干熄焦炭加湿除尘与水分控制

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【摘要】焦化厂炼焦二车间输焦系统输送的介质干熄焦炭在输送过程中产生大量粉尘、水分波动偏差大，这不但危害职工身体还严重影响生产。因此对干熄焦炭进行加湿除尘与水分控制刻不容缓。

【关键词】干熄焦炭;加湿除尘;水分控制

1.现状

焦化厂炼焦二车间输焦系统输送的大部分为干熄焦炭。干熄焦炭因温度较高，在输送过程中产生大量矽肺级扬尘，整个输焦通廊内粉尘浓度可以达到50mg/m3以上，远远超过10mg/m3的国家标准，恶化了操作环境，严重影响了操作人员的身心健康。因此干熄焦装置投产初期，在D101皮带尾部、D101皮带头部和C102皮带尾部增设了3个喷水点进行皮带喷水，以达到降温连带降尘的目的。但D101皮带大部分处于地下，喷水后，皮带通廊内能见度极低，给操作人员点检操作带来极大难度，大量腐蚀性水汽给皮带通廊照明系统也带来严重危害，极易发生操作人员触电事故，并且由于3个喷水点全为人工控制球形阀的开度来控制水量的大小，因此在干熄焦炭料流发生变化时，不能做到及时的调整喷水量的大小，导致焦炭水分在1―5%之间大幅波动，恶化了焦炭质量，严重影响了炼铁系统的正常生产。因此改变这种干熄焦炭除尘模式迫在眉睫。

2.总体改造方案

通过与厂有关部门的共同研究，制定了整体改造方案：取消D101皮带尾部、D101皮带头部人工控制的喷水点，C102皮带尾部喷水点改为根据干熄焦料流大小自动喷水装置;在D101皮带头部和C102皮带尾部安装一套LJD皮带除尘装置，并对落料点周围实施密封处理：对D101皮带尾部干熄焦地面除尘管进行处理和改造，强化除尘效果。

3.方案实施

3.1 安装LJD皮带除尘装置

LJD皮带除尘装置具有以下特点：特有的蜗壳结构;针对不同粉尘所具有的不同组分的吸尘软帘;设备直接安装在皮带输送机上部，无须占用新的用地，对更换皮带及维修无任何影响;无二次排灰污染，消除的粉尘回落到来料中，节约原料;耗电量极低;自动化程度高。本次安装LJD除尘装置利用干熄焦装置年修时间进行，设备的安装、调试及投入使用由厂家及车间共同完成。

3.2 除尘清理

对D101皮带尾部干熄焦地面除尘集尘管进行了彻底清理，并对集尘翻板进行了防关闭处理，提高D101皮带机尾的了除尘效果。

3.3 安装干熄焦炭自动喷水装置

3.3.1 选用管径的相关计算

3.3.1.1 计算管道最大压头损失

为了使用的管径最小，达到减少投资的目的，需要计算水在管道中流动时允许的最大压头损失Hf。

设：喷洒水压P1=0.4MPa

管道末端喷洒点水压P2=0Mpa

以总水管标高Z1=0.00米

喷洒点标高为Z2=3.0米

总水管与喷洒点处水的流速U1=U2=0米/秒

外功We=0

根据柏努利方程：gz1+u12/2+p1/ρ+We=gz2+u22/2+p2/ρ+Hf可以得到：

允许的管道最大压头损失Hf=370米水柱。

3.3.1.2 计算需要的最小管径

工艺控制要求干熄焦炭的水分为2%--4%，因此取干熄焦炭水分为3%做计算依据，焦炭在转运过程中水的蒸发量按照80%计，干熄焦炭的最大料流100吨/小时，水的密度按ρ=1000千克/立方米，?=130.77×10-5Pa.s，则需要喷洒水的小时体积流量Vs为：

Vs=[（100×3%）/0.2]/1≈15立方米/小时=0.00417立方米/秒

经过现场勘察管道走向，确定管道接好需要至少8个90度的弯头，每个弯头的当量管道长度按30米计算，管道需要30米，因此总的管道当量长度：

l+∑le=8×30+30=270米

由管道总阻力计算式

∑Hf=[λ（l+le）/d]u2/2及Hf=∑Hf/g得：

d5/λ=[8（l+∑le）Vs2]/（3.142Hfg）

在上式中存在d及λ两个未知数，因此采用试差法求解上式。因液体在管道内的摩擦系数λ的大致范围在0.02―0.03之间，而我们需要求解管道的最小管径，因此，先假设λ值为0.03。将上述有关已知条件带入上式可得：

d5=2.5×10-8

则需要的管道最小直径为：

d=0.03017米

3.3.1.3 验证λ值

取钢管绝对粗糙度ε=0.2毫米，求雷诺数Re及ε/d

Re=duρ/?=4Vsρ/d?=（4×0.00417×1000）/（3.14×0.03017×130.77×10-5）=1.34×105

ε/d=0.2/30=0.0067

当Re=1.34×105和ε/d=0.0067时，从λ与Re、ε/d的关系曲线，查得λ=0.029，基本符合假设值。因此，按照钢管系列规格，自动喷水装置的管道可以选用38×3mm的无缝钢管（即内径为32mm），即可以达到需要的喷水量，且管道压头损失小于我们计算的370米水柱。

3.3.2 自动化控制方案

3.3.2.1 根据计算的最小管径，选用内径为32mm的调节机。根据阀门的流量特性选定调节机阀门。

阀门的流量特性，就是介质通过阀门的相对流量与阀门开度的关系。理想的流量特性主要有三种：快开特性（如图1A）、线性特性（如图1B）、等百分比特性（如图1C）。

快开特性：一个小的开度就会使流量产生较大的变化，一般用于开关球阀，主要起到限制冲击的作用。

线性特性：阀门的开度直接对应流量的百分比，小开度时，流量相对变化大;大开度时，流量变化相对下。如果流量是与阀门两端压力损失无关的参数，这是理想的流量特性。

等百分比特性：阀门两端压力损失为常数时，阀门在单位变化行程内引起的流量变化与该点的流量成正比。

由于管道压损随着流量的增加而增加，所以实际应用中实际的流量特性将产生畸变，理想的流量的性为等百分比的阀门其流量特性将接近线性，理想的流量的性为线性的阀门其流量特性将接近快开特性。因此我们选用理想的流量的性为等百分比的阀门。

图1

3.3.2.2 控制程序的设定：程序直接调节喷水阀阀位。

A：根据干熄焦装置排焦量以及喷水阀阀门特性进行计算喷水阀阀门开度设定值。由于实际生产中排焦量不会低于3t/h，为了减少水资源浪费，当排焦量低于3t/h，喷水阀全关;当排焦量处于3t/h到140t/h，喷水阀阀位设定为：排焦量/140*100%;当排焦量处于大于140t/h，喷水阀全开。

B：喷水阀阀门开度设定：由于排焦量的监测点与喷水阀之间存在一定的距离，因此由A中计算的喷水阀阀门开度的设定数值带有一定的滞后性，不能立刻用于调节的设定。我们采用延时给定调节设定值的方法来解决这个问题。t=s/v（其中t为用于延时设定的延时时间，s为排焦量的监测点与喷水阀之间的距离，v为皮带的运行速度）。

3.3.2.3 喷水阀阀位调节。

我们将喷水阀阀位作为被调对象，根据程序计算的阀位设定值，通过PID调节来调节喷水阀阀位，再根据焦炭水分的变化反馈进行调节程序的不断优化。这样进一步的提高了控制精度。

图2 控制系统图

4.效果检查

4.1 改造方案实施后，整个输焦通廊内平均粉尘浓度下降为8mg/m3左右，达到了国家标准，职工操作环境明显改善。

4.2 焦炭水分迅速稳定。

5.结论

5.1 通过以上方案的实施，有效的改善了干熄焦输焦系统的操作环境，保护了操作人员的身心健康。

5.2 干熄焦自动喷水装置投入运行后，在起到后续皮带降温降尘作用的同时，有效的稳定了焦炭水分。目前焦炭水分稳定在1.5―3%之间，为高炉的稳定顺行奠定了基础。

5.3 本方法推广后，为焦化厂其他两套干熄焦炭的输焦系统除尘和稳定焦炭水分提供了宝贵经验。