宝钢原料输入系统环保改造的工程实践_徐文钧.pdf

2023 年第 3 期宝钢技术徐文钧主任设计师1968 年生1990 年毕业于东北大学现从事储运设计研究电话26089010E-mailxuwenjundd163 com开发与应用宝钢原料输入系统环保改造的工程实践徐文钧(宝钢工程技术集团有限公司，上海201999)摘要:宝钢原料输入系统始建于 20 世纪 80 90 年代，分“一、二期”和“三期”建设，投运已 20 30 年，转运站、胶带机通廊均为敞开形式，设备及建构筑物长期饱受粉尘和雨水的侵蚀，腐蚀且环境污染严重。再加上日益增加的生产负荷，设备运转也存在安全隐患，不利于安全稳定生产。根据调整后的原料大修规划，料场功能发生变化，输入系统需要搭接到新建封闭的各个煤场及矿场。为解决上述设备老化、接口改造、安全与超低排放改造等问题，满足目前及今后烧结、焦炉、高炉、电厂等生产需求，实施本次输入系统大修改造。介绍输入系统概况、设计特点等内容。项目实施后，打破了“一、二期”和“三期”的概念，物料输送更灵活高效，减少运距满足料场新接口的同时增加了景观绿化，成为名副其实的“花园式”工厂。关键词:在线改造;超低排放;廊道封闭;智慧制造中图分类号:TF086文献标志码:B文章编号:10080716(2023)03004505doi:10 3969/j issn 10080716 2023 03 008Engineering practice of environmental protection transformation ofraw material input system in BaosteelXU Wenjun(Baosteel Engineering Technology Group Co，Ltd，Shanghai 201999，China)Abstract:The raw material input system of Baosteel was built in the 1980 s 1990 s，and it wasdivided into“Phase，Phase”and“Phase”It has been put into operation for 20 30years The transfer station and conveyor corridor are all open，and the equipment and buildings havesuffered from dust and rain erosion and corrosion for a long time，resulting in serious environmentalpollution Coupled with the increasing production load，there are potential safety hazards inequipment operation，which is not conducive to safe and stable production According to the adjustedraw material overhaul plan，the function of the stock yard changes，and the input system needs to beconnected to each newly-built closed coal yard and mine In order to solve the above problems ofequipment aging，interface modification，safety，and ultra-low emission transformation，and to meet thecurrent and future production needs of sintering，coke oven，blast furnace，power plant，etc，thisinput system overhaul is implemented The general situation and design features of the input systemwere introduced After the implementation of the project，the concepts of“Phase，Phase”and“Phase”have been broken，the material transportation is more flexible and efficient，thetransportation distance is reduced to meet the new interface of the stock yard，while the landscapegreening is increased，and a truly“garden-style”factory is ensuredKey words:online transformation;ultra-low emissions;closed corridor of belt conveyor;wisdom manufacturing54宝钢技术2023 年第 3 期宝钢原料场区域大修规划主要从环保改善、生产保障和集约化及流程优化这三个方面进行，对所有料场进行了封闭，根据现有料场布置保留部分料场接口，优化料场布局，在保障储料需求的前提下拆除部分料场另做它用或还绿景观绿化。本文着重阐述从码头到料场的输入系统环保改造内容。1概述宝钢原料场始建于 1978 年，一、二期设备于1982 年投入使用，三期设备于 1997 年投入使用。除干煤棚以外，均采用普通露天料场形式，物料损耗率高，环境污染严重。随着国际国内对能源、环保、可持续发展和以人为本的不断重视，对原料场污染控制的要求和标准越来越严格，2014 年开始对原料区域进行整体改造。为解决输入系统设备老化、接口改造、安全与环保等问题，满足目前及今后烧结、焦炉、高炉、电厂等生产需求，实施本次输入系统大修改造。码头输入系统包括一、二期主码头 A100、A200 系统，配置 1 800 t/h 桥式抓斗卸船机 2 台和 2 500 t/h 链斗式卸船机 1 台;三期主码头A600、A700 和 A800 系统，配置 1 200 t/h 桥式抓斗卸船机 2 台、1 800 t/h 桥式抓斗卸船机 3 台和3 600 t/h 连续式卸船机 1 台，主码头主要用于卸矿和煤。一、二期副码头 A300 和 A400 系统，主要用于卸煤和熔剂，配置 1 200 t/h 桥式抓斗卸船机 2 台。主副码头总的输入系统能力达到 5 200万 t/a，可满足高炉的铁水 1 585 万 t/a、烧结矿2 133 万t/a、焦炭产能 553 万 t/a 的规模。各系统参数见表 1。表 1各系统参数Table 1Parameters of each system系统名称输送能力/(th1)带宽/mm带速/(mmin1)物料名称所属码头A1003 6002 000100/250，160铁矿石、煤一、二期主码头A2003 6002 000100，160铁矿石一、二期主码头A3001 2001 40095/175，130副原料、煤一、二期副码头A4001 2001 40095/175，130副原料、煤一、二期副码头A6003 6002 000100/250，160铁矿石、煤三期主码头A7003 6002 000100/250，160铁矿石、煤三期主码头A8003 6002 000100铁矿石三期主码头原料输入系统整体改造后，除 A200 系统专用运送矿石可进入 C1 C3、B1 B5 共 8 个封闭矿场外，其他6 个系统还可进入 P1 P3 共3 个封闭煤场及30 个煤筒仓储存物料1，为散货船停泊码头提供了更多的选择机会，同时有利于生产的组织调配和设备的检修维护，显著提升了输入系统的整体运输效率。2改造特点本项目为在线改造，常规设计受停机时间短的影响难以满足施工需求，故在设计中结合设备停机时间进行多方案比较论证，采用最优设计方案;由于涉及较多的双通廊、三通廊、四通廊共用支架，改造的先后顺序需对应不同的设计方案;另外受停机时间影响，需要考虑过渡或临时搭接方案及不同区域特点的针对性设计方案等。改造虽面临诸多困难，在设计中还是采用了切实可行的新技术和新工艺。2 1设备新工艺2 1 1码头引桥至陆地的 7 条胶带机均改造为回程管带机因码头输入物料的含水率较高，黏结在胶带上的物料通过三级清扫器也难以清理干净，回程洒料现象难以避免。A100 A800 系统共 7 个系统(A500 系统为汽车输入系统)各 1 条胶带机，水平长度最短的1 180 m，最长的1 735 m，总长度约 10 770 m，沿线洒料的清理难度可想而知。如全程选用管带机，受布置等所限改造难度很大。在充分比选后，采用了回程管带机方案。回程段改管状后，胶带机的输送带同样需选择管带机专用胶带，但是由于负责承载物料的输送带在上行程不用卷成管状，仍可像普通胶带机一样输送物料，因此胶带机的带宽与带速不需调整。回程管带有效解决了胶带机回程洒料问题，更适用于直线长距离运输，对改善周围环境效果显著。回程管带机示意图见图 1。64徐文钧宝钢原料输入系统环保改造的工程实践图 1回程管状胶带机Fig 1Schematic diagrams of the return tubular adhesive tape machine2 1 2移动皮带取样机改为截取斗式取样机码头输入系统原有取样设备为移动皮带取样机，主要由取样皮带机、行走小车、驱动装置、机架、整料装置、送样皮带机和电控系统等部件组成。其主要结构在主系统胶带机头部漏斗外，一次取样量多，占地面积大，主系统设备落差大，截取料流过程洒料多，维护清理难度高。本次改造采用截取斗式取样机(图 2)替代现有的移动皮带取样机。截取斗式取样机装设在主系统胶带机头部漏斗内，截取料流过程不洒料，料斗容积决定一次取样量，并可通过合理布置减少主系统设备落差。图 2截取斗式取样机Fig 2Schematic diagrams of the interceptor bucket sampler截取斗式取样机取样开口宽度为 150 400 mm，取样有效行程包容物料流的全宽，取样机的截取口切割轨迹平面与矿流垂直，能从料流中截取全宽全厚的物料。取样头处于等待状态时，能完全离开主料流。一次取样机安装在主皮带机头部滚筒的落料处，取样头的运动由调频电动机驱动，采用无级调速。根据主系统料种不同，一次取样机横移切割料流速度可调，而在取得每一份样的过程中截取速度保持恒定不变，其偏差可控制在 5%以内;在取样时不洒料、不堵料，易于维修，具有安全性，取样头在非工作状态的停放位置不影响主皮带运动，便于检查和维护。2 1 3旋转钩齿式除杂物机宝钢原料场封闭新增两排共 30 个直径 24 m的煤筒仓，总有效贮量约 33 万 t。为防止动力煤中夹杂有大块煤及杂物，其进入筒仓后出现无法排出现象，保证筒仓下料顺畅，在输入的 4 个系统各设置 1 台旋转钩齿式除杂物机，用于去除粒度150 mm 的大块煤及杂物。除杂物机由机架、钩齿分离装置、物料导流装置、自振清扫装置构成，具体形式见图 3。钩齿分离装置是将成排的高韧性耐磨钩齿镶嵌在筒状驱动轴上，导流装置设在钩齿分离装置的上部用来规整煤流。当煤流通过物料导流装置后，煤流将被规整成扁平状通过钩齿分离装置，旋转的钩齿将煤流中的大块煤、石块等杂物钩出，并带到另一侧的溜管弃掉。自振清扫装置通过转子在较小振幅下的微颤将黏附在钩齿上的杂物及黏煤清除，除杂效率可达 95%以上。2 1 4新型头部漏斗及刮板清料机的应用采用新型大漏斗形式的头部漏斗，将改向滚筒、清扫器包含在漏斗内。直交漏斗、斜交漏斗设置调节挡板。新型头部漏斗使胶带机头部改向滚筒的回程返料全部通过头部漏斗收集后卸至下游胶带机，避免了平台集料。设置调节挡板的头部漏斗，通过调整调节挡板的位置调整落料中心，减小物料对下游胶带机的冲击，大大延长了头部漏斗和下游胶带机的使用寿命2。为达到更好的74宝钢技术2023 年第 3 期图 3旋转钩齿式除杂机模型图Fig 3Model drawing of rotary hook-tooth impurityremoval machine环保效果，在部分胶带机靠近头部漏料的下方安装链式清料刮板机，刮下物料随刮板机一起流转到头部漏斗内，最大限度地减少胶带机回程洒料现象。2 2结构设计特点在改造加固利旧的长距离通廊支架采用双梁抱箍的节点创新设计，减少了现场焊接的工作量，节省了更换梁柱托的较高费用，现场可在非停机时间施工作业，加快了施工进度，提高了施工安全性，见图 4。图 4双梁抱箍节点设计Fig 4Design of the double beam hoop joint考虑运输和安装条件限制，大跨度 3 条通廊外侧 2 条通廊先安装，中间的通廊连梁现场安装。这样可以较短时间完成较大跨度的通廊桁架的安装;通廊设备的安装是先将支腿在凸起的 2 条工字钢上固定，再安装其他部件。安装好后，用120 mm 厚混凝土浇灌找平通廊底面，完成混凝土压型钢板组合楼板施工。钢承板混凝土楼板对在海河湖边湿度较大及运输的物料含水率高的胶带机通廊非常实用，可延缓钢结构老化腐蚀，同时也利于维护清理。2 3智慧制造的应用随着智能化越来越普及，同时点检员队伍的老化、人员效率提升带来的制度变革，在现有的情况下仅仅靠人的活动已无法满足对设备管理的全覆盖。通过在线监测装置，及时发现设备的劣化趋势，随时进行预警提示，减少人工巡检及操作作业的劳动强度，缩短故障处理时间，提高劳动效率。(1)温度振动一体传感器。在重要的胶带机的头尾轮、张紧轮、电动机及减速机两侧轴承上安装了振动温度一体传感器，可实现设备表面振动、温度的实时监测。监测数据由中控局域网传输到胶带机数据分析站，进行阈值和偏差预警及历史数据的趋势分析，及时发现设备的劣化趋势，提前准备设备备件，有计划地进行维修更换，减少设备故障造成临时停机的生产损失。(2)分布式感音光纤。光纤分布式声波传感技术是一种新型的声学检测手段，可以将系统的中声波传感光缆看作一根长距离连续串接的高密度声波传感器阵列。光纤分布式音频传感系统只需在通信控制室安装系统终端解调设备，检测现场只需安装探测光缆，无需安装任何带电户外设备，采用开放式布缆线槽，布线施工简单。在输入系统部分长距离胶带机桁架沿线(单侧)安装了感音光纤，用于诊断胶带机托辊异音振动，监测托辊状态。光纤分布式传感系统采集数据通过光纤传输到现场的在线监控采集柜，在线监控采集柜位于原料区域皮带机就近的电气室，信号远传采用 TCP/IP 协议，通过网络交换机上传与原料中控局域网汇集交换机。信号存贮在原料皮带数据分析站，原料皮带数据分析站实现对音频信号的统一管理。音频信号存储 30 d，降频传输至铁区数据中心站。84徐文钧宝钢原料输入系统环保改造的工程实践3实施效果及建议(1)输入系统最早改造的设备已运行 5 年，最晚投运的也已运行 2 年，运转状况良好;取样设施的改进彻底解决了原取样设施精度差及洒料严重问题;通廊和转运站的封闭有效降低物料输送过程 中 的 扬 尘，使 粉 尘 无 组 织 排 放 控 制 在1 0 mg/m3以内，有效改善了周边环境;各系统根据需求实现互通，消除了输入系统“一、二期”和“三期”的概念，使生产的组织调配更加机动灵活;改造后胶带机总长度约 27 km，较之前减少了约 2 2 km，新增沿线景观绿化约 48 500 m2，成为名副其实的“花园式”工厂(图 5)。图 5廊道封闭后绿化景观Fig 5Greening landscape after closed corridor(2)由于改造的设施已投运了二三十年，设施沉降在所难免。在设计前务必提前测量通廊支架及转运站平台标高沉降数值，在设计标高中考虑沉降的影响，以便新旧设施搭接时标高一致。如果安装过程中再处理沉降，沉降差通过现场临时措施调整后外观节点不够美观，构件受力也达不到理想状态。(3)由于输入设施运量大，设备重，通廊内改向滚筒(地面驱动或拉紧装置用)等的吊装检修最好设计成活动顶盖屋面，方便检修;垂直拉紧装置尽量布置到转运站内，既节省拉紧装置的封闭费用，又方便检修维护。(4)受制于各种条件限制，本次改造中，既运煤又运矿的系统驱动还是沿用原有的双速比减速机+液力耦合器驱动形式调速。液力耦合器虽然能部分解决胶带机的软启动问题，但与变频器驱动相比，仍具有明显的劣势，尤其是多电动机驱动时，采用液力耦合器较难解决多电动机驱动时的功率平衡问题。4结语原料输入系统全部为在线改造，历时 5 年，在改善环境的同时也取得了较好的经济效益和社会效益，在超低排放要求日益严格的大背景下，为输送物料的在线改造提供了宝贵的借鉴经验。参考文献1曾高强 原料环保储存技术分析及其在钢铁行业的应用 C/中国金属学会，宝钢科协 第五届宝钢学术年会论文集 上海:s n ，2013:1 62张文超，黄强，周泉 离散元技术在转运料斗优化设计中的应用C/原料准备及搬运学术委员会 2016 年论文集南京:s n ，2016:50 58(收稿日期:2022 10 31)94