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京唐2座5500m3高炉制粉喷耐磨板系统
首钢国际工程公司自主设计的两座5500m3特大型高炉,是当时国内容积 的高炉,设计耐磨板比200kg/tHM,设备能力 可达250kg/tHM。喷吹耐磨板种为烟耐磨板或混耐磨板。采用制粉喷吹合建在一所厂房内。中速磨制粉、一级袋式耐磨板粉收集器、直接喷吹工艺。
每座高炉配备2台中速磨,单台制粉能力为≥75t/h;采用热风炉废气作为耐磨板粉干燥的主要介质。在制粉系统末端设置2台排粉风机作为整个系统的动力源,风机出口设置消音器,以减小系统的噪声污染,使噪音指标低于85dB;系统排放浓度小于20mg/m3。
喷耐磨板系统每座高炉设置3个并列布置的喷耐磨板罐交替向高炉喷耐磨板,它们共用一个耐磨板粉仓,耐磨板粉仓有效容积1200m3,喷耐磨板罐有效容积为90m3,正常喷吹周期为30min。每个喷耐磨板罐为2个出耐磨板口,6根喷耐磨板管终汇入2根喷耐磨板总管中,分别输送至2台耐磨板粉分配器,再由42根喷耐磨板支管喷入高炉风口。每根总管上都装有耐磨板粉流量计和调节阀,其调节和计量精度小于4%。采用浓相输送技术,固气比在40kg/kg以上,极大降低了输送气体的消耗量;管道内耐磨板粉流速可达2~4m/s,这对于输送管道和弯头几乎不会产生磨损。耐磨板粉分配器的出口设有等阻损装置,喷耐磨板支管路采用等长度设计,偏差小于1m,以保证耐磨板粉分配器各出口均匀分配耐磨板粉量,减少各高炉风口耐磨板粉量分配的不均匀。
喷耐磨板罐的充压、耐磨板粉的输送、系统的流化及防爆吹扫全部采用氮气,避免了火灾和爆炸发生的可能性。系统全自动操作,机旁设手动应急操作。设有温度、压力、流量、重量和料位等的显示、报警等功能。喷耐磨板量按设定值自动调节,如果出现紧急情况,可启动紧急停止按钮,全系统可自动地向方向运行。喷耐磨板的倒罐操作、喷吹操作、停止操作、吹扫操作、事故停止操作均为程序自动控制。
首钢京唐钢铁厂高炉喷耐磨板系统的设计和装备达到了国际先进水平,作为国内首座5000m3级以上的高炉,为其他特大型高炉的建设提供了宝贵经验。
典型工程及应用效果
3.1 首钢四制粉
首钢国际工程公司用不到一年的时间完成了首钢四制粉整个工程的设计和施工服务工作,并于2000年11月投产。新的制粉喷耐磨板系统与此前首钢的间接喷吹不同,采用了直接喷耐磨板工艺,即制粉和喷耐磨板同在一所厂房内。制粉系统以两台中速磨作为主要设备,每台生产能力为40t/h(实际出力),制粉总能力为80t/h。两套总管—分配器喷吹系统分别对2号高炉(1780m3)、3号高炉(2536m3)进行直接喷吹,喷吹工艺为双系列串联罐组、总管加分配器,分别为2号和3号高炉的喷吹耐磨板粉。2号高炉喷耐磨板总管总长452m,3号高炉喷耐磨板总管总长358m。喷耐磨板能力按每个高炉耐磨板比200kg/t设计,喷吹耐磨板种为烟耐磨板。
本项工程采用长距离直接喷吹的新工艺,其主要技术特点如下:
1) 采用直接喷耐磨板工艺,简化喷耐磨板流程,在喷吹烟耐磨板时更为。厂房布置紧凑,占地面积小,大大节约了投资。2号高炉喷耐磨板总管总长达到452m,当时是国内长的;
2) 大胆采用大倾角胶带机,在现有场地条件下,使利用旧储耐磨板场的耐磨板成为可能,即节省投资,又减少设备;
3) 采用新型封闭式干燥炉,在满足烟气温度条件下,使整个耐磨板粉输送管道全部处于封闭状态,减少了系统漏风率,降低了氧含量,在喷吹烟耐磨板时更为。而且合理地利用了锅炉废气,节约了能源;
4) 采用中速磨耐磨板机制粉,降低制粉运行费用,从而减少耐磨板粉生产成本;
5) 采用低压脉冲耐磨板粉收集器一级收粉工艺,简化工艺流程,提高了耐磨板粉收集效率,而且使排尘浓度大大降低,减少了环境污染;
6) 设计中考虑两个系统之间耐磨板粉的互相补充和分配,其结构简单实用,给生产创造许多方便;
7) 贮耐磨板罐与喷耐磨板罐之间设置压力平衡式波纹补偿器,提高连续喷耐磨板过程中的计量精度;
8) 采用自动可调耐磨板粉给料机和高精度耐磨板粉分配器,以流化喷吹为前提,实现时间过程的均匀喷吹,了脉动耐磨板流;
9) 提高自动化控制水平,实现喷耐磨板倒罐自动控制和调节。
该工程经生产实践验证,证实是成功的,采用直接喷耐磨板工艺也是非常合理的,为首钢进一步扩大喷耐磨板量,提高耐磨板比,创造了必要的先决条件。该工程当时经专家鉴定达到国际先进水平。另外,设计整体构思非常巧妙,布局合理,尤其是占地面积非常小,对旧厂改造来说值得借鉴,而且该工程总投资也是国内类似同等项目中少的。
其它工艺设计创新点
(1)设计有内配煤工序,对于增加成品耐磨板的孔隙率和还原性提供工艺措施,可以降低总燃料消耗、降低台车箅条温度和风机电耗。此种高气孔率、高还原性的耐磨板用于高炉生产能提高生产率和降低热耗。
(2)熔剂及煤制粉系统采用热废气回用新工艺,降低系统热耗,降低热风炉设备规格,减少设备投资,减少废气排放量,有利于环保;能够控制磨机入口热风含氧量在8%以下,保证煤制粉的。
(3)根据耐磨板干燥特点,采用短粗型圆筒干燥机,相比常规长径比干燥机,筒体用钢量、驱动功率、尾气出筒体流速具有优势。驱动功率的优势能够减少电耗,降低运营成本;尾气出筒体的流速低,相应能够减小除尘器的负荷,确保排放达标。干燥机采用180度布置的液压马达驱动,降低驱动功率,干燥机运转更平稳。
(4)采用先进的高压辊压机,增加铁精矿比表面积,保证造球效果。
(5)配料系统采用计算机自动控制配料,给料设备采用变频调速技术,提高了原料重量配比的度。
(6)造球采用国产先进的φ7.5m固定刮刀圆盘造球机,可调整倾角,可变频调速,成球率高,利用系数高。
(7)采用先进的风流系统,充分回收利用焙烧系统的高温烟气的显热, 限度的利用热能,降低耐磨板的热耗。
(8)主要生产过程采用计算机进行集中控制和调节,主要工艺生产环节采用工业电视监控和管理,自动化水平高。
(9)高度重视保护环境,对含粉尘的废气采用除尘器予以净化,达到 标准后排放,有效保护环境。
(10)除尘灰采用浓相气力输送返回配料室使用,能够充分回收和利用资源。
4.带式焙烧技术生产实践与应用
首钢国际工程公司设计的首钢京唐耐磨板厂带式焙烧机生产线自2010年8月8日投产以来,设备运行良好,日均产耐磨板12000t, 产量13500t。具体生产分析如下:
1)成品球产品质量以及设备作业率等各项指标均位于国内领先地位,目前在国内先进耐磨板行业7项技术经济指标对比中,5项位于国内领先水平:成品耐磨板品位66.5%;耐磨板抗压强度3300N;小于5mm粒级在0.238%左右;SiO2含量3.4%左右;FeO含量平均0.7%左右;工序能耗16kg/t。
2)耐磨板带式焙烧机自投产后设备运行十分平稳,设备作业率92%以上,耐磨板人员配备103人,每班18人,远远低于国内其他耐磨板厂。
3)带式焙烧机四大智能控制系统应用,即风机系统、料厚控制系统、铺底料循环系统、烧嘴系统,极大地稳定了生产,降低了煤气消耗,特别是烧嘴系统的温度优化控制,优化匹配煤气流量与空气的比值,耐磨板煤气能耗从40m3/t降低到目前的30m3/t,每吨耐磨板降低10m3,按照年产耐磨板400万t、焦炉煤气单价0.41元/m3计算,每年可节省0.41元/m3×400万t×10 m3/t=1640万元。
经过近一年的实际运行,证明京唐耐磨板带式焙烧机设计合理,设备运行稳定可靠,设备总体情况令人满意,达到预期效果。其装备技术水平已达到国内 ,国际先进,成为国内外耐磨板行业示范厂。
首钢国际工程公司在带式焙烧机系统中主要技术创新点
3.1带式焙烧机主要技术创新点
(1)机头布料技术
带式焙烧机的布料设备包括生球布料和铺边底料两个部分。生球布料由3个设备联合组成:往复布料器—宽皮带—双层辊筛布料器。宽皮带的速度可调,其宽度一般比焙烧机台车宽300mm左右。在宽皮带上装有电子秤,随时测出给到台车上的生球量。边底料从铺底料槽分别通过边底料溜槽给到台车上,并用阀门调节给料量。铺底料槽装有称量装置,控制料槽料位。
由首钢国际工程公司自主创新开发的往复式布料器可以实现单行程布料功能,布料速度根据宽皮带机速可调节,保证生球布料方向垂直于宽皮带,而且在宽皮带上生球料厚均匀。此种布料形式相对于链箅机-回转窑工艺中的摆头皮带可降低生球转运次数和落差,有效保护生球质量,提高生球粒度合格率,保证在带式焙烧机上生球层具有较好的透气性,并降低厂房高度和占地面积。生球经宽皮带到双层辊筛,将不合格的大球和小球进行筛除, 将9-16mm的合格生球均匀布置到台车上。除此之外,双层辊筛筛分过程还可以起到提高生球质量、粒度均匀、表面光滑、粉末少的效果。
设计延长了辊式布料器工作面的有效长度(增加辊子数量),有助于提高生球布料的均匀性。因为随着生球在辊子上滚动行程的增加,生球在辊子上分布的均匀性也必然提高。
(2)改进的柔性传动技术
带式焙烧机传动选用进口产品,根据京唐耐磨板生产工况,对供货商提出相应的改进要求,并自主对安装方式进行设计改进,主要体现在:
① 采用BFT柔性传动减速机,实现调整好后整体出厂整体吊装,确保一次安装到位,现场不需要对齿轮位置进行调整。提高设备性,杜绝外界污染影响。
② 采用多点测控,同时在机旁显示和远程监视控制,方便岗位工人根据机旁显示及时发现和处理问题。增加设备可靠性。
③ 对传动增加测速装置,实行有效力矩保护。
④ 在焙烧机传动上首次采用外涨套连接,以适应大型焙烧机传递大扭矩的要求,同时避免传统内涨套容易损坏主轴表面问题,有效保护传动主轴。
⑤ 首次自主设计新型力矩平衡装置的基础安装连接底座,方便安装调整和更换。
(3)台车跑偏调整技术
为防止带式焙烧机台车跑偏,在大星轮的自由轮(非传动)端设有调整装置。需要时可以通过调整此装置,使主轴(自由端)前后移动一定距离以达到纠正跑偏。
(4)台车自动复位技术
尾部星轮安装在活动性框架上(摆架)。由于焙烧机是在热状态下工作,而台车与台架的热胀程度往往是不同的(材质不同),为使焙烧机在工作状态能自由伸缩,机尾都采用摆架形式。摆架作用之一就使吸收台车水平方向的线膨胀;摆架的另一个作用就是避免台车在尾部(由水平轨道向弯道和由弯道向水平轨道过渡之处)拉缝,这样不但了台车之间的冲击,而且也避免了耐磨板及碎料粉料的散漏和减少漏风。卸料时漏下的散料由散料漏斗收集,经散料溜槽排除。
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