渣处理散逸蒸汽消能回收系统设计与应用

［摘 要］高炉渣处理生产过程中，采用锥斗沉淀池、气力提升机、螺旋分级机进行细渣沉淀、提取、分离时，螺旋分级机处会散逸大量蒸汽，加剧了区域钢结构及设备的腐蚀，影响周边环境，危及岗位职工身体健康和作业安全。文章提出的蒸汽效能回收系统通过选用玻璃钢离心风机，配合可移动式密封吸附罩、波纹管、风管等设备负压捕集逸散蒸汽，均匀分散至回水沟内，通过冲渣水实现蒸汽的冷凝、回收。该系统成本投入低、简单易实现、后期检修维护方便，并实现了蒸汽的回收利用，降低补水消耗的同时，取得了很好的环保效益。

［关键词］高炉；渣处理；蒸汽回用；消能

［中图分类号］X757 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0042–03

广西柳州钢铁股份有限公司（以下简称“柳钢”）是我国华南、西南地区乃至泛北部湾经济圈特大型的钢铁联合企业，自2010 年至今，铁的年产量达千万吨。在这10 多年间，柳钢高炉渣处理迭代使用了嘉恒法、明特法、INBA 法等工艺。随着渣处理的迭代发展，过渣量与冲渣水量的不断加大，散逸蒸汽量也在逐渐增多。

散逸蒸汽，即不在粒化塔内生成、集中通过烟囱排出，而在渣处理其他区域大量无序发生并扩散的蒸汽。目前我国普遍采用的明特法和INBA 法，在通过气力提升机将锥斗沉淀池底部沉积的高浓度细渣提取、输送到螺旋分级机进行渣水分离时，大量的空气、蒸汽在消能曝气箱处散逸、排出。散逸蒸汽产生的高温、高湿环境，加剧了渣处理区域内的钢结构、设备、行车的腐蚀，缩短其使用寿命并增加后期维护费用。此外散逸蒸汽还影响区域内作业人员的视线，易导致岗位职工出现意外伤害。

1 系统现状

柳钢4 号高炉渣处理使用INBA 法渣处理工艺，高炉熔渣在粒化塔内经冲渣水淬化、冷却后，高温渣水混合物进入转毂进行一次过滤，过程中产生的蒸汽通过粒化塔烟囱集中排出。过滤后的渣水进入锥斗沉淀池内，在重力作用下将细渣沉降至锥斗底部，通过气力提升机将底部沉淀的高浓度细渣抽取，在消能曝气箱处缓冲消能，实现气、水的分离，分离后的高浓度渣水平稳流入螺旋分级机。而漂浮在渣水表面的浮渣则在经过平流池时被挡墙拦住，利用抓斗放入螺旋分级机。

柳钢4 号高炉渣处理冲渣水量2 200 t/h，建有4 个沉淀锥斗并配备4 台气力提升机，生产中锥斗沉淀池平均水温70℃。相应的，每2 台气力提升机渣水混合物汇入1 台螺旋分级机，共有2 台螺旋分级机，其内平均水温60℃。

综上所述，螺旋分级机需要同时筛分沉渣和浮渣进行二次过滤，且经过气力提升机后的渣水降温达10℃，因此，在螺旋分级机处会产生大量60℃饱和蒸汽。

现阶段我国高炉渣处理蒸汽回收系统主要分为喷淋冷凝回收、换热冷凝回收两种方式。

（1）喷淋冷凝回收系统，主要设备是射流风机、喷淋设备及气液分离器（填料），工作流程为在粒化塔烟囱底部安装射流风机，喷出水雾与蒸汽混合冷凝的同时将其送至烟囱中部。烟囱中部安装有环形喷淋管和扩压管，气流在扩压管作用下放缓并与烟囱中部喷淋水充分接触，使蒸汽再次混合冷凝。烟囱顶部安装有气液分离器（填料），用于将蒸汽与冷凝水分离。此系统优势是喷淋净水同时对蒸汽降温和减少有害物质，不足之处是设备投入高，施工难度大。

（2）换热冷凝回收系统，主要设备是换热器、缓冲罐、抽风机及小型水泵，工作流程如下：①利用抽风机将粒化塔烟囱的高温蒸汽抽入换热器；②将冷却塔降温过的冲渣水送入换热器作为降温媒介；③用降温过的冲渣水冷却高温蒸汽形成冷凝水；④冷凝水进入缓冲罐与小型水泵一并送入粒化塔冲渣。此系统优势是可减小排放蒸汽量和冲渣水消耗，不足之处是用冲渣水作为换热器降温媒介极易造成换热器阻塞，投入成本高，设备用电量较大且后期难以维护。

以上现有技术前期投入高、施工时要求高炉同步休风、后期维护难度大，故主要用于粒化塔排放蒸汽回收。而针对螺旋分级机的散逸蒸汽，需要一种投入成本低、简单易实现、便于后期检修维护的蒸汽回收系统。

2 蒸汽消能回收系统的设计

2.1 方案设计

方案设计初期有2 种，方案一为在螺旋分级机上安装集气罩，将蒸汽统一收集后引管至行车轨道平台上方对空排放。该方案参考钢渣焖池的蒸汽收集，在集气罩内安装换热蛇形铜管，并在铜管内通水冷却，当蒸汽经过集气罩换热冷凝，将冷凝水收集并重新回流至螺旋分级机，其余蒸汽引管外排。该方案优势为收集蒸汽的同时回用，但经过核算仍存在不少问题：①集气罩尺寸须足够大，需罩住大半个螺旋分级机以防止蒸汽逸散；②带有蛇形铜管后集气罩超重，无法做成可移动式吸附罩，对后期检修维护空间影响较大。

为弥补方案一的不足，方案二借鉴“除尘”经验，利用风机负压捕集散逸蒸汽，可缩小吸附罩尺寸。经过平流池及沉淀池后，利用回水沟内流动的渣水作为消能及冷凝媒介，将出水口插入回水沟水面下，蒸汽与渣水混合换热冷凝实现简易蒸汽回用。此方案高效、简便地将蒸汽收集、消能并回收，无需繁琐的换热设备，同时吸附罩尺寸的减小也提高了可移动性，预留了检修维护空间。因此文章中蒸汽消能回收系统主要采用第二种方案。

2.2 系统设备及工作流程

蒸汽消能回收系统主要设备为可移动式吸附罩、离心风机、缓冲箱。螺旋分级机日常生产中需要倒入行车所抓浮渣，因此吸附罩需设计为可移动式，便于抓斗抓渣及后期螺旋分级机检修维护。而离心风机负压抽取的蒸汽则需要设计缓冲箱来将其消能并冷凝回收。

（1）离心风机选用4-72-6c 型工业离心风机，配套电机功率1.1 kW，最大流量8 000 m3/h，泵壳及叶轮材质为玻璃钢，耐温80℃。该型号离心风机的玻璃钢材质防腐、耐温，满足使用要求，流量方面则留有余量，便于后期接入其他散逸蒸汽点。

（2）可移动式吸附罩搭配800 mm 行程液压油缸及1 000 mm 长度波纹软管，通过槽钢立柱侧立于螺旋分级机进水口对侧，检修状态吸附罩垂直于螺旋分级机且波纹软管与硬管相连，生产时吸附罩60° 斜置于螺旋分级机上方且波纹软管断开，如图1 所示。通过波纹管及液压油缸实行吸附罩的移动，为后期检修螺旋分级机预留了空间。

（3）出风口为插入回水沟内的多孔管，在含有蒸汽的冷风从多孔管均匀分散在水中时，回水沟中渣水温度为40℃，而饱和蒸汽温度为60℃，部分蒸汽冷凝随着回水沟回流至渣水池完成回收。同时，冷风从回水沟底回到约1 m 高的水面上时，需要克服水的阻力上升至水面，还需克服渣水流动时产生的动能，2次消能后可大幅降低含蒸汽的冷风动能。

螺旋分级机进水口处散逸的蒸汽利用密封罩、离心风机抽取负压后插入回水沟水面下。蒸汽进入回水沟时利用渣水将蒸汽冷凝，而由于出风口插入水面下而出风口在水面上方，含蒸汽的冷风需要从水下克服水的阻力进入水面上方出风口，同时克服渣水流动动能实现消能，如图2 所示。

3 蒸汽消能回收系统应用效果

3.1 蒸汽消能回收系统的应用

出于降低投入成本考虑，蒸汽消能回收系统的吸附罩及缓冲箱设备未订货，使用水处理检修剩下的钢板、管道、波纹管、液压油缸制作可移动式吸附罩。同时选用检修剩下的管道，在其两头封20 mm钢板制作缓冲箱箱体，箱体上进出风（水）口则采用检修换下后清洗保养的旧阀门。加上采购玻璃钢离心风机的成本3 000元，整套系统投入成本（含人工）约1 万元。

柳钢A 区渣处理安装蒸汽消能回收系统完成后进行了效果测试，未打开离心风机时，螺旋分级机上方蒸汽大量散逸，螺旋分级机附近蒸汽清晰可见，设备及钢结构表面附着有蒸汽冷凝水。但打开离心风机后，散逸蒸汽从吸附罩被迅速抽离，现场周围无可见蒸汽且设备表面无新生产冷凝水。

3.2 存在的不足及改进措施

蒸汽消能回收系统虽然能有效捕集散逸蒸汽，但受其简单经济的特点受限，在蒸汽回收上仍有改进空间。目前的蒸汽回收仅靠回水沟内渣水进行冷凝，回收效果较差。未回收的蒸汽随着回水沟回至渣水池后使水池内蒸汽增加，影响热水池周边环境。

未来改进方案有两种选择：①增加蒸汽回收管路，将捕集的蒸汽通过管道排入冲制箱烟囱集中排放；②提高换热效率，增强蒸汽回收效果。

（1）增加管路集中回收蒸汽适用于新建渣处理，在设计阶段就预先将回收管路加入布局，避免建筑间相互碰撞并提高空间利用率。此改进措施将蒸汽送入粒化塔烟囱统一排放，利用烟囱内喷淋消白实现蒸汽回收。

（2）针对现有渣处理，可采取增加蒸汽回收的改进措施。为经济高效地提高回收效率，可在出口处设置缓冲冷却箱，相同原理对离心风机抽取的蒸汽进行消能回收。内部结构中蒸汽入口置于水面下，出口位于消能箱顶部，进水口通25℃工业新水，出水口位于消能箱底部便于维持水位，出水口及出风口均返回至回水沟池并插入水面下实现蒸汽二次消能回收。

4 结束语

蒸汽消能回收系统设计、安装、应用后，达到了预期效果，并据此申报了发明专利成果。本系统具有设备简单、投入成本低、可在线安装等特点，针对散逸蒸汽有很强实用性和可推广性。在目前钢厂降本增效的高要求下，解决各种问题需要从实际出发，以经济指标为重要考虑因素，制订切实可行、简单快捷的解决方案，只有这样才可助力企业技改工作发展。

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