(chǎn)后，生產(chǎn)指標優(yōu)異，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。