节能新工艺示范工程炼铁系统初步设计说明书.doc
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1、1 总论1.1 设计依据本设计是根据下列文件的有关要求进行编制的:1)中国XX科技集团有限公司的设计委托函。2)XX冶金设计院有关初步设计。3)中国XX科技集团、相关厂家多次交流的多方意见。4)XX集团提供的相关资料。5)初步设计前双方方案讨论相关会议纪要。1.2 总体要求 1) 本工程在红线区域建设一座2300m3高炉,设计规模为年产量260万吨,另外预留一座2300m3高炉的总图位置。2)工程包括整个高炉系统的全部内容。3)高炉的一代寿命15年;利用系数2.9t/m 3d, 热风炉的一代寿命不小于30年,热风温度为1200-1250 (焦炉煤气富化),1180(无煤气富化)。设计最高风温1
2、310度,焦比300Kg/tFe,煤比按230 Kg/tFe考虑,富氧率按最大15%考虑。4)自动化控制系统采用电控、仪控、计算机三电一体的三级计算机控制,即:基础自动化、过程自动化、管理自动化(预留接口)。自动化水平达到国内同类型高炉先进、实用水平。供配电系统配置合理。5)在满足工艺、总图等专业要求的前提下,尽量做到建筑美观,建筑物、构筑物应技术先进、合理、经济、适用。6)高炉工程设计必须符合国家和地方政府有关环境保护、消防、安全、防火、抗震、职业卫生等方面的法律、法规中的有关规定,满足清洁生产的要求,污染物达标排放。1.3 设计原则及指导思想1)指导思想是:采用成熟、可靠、实用、先进的工艺
3、技术及设备;高起点、高质量、高效益;延长高炉寿命、提高高炉效率。2)高炉改造采用“精料、高压、高温、富氧、高喷煤”的冶炼工艺及相关的技术装备,以求全面实现“高产、优质、低耗、长寿、环保”的生产目标。3)新建高炉的主要技术经济指标、装备水平和自动化程度应达到国内同类高炉的先进水平。4)认真贯彻执行国家有关政策、法规和行业政策,特别是环保、能源、安全卫生、消防等政策和法规。1.4 2300 m3高炉大修改造工程的基本方案对于高炉主工艺技术路线,本设计在先进、可靠、经济、实用的原则上,根据烧结、焦炭热装热送的具体要求,以及今后可能的实际情况,制定的主工艺技术路线具体如下表:序号项目技 术 方 案1槽
4、下供料系统矿焦槽独立布置,烧结矿分散筛分、分散称量,焦炭分散筛分、集中称量,小块焦回收。2上料系统大功率垂直提升机(带平移) (预留胶带机上料总图位置)3炉顶系统高温串罐无料钟炉顶4粗煤气系统重力+旋流除尘器 5炉体系统强化炉型、砖壁合一薄内衬结构、全冷却壁(铸铁+铜+铸钢)、联合全软水密闭循环冷却,一代炉役15年6出铁场系统双矩形出铁场3铁口7铁水运输一罐到底铁水罐车8渣处理系统2粒化槽+2脱水转鼓(冷法)+1干渣坑,1水渣堆场9热风炉系统3座顶燃式热风炉,转炉煤气富化,废气余热回收,风温11801250,寿命30年。10喷煤系统自主设计喷煤流程(达涅利柯勒斯型)11 铸铁机 75m双链辊轮
5、固定式12煤气清洗系统干法布袋除尘13TRT设施1套干式TRT,与鼓风机共轴14鼓风机站1台电动全静叶可调轴流式鼓风机,型号:AV71-1515通风除尘设施贮矿(焦)槽、出铁场、原料转运站采用布袋除尘器。设通风采暖设施16给排水系统新建软水、净环水、冲渣水循环系统。17自动化控制系统三电一体化、二级自动化控制系统,预留管理计算机系统接口18铁路信号及电讯设施配置铁路信号及电讯设施1.5 设计中采用的新技术、新工艺1)矿焦槽独立布置,烧结矿槽前分级、分散筛分、分散称量,焦炭分散筛分、集中称量,小块焦回收。焦炭中子测水及焦丁回收;2)大功率垂直提升机(带平移);3)高温新型串罐无钟料炉顶;4)高炉
6、长寿综合技术:适宜强化冶炼的矮胖操作炉型;砖壁合一、薄壁内衬结构;铜冷却壁 + 铸铁冷却壁+铸钢冷却壁;联合软水密闭循环系统;陶瓷杯+水冷炭砖炉底、炉缸结构;采用高导热、微气孔率优质炭砖;5)大跨度矩形炉体框架、平坦化出铁场;6)宽敞的风口平台及铁口侧抽+顶抽除尘方式;7)IDE冷转鼓 + 干渣坑炉渣处理系统;8)新型顶燃式热风炉;9)旋风除尘器10) 干法布袋煤气除尘;11) 三机共轴(BPRT)TRT回收炉顶煤气余压;12) 全PLC三电一体化的二级自动化控制系统;13) 清洁生产技术。1.6主要设计决定1.6.1 主要技术经济指标在研究分析国内2300 m3级高炉原燃料条件和实际技术经济
7、指标的基础上,结合XX烧结、焦炭热装热送的实情和现有高炉的生产经验,确定了2300 m3高炉的主要技术经济指标如下:2300m3级高炉主要技术经济指标指 标 名 称单 位指 标备 注 高炉有效容积m32300 年平均利用系数t/m3.d 2.98 综合燃料比kg/tFe530 其中:焦比kg/tFe300 煤比kg/tFe230设备能力260 炉顶压力MPaMAX0.275设备能力0.3 热风温度11801250设备能力1310 富氧率%MAX15 入炉风量Nm3/min4600 渣比kg/tFe360 熟料率%100 入炉矿品位%55 高炉年平均工作日d/a350 年产生铁104t/a240
8、 年产水渣104t/a103含水率20% 高炉煤气发生量105Nm3/h37.5高炉一代寿命a15热风炉一代寿命a30 1.6.2 高炉冶炼工艺2300m3高炉采用“精料、高压、高温、富氧、高喷煤”的冶炼工艺及相应的技术装备,以求全面实现“高产、优质、低耗、长寿、安全、环保”的生产目标。1) 精料:炉料结构高碱度烧结矿66% + 酸性球团矿34% ;综合入炉品位TFe/55%;单位生铁冶炼渣量360kg。2) 高压:炉顶煤气压力0.275MPa,余压回收发电。3) 高温:热风围管风温11801250,热风炉废气余热回收预热燃烧空气和高炉煤气(采用转炉煤气富化)。4) 富氧喷煤:采用高风温118
9、01250、最大15%富氧、喷煤230kg/tFe。 5) 优质:冶炼低硅(Si0.5%)、低硫(S0.02%)、高温(t$1500)生铁。6) 低耗:焦比300kg/tFe。7) 高产:高炉容积利用系数/2.9t/m3.d。8) 长寿:高炉一代炉役(不中修)/15年,热风炉一代炉役/30年。1.6.3 主要技术方案1.6.3.1 原燃料供应系统原燃料供应系统年供料量(不含喷煤系统用煤)见下表。 原燃料品种及供料量 序号原料名称日原料量(t/d)年原料量(万t/a)运输方式1碱性烧结矿6644.4193.2带式输送机2酸性烧结矿3577.8125.2带式输送机3杂矿110.43.864带式输送
10、机4焦炭2085.373带式输送机合计12417.9395.3 高炉烧结矿来自烧结车间,焦炭来自焦化车间,杂矿来自原料场。酸性烧结矿、碱性烧结矿分别来自1#、2#烧结车间的烧结机,杂矿来自原料场,接口位置在矿石槽前转运站。酸性烧结矿、碱性烧结矿、杂矿分别送至K101、K102、K103可逆输送机,可分别给入K104、K105输送机,运至矿槽槽上,由K106、K107单侧卸料车分别卸入相应的矿槽内。焦炭来自焦化车间,接口位置在焦炭槽前转运站。焦炭送至J101输送机,运至焦槽槽上,由J102双侧卸料车卸入焦槽内。K104、K105输送机头部余料通过头部溜管卸入槽下返矿输送机至高炉返矿仓。J101输
11、送机头部余料通过头部溜管卸入槽下返焦输送机至高炉返焦仓。1.6.3.2 炼铁工艺及设备1) 高炉车间工艺布置设计采用双矩形出铁场3铁口、摆动流咀、3座顶燃式热风炉、提升机上料、冷转鼓炉渣处理等工艺措施,使车间布置紧凑合理、原燃料供应和渣铁运输顺畅、能源介质输送距离短,适应建设场地的要求。 2) 供上料系统本高炉设计既能实现热装,又能实现热装。上料采用料罐上料,料罐有效容积55m3,每台机车每次运送2个装有相同物料的料罐。料罐送至提升工位后,用安装在炉顶的160t提升机龙门钩钩住料罐吊耳,随后料罐以50m/min的高速上升,到一定的高度后再以25m/min的中速上升,接近提升高度时以5m/min
12、的低速上升直至上升停止;接着转入水平移动,先以50m/min的高速移动,接近高炉中心线时以5m/min的低速移动直至停止;最后是料罐沿高炉中心线作下降运动并将炉料卸入受料斗。空料罐的回程过程与重料罐的上料过程呈逆向关系。 上料系统能力为:每批料365秒,理论最大上料能力为9.86批/小时。热装:料罐经烧结和焦化缓冲仓装入热料料,经过机车送至提升机下。冷装:采用普通焦矿槽向料罐共料供料,经过机车牵引至提升机下。焦矿槽并列分开布置。烧结矿和焦炭在槽下进行筛分,杂矿在槽下不过筛,矿石采用分散+集中称量,焦炭采集中称量,设焦丁回收工艺。焦、矿槽贮存时间表序号名 称数 量(个)单槽有效容积(m3)总有效
13、容积(m3)物料堆比重 (t/m3)贮存时间 (h)1碱性烧结矿槽638523101.7514.62酸性烧结矿槽438515401.7518.13杂矿槽23256501.654焦炭槽641024600.514.25焦丁仓170700.558.96粉焦仓170700.558.97碱性返矿仓11001001.86.58酸性返矿仓170701.88.4应业主要求,本设计在炉顶及总图上考虑了后续上皮带上料的可能性。3) 炉顶系统高炉炉顶采用高温串罐无料钟炉顶设备,它具有良好的高压密封性能,灵活的布料手段,能使高炉充分利用煤气能,保持高炉顺行;同时运行可靠,易损部件少,检修方便快捷,有利于高炉实现高产、
14、稳产、低耗和长寿。炉顶工艺参数炉喉直径 8200mm 高炉利用系数 3.02,设备能力 3.12炉顶压力 0.27MPa,设备能力0.30炉顶温度 正常600750,瞬时高温900(不超过半小时)炉顶除尘风量 700m3/min炉顶配备紧凑式机械探尺和雷达探尺,自动探测料面。4) 粗煤气系统粗煤气系统主要由粗煤气管道、重力除尘器和旋风除尘器组成。粗煤气管道由四根上升管(2500mm)、一个连通球(6000mm)和一根下降管(3500mm)组成。粗煤气管道和除尘器内衬设计为250mm厚的喷涂料,其中耐火层为120mm重质喷涂料,隔热层为130mm轻质喷涂料。5) 炉体系统炉体系统由钢结构、炉体冷
15、却设备、炉体水冷系统、内衬及高炉附属设备组成。(1)高炉炉体结构炉体采用自立式大框架结构,出铁场以下框架柱采用长方形结构,框架间距32m24m;出铁场以上采用八字形结构,框架间距由32m24m逐渐缩至20mx24m。(2)高炉炉型在分析研究国内外众多2300 m3高炉炉型的基础上,结合热装及原燃料条件以及砖壁合一、薄壁内衬结构的特点,设计确定采用适宜强化冶炼的矮胖操作炉型,其炉型尺寸如下:序 号名 称单 位数 值1有效容积Vum323002炉缸直径dmm110003炉腰直径Dmm124004炉喉直径d1mm82005死铁层深度h0mm25006炉缸高度h1mm47007炉腹高度h2mm3200
16、8炉腰高度h3mm18009炉身高度h4mm1460010炉喉高度h5mm180011有效高度Humm2610012炉腹角a773939.29”13炉身角b814853.87”14Hu/D2.94815铁口数个316风口数个30(3) 冷却设备炉体采用最新的砖壁合一技术,高热负荷区域采用铜冷却壁,取消凸台,炉底至炉喉共设置15段冷却壁。按照炉内纵向各区域不同的工作条件和热负荷大小,采用不同结构形式和不同材质的冷却壁。全冷却壁方案的特点:冷却面积大、冷却均匀、炉型稳定、投资省、安装方便,特别是随着砖壁合一、薄壁内衬技术、新型铸铁冷却壁、铜冷却壁及铸钢技术以及软水密闭循环冷却技术的发展,全冷却壁的
17、冷却型式更加广泛地应用于现代大中型高炉,为满足高炉1520年寿命提供了物质保证。(4)水冷系统水冷系统的冷却效果直接影响到冷却元件的寿命,从而决定整个高炉的寿命。软水密闭循环冷却系统具有不结垢,无污染,冷却强度高,效果好,余压完全得到利用和补充水少,自动化程度高,运行安全可靠等诸多优点,在国内外大中型高炉上得到了日益广泛应用。 本设计采用的联合软水密闭循环系统采用并联加串联的方法将原有三个独立的系统合成一个系统,充分发挥软水不结垢,可适当提高水温差的优点,从而达到节约投资、减少水量,节省能源的目的。(5)高炉内衬炉底炉缸采用炭块陶瓷砌体复合炉衬结合水冷薄炉底炭砖结构。 风口区采用刚玉莫来石质大
18、块组合砖砌筑,以加强结构的稳定性;铁口通道采用大块和小块相结合特殊组合砖结构以抵抗渣铁侵蚀和冲刷。炉腹及其以上区域采用砖壁合一、薄內衬结构(150mm)。炉腹及其以上区域的内衬材料依次为特种喷涂料(铜冷却壁区域)、Si3N4-SiC砖。(6) 炉体检测设施设置了可靠齐全的检测控制设施,确保高炉高产、稳产、长寿,如:各层炉衬温度检测、冷却壁本体温度检测、冷却水系统的温度及流量检测、十字测温等,设有炉顶红外摄像仪监控炉内料面和温度分布。(7) 炉体附属设施炉顶洒水装置、新型送风支管。6) 风口平台及出铁场(1) 风口平台设置独立的钢结构风口平台,为提高除尘效果,方便检修维护,采用大风口平台方式,风
19、口设备及检修工具等可从出铁场平台直接吊至风口平台上,生产操作方便、安全、实用、美观。(2)铁水运输方式的选择铁水运输方式铁水罐车形式,为与转炉匹配,铁水罐容积确定为140t,一罐到底形式。(3)出铁场布置高炉设有3个出铁口,分别布置在两个出铁场上,其中,1#和2#铁口布置在双出铁场,3#铁口布置在单出铁场。设计一条由地面通往出铁场操作平台的公路,作为辅助材料及备品备件的运输道路;此道路可供载重10t汽车行驶。出铁场下共设10条铁路线,均为尽头线。每个铁口设置2条铁水停罐线,共6条,采用140t铁水罐及电动平车运输; 1#铁口设置1条渣罐线,2#及3#铁口共用1条渣罐线,采用40m3渣罐及电动平
20、车运输;另外,出铁场下还设有2条热料运输线,采用机车牵引。为了加强除尘效果,出铁场除尘采用布袋除尘器,确保净化后的排放气体含尘浓度小于50mg/ m3。7) 炉渣处理系统按照正常100%冲制水渣考虑炉渣处理系统的设计方案,同时也考虑了渣罐出渣。设计有2条渣罐线、2套冷转鼓及1套备用干渣坑,其中,1#铁口使用1条渣罐线及1套冷转鼓,2#、3#铁口公用1条渣罐线、1套冷转鼓及1套备用干渣坑。渣罐线渣用于制造大理石工艺;冷转鼓水渣经皮带转运输送至简易水渣堆场后,通过汽车外运;当转鼓装置故障或炉渣不适宜粒化或渣流过大(达到8t/min)时,才用干渣坑出渣,保证高炉生产正常进行。本设计采用IDE冷转鼓法
21、炉渣处理工艺,该工艺流程简单,设计紧凑,占地小,能耗低,渣水比小,循环水量少,成品渣含水量低。 冷转鼓法炉渣处理工艺法结构紧凑,流程合理,能耗少,自动化程度高,工作可靠。在冷转鼓法炉渣处理工艺中,冲渣水经过冷却循环使用,因冲渣水温度低,水渣质量高,环保改善,其运行能耗低、作业率高、投资省,同时能满足我国的环保要求。8) 热风炉系统设置3座高温顶燃式热风炉。热风炉设计风温1250(最高1310),一代寿命30年。用转炉煤气富化高炉煤气。采用板式热管换热器回收烟气余热,同时预热煤气和助燃空气。采用高效陶瓷预混室、板块化大墙结构、交互咬砌19孔格子砖、高性能炉篦子及支柱等先进技术。合理选择耐材,使热
22、风炉的内衬及结构适应高风温的要求。热风炉系统中大量采用结构轻巧、运行灵活、密封可靠、重量轻的新型结构蝶阀。热风阀、混风切断阀及倒流休风阀为通水冷却的竖式闸板阀,充压阀、废气阀双面楔型闸板阀。采用计算机自动控制系统对热风炉进行自动燃烧、自动换炉操作,送风期从60min缩短至3045min,热风炉耐火材料投资可降低25%。热风炉主要性能参数及设计指标 序号项目名称单 位数 值1高炉有效容积m323002热风炉座数座33入炉风量 Nm3/min4600(冷态)4热风温度 设计风温1200设备能力12505拱顶温度1330(max1380)6冷风温度2007燃料种类高炉煤气高炉煤气焦炉煤气8高炉煤气预
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