姜基明
(中冶賽迪上海工程技術(shù)有限公司公用部,上海 201900)
一座COREX-C3000型爐,年產(chǎn)鐵150萬(wàn)t,年用煤、焦總量為147萬(wàn)t(入爐量),其中小塊焦7.4萬(wàn)t,入爐塊煤139.6萬(wàn)t。煤炭以8~50 mm塊煤購(gòu)入,但在運(yùn)輸與處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生35%左右<5 mm的粉煤,輸出的粉煤雖然還可以在發(fā)電上得到應(yīng)用,但生產(chǎn)企業(yè)要承擔(dān)塊煤購(gòu)入與粉煤輸出的價(jià)格差異,還會(huì)有粉煤運(yùn)輸費(fèi)用與環(huán)境污染等問(wèn)題。為了合理利用粉煤,降低原料成本,需解決粉煤利用問(wèn)題。
粉煤的利用分為粉煤噴吹和粉煤壓塊兩部分。目前噴吹系統(tǒng)按300 kg/(t鐵)的設(shè)備能力設(shè)計(jì),用200 kg/(t鐵)噴入量平衡,這樣噴吹系統(tǒng)利用的粉煤量30萬(wàn)t/a;粉煤壓塊系統(tǒng)年可利用粉煤一期時(shí)~24.74萬(wàn)t/a,二期時(shí)~49.48萬(wàn)t/a。
建設(shè)煤壓塊與煤粉噴吹設(shè)施以后,工廠有了粉煤處理的能力,也給工廠帶來(lái)了不必全部購(gòu)入塊煤,而有全部或部分購(gòu)入統(tǒng)煤來(lái)取代塊煤的可能性,從而有可能為工廠節(jié)約巨大的購(gòu)煤費(fèi)用。
COREX煉鐵工程煤壓塊系統(tǒng)需采用甘蔗殘?jiān)圃斓奶敲圩鰹檎辰Y(jié)劑。糖蜜的耗量如下:
一期糖蜜耗量正常情況下糖蜜按粉煤量的8%~12%加入,耗量約2.0~3.0萬(wàn)t/a;二期糖蜜耗量約4.0~6.0 萬(wàn) t/a。
由于國(guó)內(nèi)糖蜜的生產(chǎn)期為每年11月至次年4月,因此,需進(jìn)口糖蜜來(lái)保證煤壓塊系統(tǒng)的全年使用量。本工程所需糖蜜的外部運(yùn)輸采用船運(yùn)方式,到港后用槽罐車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)到廠內(nèi)糖蜜儲(chǔ)罐,再通過(guò)糖蜜泵供給煤壓塊使用。
根據(jù)常見(jiàn)的糖蜜運(yùn)輸船及轉(zhuǎn)運(yùn)槽車(chē)的配置方案,即按10000 t船運(yùn)量,最大同時(shí)卸車(chē)量3×50 t考慮,為滿足糖蜜卸車(chē)及供應(yīng)的需要,在煤壓塊區(qū)域設(shè)置糖蜜泵3臺(tái)及2×5000 m3糖蜜儲(chǔ)罐。一期階段,一次10000 t儲(chǔ)量可滿足煤壓塊使用糖蜜約4個(gè)月時(shí)間;二期階段,不再新建儲(chǔ)罐仍可滿足煤壓塊使用糖蜜約2個(gè)月時(shí)間。
糖蜜理化參數(shù)由于受土壤、氣候情況、原料種類(lèi)、成熟度以及工廠工藝情況等因素影響,主要成分波動(dòng)范圍略大,大體上干物質(zhì)范圍74%~79%,以下工業(yè)糖蜜的成分分析其干物質(zhì)75%,參數(shù)如下:
(1)總糖:46%~52%,其中,蔗糖 30%~40%,還原糖15%~20%,不發(fā)酵糖2%~4%。
(2)非糖有機(jī)物:9%~12%。
(3)作為蛋白質(zhì)的氮化合物:2%~3%。
(4)粗灰:8%~11%,其中,鈉 0.1%~0.4%,鉀 1.5%~4.0%,鈣0.4%~0.8%,磷0.6%~2.0%,氯0.7%~3.0%。
(5)外觀:粘稠、黑褐色,半流動(dòng)性。
糖蜜的粘性變化很大,主要影響的因素有:干物質(zhì)、生產(chǎn)區(qū)域和溫度。以下為糖蜜在各溫度時(shí)的典型粘度范圍:
糖蜜由槽罐車(chē)運(yùn)至泵房后,罐車(chē)通過(guò)快速接頭與泵入口管連接,經(jīng)糖蜜泵轉(zhuǎn)輸至5000 m3糖蜜儲(chǔ)罐儲(chǔ)存,罐中有熱水盤(pán)管加熱并保溫在20℃(±5℃)。儲(chǔ)罐內(nèi)的糖蜜使用時(shí)用泵經(jīng)管道送至煤壓塊室底層的緩沖罐內(nèi)(50 m3),每次滿足至少12 h煤壓塊生產(chǎn)的用量。緩沖罐內(nèi)的糖蜜通過(guò)泵送至煤壓塊室上層糖蜜處理罐(5 m3),經(jīng)過(guò)加熱、攪拌、稀釋和調(diào)節(jié)成分后,送至糖蜜加料罐(15 m3),經(jīng)糖蜜計(jì)量泵加入二級(jí)攪拌機(jī)與煤粉充分混合。工藝流程見(jiàn)圖1。
羅涇COREX煉鐵工程煤壓塊系統(tǒng)是一個(gè)自主開(kāi)發(fā)技術(shù)的工程項(xiàng)目,屬于科研與工程相結(jié)合,第一次做設(shè)計(jì),沒(méi)有樣板工程可以對(duì)照。由于COREX煉鐵系統(tǒng)對(duì)塊煤的大小和強(qiáng)度要求較高,為了提高對(duì)粉煤的利用率,開(kāi)展了煤壓塊這個(gè)項(xiàng)目作為配套工程。雖然此類(lèi)工程并不具有普遍性,但是今后只要煉鐵采用COREX或者FINEX系統(tǒng),都可能需要配套煤壓塊項(xiàng)目。
糖蜜是過(guò)去沒(méi)有接觸過(guò)的介質(zhì),沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè),在設(shè)計(jì)中主要參考了《鋼鐵企業(yè)燃?xì)庠O(shè)計(jì)參考資料(燃油部分)》和《Molasses Handbook》。
業(yè)主對(duì)于糖蜜性質(zhì)的研究也處于摸索階段,例如到港糖蜜的實(shí)際粘度數(shù)據(jù)與業(yè)主提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異非常巨大,使得糖蜜管道阻力損失的設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大的差異,見(jiàn)表1。
表1 不同溫度下糖蜜粘度
例如,計(jì)算5000 m3糖蜜罐出口至120 m3糖蜜泵管道阻損,20℃動(dòng)力粘度μ取10000 cP,流量為120 m3/h。
圖1 糖蜜系統(tǒng)工藝流程圖
根據(jù)公式:取層流區(qū)壓力降計(jì)算公式:
式中,v——運(yùn)動(dòng)粘度;
μ——?jiǎng)恿φ扯龋?/p>
g——落體加速度;
γ——油品重度;
Re——雷諾數(shù);
V——流速,取流量除以管道截面積;
d——管道內(nèi)徑;
λ——摩擦系數(shù);
H——管道壓降;
L——管道長(zhǎng)度,管件已經(jīng)折算進(jìn)去。
得出管道阻損為 3.5×105Pa,約18 m糖蜜柱,而泵的自吸能力約為6 m糖蜜柱,根據(jù)這個(gè)計(jì)算結(jié)果,只能通過(guò)在泵房增加一根回流管,使得出口流量控制在20 m3/h;如果按實(shí)際粘度1860 cP,流量為120 m3/h時(shí)管道阻損僅為3 m糖蜜柱。實(shí)際投產(chǎn)時(shí),我們也發(fā)現(xiàn)不需要使用回流管道,直接可以達(dá)到120 m3/h的設(shè)計(jì)流量,事后實(shí)際測(cè)定糖蜜粘度才發(fā)現(xiàn)這是由于原始數(shù)據(jù)差別較大引起的。但是現(xiàn)場(chǎng)后來(lái)使用2臺(tái)糖蜜泵同時(shí)使用,流量達(dá)到240 m3/h,根據(jù)燃?xì)鈱?zhuān)業(yè)的燃油設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算的話,應(yīng)該是達(dá)不到這個(gè)流量的,所以如果糖蜜單純按燃油手冊(cè)的公式計(jì)算,壓損會(huì)偏大,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)余量取小一點(diǎn)。
糖蜜長(zhǎng)期靜止存放的話,會(huì)發(fā)生結(jié)晶、沉淀等情況,對(duì)5000 m3這樣的大儲(chǔ)罐并不容易攪拌,所以我們采用了在罐底均勻布置的壓縮空氣管道開(kāi)小孔,通過(guò)壓縮空氣冒泡的原理,起到一個(gè)攪拌糖蜜的作用。開(kāi)始設(shè)置的時(shí)候,沒(méi)有考慮到壓縮空氣中的水分會(huì)對(duì)糖蜜品質(zhì)產(chǎn)生影響,只是采用了價(jià)格較為便宜的普通壓縮空氣。在施工的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題以后,又增加了一路儀表壓縮空氣。在以后類(lèi)似設(shè)計(jì)中,沒(méi)有條件使用儀表壓縮空氣時(shí),可以考慮增加一套普通壓縮空氣凈化裝置。
糖蜜超過(guò)40℃時(shí)容易發(fā)生變質(zhì),業(yè)主認(rèn)為罐體保溫會(huì)使夏天罐內(nèi)溫度過(guò)高,要求在5000 m3糖蜜儲(chǔ)罐的罐頂增加了一層隔熱頂棚和灑水降溫系統(tǒng)。我們通過(guò)計(jì)算認(rèn)為罐側(cè)壁的保溫其實(shí)也有對(duì)陽(yáng)光直射的隔絕和反射作用,并且罐內(nèi)液面距離罐頂也有一定的空氣層起到保溫的作用。從2009年夏天實(shí)際測(cè)量來(lái)看,8月份連續(xù)暴曬后,罐內(nèi)糖蜜最高溫度為27℃,遠(yuǎn)低于40℃的變質(zhì)溫度,所以,原來(lái)的罐體設(shè)計(jì)是安全可靠的,加裝這套降溫裝置比較浪費(fèi)。以后遇到類(lèi)似的情況,可以以此為例說(shuō)服業(yè)主。
糖蜜粘度大,所以糖蜜罐車(chē)選擇了DN250的接口。但是卸車(chē)場(chǎng)地較小,軟管的長(zhǎng)度不能太長(zhǎng),結(jié)果DN250的橡膠軟管剛度非常大,軟管彎曲程度很小,無(wú)法快速與罐車(chē)對(duì)接,最后采用了內(nèi)纏鋼絲的透明薄壁橡膠管才勉強(qiáng)可以使用,考慮再在二步工程中尋找更合適材質(zhì)的軟管進(jìn)行替換。
COREX煤壓塊工程的特點(diǎn)就是工藝是全新的,設(shè)計(jì)也是全新的,沒(méi)有任何樣板可以套用或參考,因此在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中出現(xiàn)了很多新問(wèn)題。
(1)要全面認(rèn)識(shí)和掌握新設(shè)備的性能,比如糖蜜轉(zhuǎn)子泵蠕動(dòng)泵和糖蜜處理罐稱(chēng)重裝置,這樣才能更好地利用這些設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝的功能完整。
(2)要及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)施工單位及項(xiàng)目組進(jìn)行溝通聯(lián)系,做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決問(wèn)題。
收稿日期:2018-02-28