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前言
隨著鋼鐵行業(yè)對(duì)運(yùn)行成本、環(huán)保、自動(dòng)化控制要求的不斷提高，傳統(tǒng)底濾法水渣處理工藝在不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)品迭代。新型底濾法水渣處理工藝采用模塊化的高效過(guò)濾板的新型濾層結(jié)構(gòu)，可配置水渣蒸汽捕集和冷凝脫硫工藝、無(wú)人抓渣智能行車控制系統(tǒng)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。新型底濾法水渣處理工藝的典型示意圖如圖1，一般包括粒化塔、蒸汽煙囪、過(guò)濾池、橋式抓斗起重機(jī)、水沖渣泵站等。
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新型濾層結(jié)構(gòu)
2.1 傳統(tǒng)濾層結(jié)構(gòu)的板結(jié)更換問(wèn)題
傳統(tǒng)底濾法水渣處理工藝的濾層采用濾料按級(jí)配鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)。渣水混合物中的水通過(guò)濾料之間的縫隙滲透到濾層下部進(jìn)入到過(guò)濾管系中，被系統(tǒng)循環(huán)水泵抽走循環(huán)使用，過(guò)濾完的水渣被截留在濾層上面。濾層在使用一段時(shí)間之后會(huì)形成板結(jié)堵塞濾料縫隙，隨著板結(jié)逐漸增加，濾層的透水性就會(huì)受到影響從而導(dǎo)致系統(tǒng)水不平衡，影響到高爐正常生產(chǎn)，此時(shí)就需要對(duì)板結(jié)濾層進(jìn)行更換。清理板結(jié)濾層時(shí)，需要將鉤機(jī)吊到過(guò)濾池內(nèi)對(duì)板結(jié)濾層進(jìn)行破碎，再將破碎的板結(jié)濾層從防護(hù)架內(nèi)挖出，清理完成后重新按級(jí)鋪設(shè)濾料。板結(jié)濾層的清理工作量大（總量500-1000t），破除和清理工作還受到防護(hù)架阻擋，導(dǎo)致清理板結(jié)、更換濾層成為底濾法水渣崗位操作和維護(hù)人員最大的檢修作業(yè)。
2.2 濾層板結(jié)的機(jī)理分析
底濾法水渣過(guò)濾的本質(zhì)是用水渣來(lái)過(guò)濾渣水混合物，傳統(tǒng)底濾法濾層鋪設(shè)鵝卵石的厚度普遍在1.5m以上，但真正起到過(guò)濾作用的就是頂層濾料上方的水渣，水渣濾層形成了過(guò)濾界面。過(guò)濾界面以上的水渣受到傳遞、吸附和剝離機(jī)制的控制被留在過(guò)濾層上方。經(jīng)跟蹤調(diào)研、取樣分析，認(rèn)為濾層典型板結(jié)的機(jī)理：一是過(guò)濾界面下鈣鎂離子結(jié)晶。濾料（4-25mm）板結(jié)取樣研磨篩分，經(jīng)XRD檢測(cè)，其結(jié)果顯示主要成分是CaSO4·2H2O。二是過(guò)濾界面及其上水渣自身化學(xué)活性釋放。針對(duì)2-4mm粒徑濾料與水渣板結(jié)取樣，XRD檢測(cè)結(jié)果顯示，主要為硅酸鹽。
2.3 新型濾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
根據(jù)上面板結(jié)機(jī)理的檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)濾界面以下高約1.3m的鵝卵石濾料為沖渣循環(huán)水中鈣鎂離子結(jié)晶提供了結(jié)晶核，且板結(jié)后受限于防護(hù)架、過(guò)濾管系非常難清理更換，過(guò)濾層透水性下降影響了高爐的正常生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、工廠中試，采用方便檢修更換的模塊化的高效過(guò)濾板，取消過(guò)濾界面以下1.3m高的鵝卵石濾料。
從濾層的結(jié)構(gòu)考慮，高效過(guò)濾板的使用代替了傳統(tǒng)濾層上層濾料成為了水渣過(guò)濾界面的承載體。由于高效過(guò)濾板是安裝在鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)架上的，不再需要大粒度鵝卵石的支撐，而且下部沒(méi)有濾料為板結(jié)附著形成提供結(jié)晶核。因此，新型底濾法水渣采用無(wú)支撐層鵝卵石的高新過(guò)濾板結(jié)構(gòu)，在防護(hù)架上安裝模塊化的高效過(guò)濾板，高效過(guò)濾板及防護(hù)架形成了新的水渣過(guò)濾界面的承載體。新型濾層結(jié)構(gòu)已經(jīng)在多座高爐項(xiàng)目新型底濾法水渣系統(tǒng)上投入使用，水渣運(yùn)行情況良好，其中某鋼廠運(yùn)行參數(shù)如表1所示。新型底濾法水渣處理工藝采用無(wú)支撐層鵝卵石的新型濾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：①過(guò)濾層僅保留高效過(guò)濾板及內(nèi)部快速濾料，實(shí)現(xiàn)板結(jié)濾層的快速更換，高效過(guò)濾板下無(wú)支撐層鵝卵石，高效過(guò)濾板以下不會(huì)有板結(jié)生成，根本上消除了傳統(tǒng)底濾法清理板結(jié)量大、影響生產(chǎn)運(yùn)行的困難；②高效過(guò)濾板下無(wú)支撐層鵝卵石，相比傳統(tǒng)底濾法鵝卵石需要定期更換，大大降低建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用；③反沖洗二次配水，均勻無(wú)死角，配合抓渣智能化系統(tǒng)留渣作業(yè)可實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域加強(qiáng)反沖洗。
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無(wú)人抓渣智能行車系統(tǒng)
高爐水渣區(qū)的高溫、含S等有害性元素氣體對(duì)行車崗位人員職業(yè)健康危害較大，操作人員長(zhǎng)期疲勞駕駛不利于系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，人工抓渣已逐漸不能滿足生產(chǎn)要求，亟需提高自動(dòng)化、無(wú)人化程度。無(wú)人抓渣智能行車控制系統(tǒng)特點(diǎn)如下：①采用大小車及抓斗自動(dòng)定位、變頻調(diào)速控制、防搖擺算法、四繩抓斗模型、知識(shí)學(xué)習(xí)算法、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊、視頻監(jiān)控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)行車的自動(dòng)抓渣作業(yè)，根據(jù)渣池劃分的網(wǎng)格，采用高效抓渣策略，自動(dòng)控制抓斗行車完成抓、卸渣工作。②底濾法水沖渣系統(tǒng)抓渣行車的自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高爐水渣池的無(wú)人化、智能化作業(yè)。③典型工況運(yùn)行效率如表2所示，每斗抓渣作業(yè)平均耗時(shí)~100s，抓渣效率均可滿足高爐生產(chǎn)需要。
無(wú)人抓渣行車智能化系統(tǒng)與安全、環(huán)保、高效的底濾法渣水分離工藝完美結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了抓渣作業(yè)的無(wú)人化、自動(dòng)化、智能化，為水渣處理工藝帶來(lái)技術(shù)革新。
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蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)
4.1 渣池區(qū)域蒸汽的捕集
新型底濾法水渣處理工藝在過(guò)濾池上方增設(shè)了移動(dòng)式集汽罩，集汽罩采用耐腐蝕、高溫的玻璃鋼材質(zhì)，設(shè)備四周與過(guò)濾池的縫隙均采用耐腐蝕幕簾封閉，可將渣水跌落及渣水分離過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行有效捕集，再利用引蒸汽管道將捕集的蒸汽引到就近煙囪實(shí)現(xiàn)有組織排放，如圖1所示。當(dāng)1個(gè)過(guò)濾池沖渣作業(yè)結(jié)束后抓渣作業(yè)時(shí)，移動(dòng)式集汽罩可從該過(guò)濾池上方移開，不影響抓渣作業(yè)。該工藝實(shí)現(xiàn)了全區(qū)域蒸汽有組織排放，也為水渣系統(tǒng)配置蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)提供了有利條件。
4.2 蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)
高爐冶煉所需原燃料中含有一定的S，S隨原燃料進(jìn)入高爐以后，在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)變化，在鐵水、爐渣和煤氣中進(jìn)行分配，其中進(jìn)入高爐渣中S約占全部入爐S的85%。S是以（CaS）的狀態(tài)溶于高溫爐渣中，沖渣水與（CaS）反應(yīng)產(chǎn)生的SO2和H2S隨水蒸汽及氣溶膠外排至大氣中。按噸鐵S負(fù)荷4kg計(jì)，估算沖渣末期SO2排放濃度在185-965mg/Nm3，造成較大環(huán)境負(fù)荷。
根據(jù)高爐生產(chǎn)及環(huán)保的要求，該研究開發(fā)了“三步法”蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)，成功應(yīng)用于多座高爐，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、環(huán)保成本較低。沖渣蒸汽冷凝脫硫設(shè)施主要包含噴淋冷卻系統(tǒng)、微重力脫濕除塵系統(tǒng)、空冷脫濕系統(tǒng)。該工藝路線的流程圖如圖1，主要特點(diǎn)包括：①高爐熔渣?；^(guò)程中的蒸汽，在上行過(guò)程中利用雙層冷凝降溫-除霧吸附技術(shù)處理水汽中的顆粒物、硫化物等；②經(jīng)過(guò)噴淋后的沖渣蒸汽進(jìn)入微重力脫濕除塵塔，在塔內(nèi)通過(guò)擴(kuò)散降速、吸附、團(tuán)聚等多種作用，大顆粒液滴及渣棉與蒸汽分離形成水流，形成的水流自流至渣處理系統(tǒng)，無(wú)外排二次污染物；③通過(guò)微重力脫濕除塵塔以后，蒸汽進(jìn)入到多層次空冷脫濕器，蒸汽在該設(shè)備內(nèi)進(jìn)行對(duì)流換熱冷卻，大幅度降低其蒸汽飽和度；④冷凝水循環(huán)系統(tǒng)的噴淋水自流進(jìn)入到儲(chǔ)水池，通過(guò)噴淋供水泵繼續(xù)噴淋，循環(huán)使用，較其他工藝大幅降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
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結(jié)論
新型底濾法水渣處理工藝對(duì)傳統(tǒng)底濾法從高端化、智能化、綠色化方面進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)、產(chǎn)品迭代。在高端化方面，模塊化的高效過(guò)濾板的新型濾層結(jié)構(gòu)有效解決了濾層板結(jié)更換難的問(wèn)題；智能化方面，無(wú)人抓渣行車智能控制系統(tǒng)與新型底濾法水渣高效過(guò)濾工藝得到完美結(jié)合；在綠色化方面，過(guò)濾單元上方設(shè)移動(dòng)式集汽罩，沖渣含S蒸汽通過(guò)“蒸汽冷凝系統(tǒng)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了水渣處理過(guò)程清潔、環(huán)保。
