湛江高炉工艺装备技术特点
2018-02-13 09:16:37
宝钢湛江钢铁基地两座
高炉于2013年3月开展设计，同年5月动工建设，1号高炉于
湛江高炉顺利投产，标志着我国特大型高炉技术又迈上一个新台阶。本文全面总结了湛江高炉工程设计、高炉工艺装备技术特点，以有效推进我国炼铁技术的发展。
1 湛江高炉工艺及装备主要特征
宝钢湛江高炉的工艺及装备的主要特征具体体现在以下几个方面。
1）两座高炉的矿、焦槽合并平行布置，焦炭采用分散筛分、集中称量，烧结矿、块矿采用分散筛分、分散称量的工艺流程。回收槽下小块焦，与矿石混装入炉。设置有中间斗，可提高上料能力和装料灵活性。
2）采用串罐无料钟装料设备，减小了布料偏析对炉况的影响，为高炉操作稳定打下良好的基础。采用了完全国产化BCQS布料器，设置了均压煤气回收装置。
3）高炉内型采用三段式炉身结构，有利于控制气流分布。采用全铸铁冷却壁，配合良好的操作技术，使高炉的适应能力更强。采用了纯水串联的密闭循环冷却系统。炉缸采用了横行铸铁冷却壁，超微孔大块炭砖。设置了完善的检测系统，炉体设计寿命22年。
4）出铁场采用了紧凑型平坦化布置，设置了全国产化的液压泥炮、开口机、移盖机；铁口上方风口平台宽敞，设置上出铁场高架道路。
5）水渣系统采用转鼓工艺，两个出铁场各设置一套转鼓系统和干渣坑，水渣蒸汽采用
6）4座顶燃式热风炉，采用两烧两送交错并联的送风制度，设计风温
7）喷煤系统采用了并罐、总管加炉前分配器的喷吹方式，设计煤比
8）煤气净化设施采用干法布袋除尘工艺，采用大直径除尘器，上进上出的布置工艺，既有利于煤气均匀分布，也方便了设备操作维护。
9）TRT是国内
10）鼓风站配置了 3台AV-100轴向进气静叶可调式轴流压缩机组，其中1号和2号鼓风机为MAN公司制造，3号鼓风机为陕鼓制造，配套55000kW电机均为日本TMEIC公司制造。
11）高炉本体冷却采用了纯水密闭循环冷却系统，其二次冷却采用板式换热器，高炉生产新水消耗量
12）出铁场和矿焦槽采用了布袋除尘器，还设置了一套屋顶除尘装置，有效改善了出铁场的环境。矿槽和焦槽分别设置除尘系统，便于除尘灰的有效回收利用。
13）自动化系统从生产全局出发，根据生产工艺的连贯性、分布位置及控制要求，对控制系统分区域、分级进行配置，采用网络技术，构成生产工艺对象的三电自动化控制系统。该系统由基础自动化系统L1、过程控制系统L2和生产制造执行系统MES共三级组成。
14）本工程的炉顶设备、热风炉、煤气净化、鼓风脱湿系统为国内成套供货。
2 湛江高炉主要工艺设计参数
湛江高炉的主要工艺设计参数见表1。
表1 湛江高炉主要设计参数
|
项目 |
数值及描述 |
|
有效容积，m³ |
5050 |
|
年产炼钢生铁，万t/a |
411.5 |
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年平均利用系数，t/( m³·d) |
2.280(最大2.5) |
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日产生铁量，t/d |
11514(最大12625) |
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燃料比，kg/t |
498 |
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焦比，kg/t |
278 |
|
煤比，kg/t |
220 |
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风温，℃ |
1300 |
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炉顶压力，MPa |
0.3 |
3 优化设计，降低成本，提升高炉竞争力
高炉是一个复杂的冶炼系统，对工艺、装备、控制技术等有着很高的要求。多年来，由于国外领先供货商的技术垄断，中国大型高炉的关键核心装备还是依赖于引进，增加了钢铁企业建设和运营成本，影响了产品的竞争力。国内设计单位与宝钢共同努力，在湛江钢铁高炉工程集中采用了大量自主研发的最新技术，极大地降低了工程投资，主要技术指标达到国际一流水平，使中国大型高炉技术竞争力走在了世
界前列。
3.1 总体设计优化打造低成本高效率的高炉
湛江钢铁作为宝钢“二次创业”的项目，对成本控制十分严格，我国设计单位发挥一流的总体设计能力，在设计过程中始终以高效生产为准绳，让低成本、高效率、具备竞争力的高炉成为现实。
从设计初期起，坚持成熟、可靠、适用的设计理念，采用仿真等技术手段优化工程设计。比如铁水运输通过仿真分析，将铁水鱼雷罐车平均运输距离缩短到了
为控制工程投资，设计方和投资方开展了多版可行性研究与初步设计，在确保工艺方案可行的前提下，并结合宝钢4座高炉建设、生产运行经验，进行大量工艺方案优化。如通过反复对比设计，将出铁场面积减少1000多平方米；将铜、铸铁冷却壁结合的配置方式改为全铸铁冷却壁，有效降低了工程总投资。这些优化不是想当然的决定，而是经过了反复论证才得出的结论。
3.2 高炉炉型的优化
消化吸收宝钢3号高炉经验，对内型设计进行了充分研究，采用双炉身角设计，使气流与炉料的运动更相适应，使炉身适应操作气流变化的能力更强，炉况稳定性更好。目前，湛江1号高炉投产后，经受了“彩虹”台风休风和几次定休的考验，炉子恢复生产较快，铸铁冷却壁和双炉身角发挥了重要作用。
3.3 高炉冷却系统设计的优化
基于宝钢3 号高炉采用全铸铁冷却壁安全运行19年的实绩，以及全铸铁冷却壁高炉自身的优势，如全铸铁冷却壁更容易操作，即使出现炉况不顺，也容易恢复等；目前铸铁冷却壁制造质量和维护技术也有了较大提升，即便是炉役后期有损坏，也可通过计划休风快速修复；高炉操作实践发现，铜冷却壁容易导致炉墙结厚，渣皮易脱落导致边缘气流难于控制，高炉操作对各种影响因素更加敏感、调控难度加大；因此，经过反复研究，决定采用全铸铁冷却壁配置，有利于操作，同时也有效降低了工程投资。
湛江高炉采用了一串到顶的冷却水系统配置，总水量减少，但单管水量却增加，效率更高，投资和成本降低。
纯水I系统冷却炉底水冷管、炉缸横形冷却壁、炉腹至炉喉冷却壁，经炉顶脱气罐脱气后返回泵站，在高度上分为三段，三段串联，便于系统进行热负荷检测和系统检漏。
纯水II系统为纯水I系统的回水增压系统，该系统分为三个支路并联，分别冷却风口中套、直吹管、热风炉阀门。
该系统的最大特点是纯水II增压系统的入口水全部是经过了炉顶脱气罐脱气的，有效减少了增压系统带气运行的风险。实践证明，在脱气后增压循环会导致增压系统水温升高太多的担心是不必要的，纯水II系统的排水温度比纯水I系统仅高约2
3.4总图布置的优化
1）半岛式布置，比一般情况下铁水运距缩短，高炉到炼钢的平均距离缩短到了
2）为进一步控制铁水罐运输过程中的温降，在出铁场的罐口区域增加防雨设施。
两座高炉的中控室合并布置在两座高炉之间，通过高架通道连接两座高炉。这种布置形式具有布置紧凑、占地面积小及土建投资省的优点，以及人员操作岗位也可以减少、生产维护人员进一步集中，便于生产管理。
两座高炉矿焦槽系统、循
环水系统和喷煤系统也合并布置，有效节省了投资和占地。
4 自主创新实现大型高炉主要装备的自主集成
4.1 全国产化环保无料钟炉顶打破国外技术封锁
大型高炉无料钟炉顶技术以往长期被国外公司垄断，2009年，成立了湛江钢铁高炉大型无料钟炉顶联合攻关小组，瞄准国际一流水平，开发具有国内自主知识产权和核心竞争力的高炉无料钟炉顶设备。
在4年多时间里，研发团队历经理论研究、样机制造、试验研究，1:1试验装置开展冷态、热态及模拟布料测试，通过布料器的液压复合控制等创新思路和关键技术突破，终于研发出具有自主知识产权的大型无料钟炉顶设备，如图2。
BCQS无料钟炉顶较进口设备具有结构简单、故障率低、投资低等特点，主要体现在：
◇ 创新性开发布料器液压复合控制技术，布料器α角控制精度±0.1°以内，达到国际领先水平；
◇ 布料器采用新型水冷及密封结构，设备冷却强度提高，密封可靠，冷却水消耗10-15t/h，氮气耗量在800Nm3/h以下，降低了设备运行成本；
◇ 采用卡挂式布料溜槽安装结构，拆卸安装方便，更换时间可控制在4h以内，溜槽更换时间较国外同类产品减少1/2以上；
◇ 改进布料器导轨结构，将整体式导轨改为装配式结构，并增加润滑措施，配合布料器三缸液压同步控制技术，克服导轨磨损问题，延长布料器整体使用寿命。
湛江1号高炉投产以来，炉顶装料设备运行情况良好，主要性能指标达到国际先进水平，成功替代进口产品，完全满足大型高炉的使用要求。
4.2 自主创新顶燃式热风炉，高温长寿效果显著
顶燃式热风炉由于其高风温、低投资、结构稳定等特点，已成为目前热风炉技术发展的方向，但宝钢的外燃式热风炉结构形式和操作方式也有自身特色。设计吸取了宝钢经验，对湛江顶燃式热风炉进行了改进，集成涡流喷射燃烧技术和宝钢外燃式热风炉管系技术，使湛江顶燃式热风炉技术更臻完善。其主要技术优势有：
1）依据外燃式混风室的成熟设计理念，为4座顶燃式热风炉配置4座独立混风室，改善热风出口炉壳及耐材的工作条件，解决顶燃式热风出口容易出现管壳发红等问题；同时还降低了热风主管和支管的风温，有利于提高管系的结构稳定性和寿命；
2）各孔口采用自锁式组合砖技术，有效改善各孔口的受力状况，提高砌体的结构稳定性；
3）根据热风管系的布置，采用分析软件优化波纹管、拉杆配置，并设计与管系相适应的耐材砌体结构，确保热风管道耐材在
4）为热风炉配置前置燃烧炉及烟气余热回收系统，在单烧高炉煤气的条件下，实现
4.3 联合攻关实现大型高炉关键装备的国产化
湛江高炉每座配套建设一座干式TRT，透平主机采用干式轴流反动式透平机，配套上水冷式无刷励磁同步发电机，额定功率33MW。
当高炉短期休风时，为避免频繁启停机，TRT发电机可转换成电动机运行。为确保TRT机组安全运转，所有的安保信号均与快速切断阀联锁，当其中某一信号输出时，该阀自动快速关闭，使机组停止运转，同时配套设置的减压阀组中的快开阀同步开启，以保证炉顶压力的稳定。
目前，全球运行的
1）改进安保系统控制，确保在极端重故障状态下TRT及减压阀组具有“三断（断油、断电、断信号）保护”功能。
2）改进关键零部件材料适用性。通过开发性能更好的新型TRT阻垢缓蚀剂，有效改善对设备的腐蚀和冲刷；采用改进的热喷涂工艺，并增加喷丸工艺，进行叶片表面处理，有效提高了涂层与叶片材料基体的结合性。
3）优化透平设备结构。开发新叶形及流道设计，改进扩压器结构形式，以减少阻损，提高发电量。
鼓风站配置了3台鼓风机，其中3#鼓风机组为国内制造，为全国产化首台
鼓风机组结构形式及运行特点：
1）采用轴向进气的结构形式，相比传统的径向进气的结构形式，可减小进气管道的损失，降低整机功耗约1%；同时该结构形式可以降低风机机组安装平台高度，降低基础投资费用。
2）风机轴承箱与机壳固定，转子与机壳的同轴度调整更加容易。
3）机壳由静叶承缸、静叶调节缸和外缸共三层组成，完整的外缸对静叶调节结构形成有效的保护，防止灰尘的进入和噪音外泄，保持静叶承缸和调节缸的温度均匀，有效防止了入口空气温度较低时机壳前部的结露。
4）控制系统在保护机组安全的同时，与高炉生产相结合，可实现定风量、定风压、热风炉充风、富氧控制等一系列高炉生产工艺控制要求。
5 注重节能、环保，守护湛江碧海蓝天
5.1 竖直环保筛
湛江高炉槽下烧结矿和焦炭的筛分均采用新型竖直环保筛，占地面积小，工艺布置简洁，更换筛网及维修方便；其物料筛分充分，筛分效率高；结构紧凑，整体密封性好，避免粉末飞扬，环保效果好。
5.2 煤气干法除尘及喷淋塔
高炉煤气干法布袋除尘已取代湿法除尘得到广泛应用，但普遍存在故障率高、运行不稳定等问题。在汲取国内各钢厂尤其是宝钢股份干法除尘成功运行经验的基础上，湛江高炉干法除尘采用了符合大高炉高效、环保的工艺技术和设备。
主要技术特点包括：大直径除尘器，煤气顶进顶出，既有利于煤气均匀分布，也便于设备维护，提高了运行的安全性；输灰采用浓相流态化气力输灰技术，使输灰系统稳定运行，并提高输灰设备的使用寿命；在输灰管道上设置自动排堵装置，减轻人工维护工作量；净煤气管道内壁喷涂耐酸耐湿热重防腐涂料，增加了管道的防腐性能，提高了管道的使用寿命。
为保证高炉煤气柜安全及降低全厂煤气管网投资，煤气管网温度需控制在≤
喷淋塔集高炉煤气除酸、降温、脱水、消音等功能于一身，是世界上
5.3 均压煤气回收
炉顶均压煤气放散是目前炉顶区域最主要的粉尘污染源和噪音源。本工程采用了中冶赛迪自主知识产权的炉顶干法均压煤气回收技术。炉顶均压煤气经旋风除尘器及均压煤气回收设施，在煤气净化系统的喷淋塔后汇入净煤气管网，实现废弃能源回收、节能、减少碳排放和粉尘排放的目的，同时还降低了成本。该装置可实现85%以上均压煤气回收，每座高炉减少煤气放散2600万Nm3/年，减少CO2直接排放约1.2万t/年，减少粉尘排放约400t/年，实现煤气回收效益250万元/年，同时基本消除炉顶放散噪音，延长消音器等设备寿命，具有良好的环保和经济效益。
5.4 热风炉热均压
热风炉炉内高压气体回收，是将热风炉排压释放的高压气体通过充、排压管道，充入另一座正在充压的热风炉中，实现对排压气体的回收利用。该技术能够减少送风过程中的风量、风压波动幅度，有利于高炉炉况稳定，同时还回收利用了热能和压力能。从湛江1号高炉运行效果看，风压波动可减小到约10kPa。
5.5 鱼雷罐车加盖
本工程380t鱼雷罐车设有加盖装置。鱼雷罐车加盖后，既能降低运输过程中鱼雷罐车和铁水的温降，又可以抑制烟气的排放，达到节能减排的目的。生产实践证明，鱼雷罐车加盖后，能够大大减少烟气的排放，铁水温降比未加盖状态下明显减小，起到了很好的节能减排效果。
5.6 除尘设施
矿槽、焦槽分别设置除尘系统，捕得的矿粉被送至烧结利用，而焦粉送至配煤槽利用，大幅提高了其利用率。
在C1、C2出铁场各配置一套除尘设备，通过合理设置除尘点及风量分配，在不影响工艺操作前提下实现尘源封闭，优化除尘器结构，装填国产优质覆膜滤料，在适宜滤速下实现低阻运行、高效集尘和低含尘排放，达到国家特别排放限值要求。出铁场除尘系统表现出良好的控尘集尘效果。
6 湛江高炉的生产效果
高炉投产后，生产指标稳步上升，1号高炉利用系数最高2.37 t/（m3·d），燃料比最低
7 结论
宝钢湛江
在设计中，采用的自主集成技术有高炉本体工艺系统、顶燃式热风炉、高炉粗煤气干式除尘、高炉主工艺控制系统和软硬件等多项核心技术；采用了自主研发的BCQS串罐无料钟炉顶、国产大型高炉鼓风机组、国产炉前设备、国产TRT等关键设备。
自主集成的技术和国产化的关键设备使高炉投产后实现了能耗低、物耗低、零废弃和循环利用的环保目标，达到了清洁生产、资源节约的要求，提升了我国大型高炉的整体工艺技术水平。
