煤压块工程工业糖蜜系统设计总结

2018-05-18姜基明

冶金动力 2018年6期

姜基明

（中冶赛迪上海工程技术有限公司公用部，上海 201900）

1 概述

一座COREX-C3000型炉，年产铁150万t，年用煤、焦总量为147万t（入炉量），其中小块焦7.4万t，入炉块煤139.6万t。煤炭以8～50 mm块煤购入，但在运输与处理过程中会产生35%左右＜5 mm的粉煤，输出的粉煤虽然还可以在发电上得到应用，但生产企业要承担块煤购入与粉煤输出的价格差异，还会有粉煤运输费用与环境污染等问题。为了合理利用粉煤，降低原料成本，需解决粉煤利用问题。

粉煤的利用分为粉煤喷吹和粉煤压块两部分。目前喷吹系统按300 kg/（t铁）的设备能力设计，用200 kg/（t铁）喷入量平衡，这样喷吹系统利用的粉煤量30万t/a；粉煤压块系统年可利用粉煤一期时～24.74万t/a，二期时～49.48万t/a。

建设煤压块与煤粉喷吹设施以后，工厂有了粉煤处理的能力，也给工厂带来了不必全部购入块煤，而有全部或部分购入统煤来取代块煤的可能性，从而有可能为工厂节约巨大的购煤费用。

2 工业糖蜜系统

2.1 概述

COREX炼铁工程煤压块系统需采用甘蔗残渣制造的糖蜜做为粘结剂。糖蜜的耗量如下：

一期糖蜜耗量正常情况下糖蜜按粉煤量的8%～12%加入，耗量约2.0～3.0万t/a；二期糖蜜耗量约4.0～6.0 万 t/a。

由于国内糖蜜的生产期为每年11月至次年4月，因此，需进口糖蜜来保证煤压块系统的全年使用量。本工程所需糖蜜的外部运输采用船运方式，到港后用槽罐车转运到厂内糖蜜储罐，再通过糖蜜泵供给煤压块使用。

根据常见的糖蜜运输船及转运槽车的配置方案，即按10000 t船运量，最大同时卸车量3×50 t考虑，为满足糖蜜卸车及供应的需要，在煤压块区域设置糖蜜泵3台及2×5000 m3糖蜜储罐。一期阶段，一次10000 t储量可满足煤压块使用糖蜜约4个月时间；二期阶段，不再新建储罐仍可满足煤压块使用糖蜜约2个月时间。

糖蜜理化参数由于受土壤、气候情况、原料种类、成熟度以及工厂工艺情况等因素影响，主要成分波动范围略大，大体上干物质范围74%～79%，以下工业糖蜜的成分分析其干物质75%，参数如下：

（1）总糖：46%～52%，其中，蔗糖 30%～40%，还原糖15%～20%，不发酵糖2%～4%。

（2）非糖有机物：9%～12%。

（3）作为蛋白质的氮化合物：2%～3%。

（4）粗灰：8%～11%，其中，钠 0.1%～0.4%，钾 1.5%～4.0%，钙0.4%～0.8%，磷0.6%～2.0%，氯0.7%～3.0%。

（5）外观：粘稠、黑褐色，半流动性。

糖蜜的粘性变化很大，主要影响的因素有：干物质、生产区域和温度。以下为糖蜜在各温度时的典型粘度范围：

2.2 工艺描述

糖蜜由槽罐车运至泵房后，罐车通过快速接头与泵入口管连接，经糖蜜泵转输至5000 m3糖蜜储罐储存，罐中有热水盘管加热并保温在20℃（±5℃）。储罐内的糖蜜使用时用泵经管道送至煤压块室底层的缓冲罐内（50 m3），每次满足至少12 h煤压块生产的用量。缓冲罐内的糖蜜通过泵送至煤压块室上层糖蜜处理罐（5 m3），经过加热、搅拌、稀释和调节成分后，送至糖蜜加料罐（15 m3），经糖蜜计量泵加入二级搅拌机与煤粉充分混合。工艺流程见图1。

3 施工过程中遇到的主要问题

罗泾COREX炼铁工程煤压块系统是一个自主开发技术的工程项目，属于科研与工程相结合，第一次做设计，没有样板工程可以对照。由于COREX炼铁系统对块煤的大小和强度要求较高，为了提高对粉煤的利用率，开展了煤压块这个项目作为配套工程。虽然此类工程并不具有普遍性，但是今后只要炼铁采用COREX或者FINEX系统，都可能需要配套煤压块项目。

3.1 糖蜜管道的计算

糖蜜是过去没有接触过的介质，没有相关的设计手册，在设计中主要参考了《钢铁企业燃气设计参考资料（燃油部分）》和《Molasses Handbook》。

业主对于糖蜜性质的研究也处于摸索阶段，例如到港糖蜜的实际粘度数据与业主提供的实验数据差异非常巨大，使得糖蜜管道阻力损失的设计产生巨大的差异，见表1。

表1 不同温度下糖蜜粘度

例如，计算5000 m3糖蜜罐出口至120 m3糖蜜泵管道阻损，20℃动力粘度μ取10000 cP，流量为120 m3/h。

图1 糖蜜系统工艺流程图

根据公式：取层流区压力降计算公式：

式中，v——运动粘度；

μ——动力粘度；

g——落体加速度；

γ——油品重度；

Re——雷诺数；

V——流速，取流量除以管道截面积；

d——管道内径；

λ——摩擦系数；

H——管道压降；

L——管道长度，管件已经折算进去。

得出管道阻损为 3.5×105Pa，约18 m糖蜜柱，而泵的自吸能力约为6 m糖蜜柱，根据这个计算结果，只能通过在泵房增加一根回流管，使得出口流量控制在20 m3/h；如果按实际粘度1860 cP，流量为120 m3/h时管道阻损仅为3 m糖蜜柱。实际投产时，我们也发现不需要使用回流管道，直接可以达到120 m3/h的设计流量，事后实际测定糖蜜粘度才发现这是由于原始数据差别较大引起的。但是现场后来使用2台糖蜜泵同时使用，流量达到240 m3/h，根据燃气专业的燃油设计手册计算的话，应该是达不到这个流量的，所以如果糖蜜单纯按燃油手册的公式计算，压损会偏大，实际设计时可以考虑设计余量取小一点。

3.2 压缩空气的选择

糖蜜长期静止存放的话，会发生结晶、沉淀等情况，对5000 m3这样的大储罐并不容易搅拌，所以我们采用了在罐底均匀布置的压缩空气管道开小孔，通过压缩空气冒泡的原理，起到一个搅拌糖蜜的作用。开始设置的时候，没有考虑到压缩空气中的水分会对糖蜜品质产生影响，只是采用了价格较为便宜的普通压缩空气。在施工的过程中发现这个问题以后，又增加了一路仪表压缩空气。在以后类似设计中，没有条件使用仪表压缩空气时，可以考虑增加一套普通压缩空气净化装置。

3.3 大型糖蜜储罐的隔热、保温措施

糖蜜超过40℃时容易发生变质，业主认为罐体保温会使夏天罐内温度过高，要求在5000 m3糖蜜储罐的罐顶增加了一层隔热顶棚和洒水降温系统。我们通过计算认为罐侧壁的保温其实也有对阳光直射的隔绝和反射作用，并且罐内液面距离罐顶也有一定的空气层起到保温的作用。从2009年夏天实际测量来看，8月份连续暴晒后，罐内糖蜜最高温度为27℃，远低于40℃的变质温度，所以，原来的罐体设计是安全可靠的，加装这套降温装置比较浪费。以后遇到类似的情况，可以以此为例说服业主。