CN113528724B - 轻量化高炉煤气管道系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻量化高炉煤气管道系统，包括上升管道组件、下降管道组件以及除尘管道组件；其中，所述上升管道组件的底端连接在高炉本体的顶部，所述下降管道组件的顶端与所述上升管道组件的顶端相连，所述下降管道组件的底端与所述除尘管道组件相连；并且，在所述上升管道组件的顶端设置有第一放散阀，在所述高炉本体的上方设置有上料系统，在所述上料系统的顶部设置有上料平台，所述第一放散阀的第一放散平台合并至所述上料平台上以降低所述上升管道组件以及所述下降管道组件的总长度。利用上述轻量化高炉煤气管道系统能够有效解决现有的高炉煤气管道总长度长、投资成本高的问题。

Description

轻量化高炉煤气管道系统

技术领域

本发明涉及高炉装备技术领域，更为具体地，涉及一种轻量化高炉煤气管道系统。

背景技术

近年来，我国钢铁发展迅猛，正在由钢铁大国向钢铁强国发展，随着钢铁产业政策频出，高炉大型化变成一种发展趋势。

高炉是一种冶炼设备，如图1所示，传统的高炉包括高炉本体8’、连接在高炉本体8’上方的称量料罐14’、连接在称量料罐14’上方的受料斗17’以及设置在受料斗17’上方的上料皮带18’，在使用过程中，通过上料皮带18’向受料斗17’中运输原料，原料经受料斗17’、称量料罐14’最终进入高炉本体8’内，并在高炉本体8’内进行燃烧，燃烧产生的煤气经高炉煤气管道20’进入外界的重力除尘系统，最后进入全厂煤气管网。此外，为控制煤气运输安全，需要在煤气管道的最高点设置高炉煤气放散阀22’；为便于向炉顶运输设备，在上料皮带的上方设置有炉顶吊车19’。

需要说明的是，为了能够控制高炉各部分的运行状态，传统的高炉设备需要设置与高炉本体8’位置对应的高炉炉顶大平台1’、与称量料罐14’位置对应的料罐平台2’、与受料斗17’位置对应的受料斗平台3’、与上料皮带18’位置对应的主皮带上料平台4’、与炉顶吊车19位置对应的炉顶吊车平台5’、对高炉煤气管道20’进行排压用的均排压阀平台6’以及与高炉煤气放散阀22’位置对应的高炉煤气放散阀平台7’。

然而，传统的高炉设备的整体高度通常较高，从而导致高炉煤气管道20’的总长度较长，过长的高炉煤气管道20’既会拖延工期，又会占用较高的投资费用，降低整个高炉工程的经济效益。

基于上述技术问题，亟需一种能够降低高炉煤气管道总长度的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的为了解决现有的高炉煤气管道总长度长、投资成本高的问题。

本发明提供的轻量化高炉煤气管道系统包括上升管道组件、下降管道组件以及除尘管道组件；其中，所述上升管道组件的底端连接在高炉本体的顶部，所述下降管道组件的顶端与所述上升管道组件的顶端相连，所述下降管道组件的底端与所述除尘管道组件相连；并且，

在所述上升管的顶端设置有第一放散阀，在所述高炉本体的上方设置有上料系统，在所述上料系统的顶部设置有上料平台，所述第一放散阀的第一放散平台合并至所述上料平台上以降低所述上升管道组件以及所述下降管道组件的总长度。

此外，优选的方案是，所述上升管道组件包括连接在所述高炉本体的顶部的导出管、连接在所述导出管的顶端的竖向管以及连接在所述竖向管上的合并管；其中，所述合并管远离所述竖向管的一端与下降管道组件的顶部相连；并且，

在所述竖向管上设置有波纹补偿器。

此外，优选的方案是，所述上升管道组件设置有n个；其中，n为偶数，n≥2；并且，

相邻的两个所述上升管道组件为一组，成组的两个所述上升管道组件对称设置，成组的两个所述合并管的顶部合并连通后与所述下降管道组件的顶部相连。

此外，优选的方案是，在成组的两个所述合并管的合并端设置有第一放散管，成组的两个所述合并管通过所述第一放散管与所述下降管道组件的顶部相连；并且，

所述第一放散阀设置在所述第一放散管的顶部。

此外，优选的方案是，所述下降管道组件包括下降分管和下降主管，其中，各所述第一放散管上均连接有所述下降分管，各所述下降分管的远离所述第一放散管的一端合并相连后与所述下降主管相连，所述下降主管的底端与所述除尘管道组件相连。

此外，优选的方案是，所述除尘管道组件包括除尘器以及设置在所述除尘器上的导流管；其中，

所述下降主管的底端通过所述导流管与所述除尘器相连。

此外，优选的方案是，在所述导流管上连接有排气管。

此外，优选的方案是，在所述除尘器上还连接有第二放散管，在所述第二放散管远离所述除尘器的一端设置有第二放散阀。

此外，优选的方案是，在所述除尘器的底部设置有底部支撑框架，在所述底部支撑框架上连接有第二放散平台，所述第二放散平台的顶部与所述第二放散管位置对应。

此外，优选的方案是，所述上料系统包括设置在所述高炉本体的上方的受料斗，在所述受料斗与所述高炉本体之间设置有称量料罐；并且，

所述上料系统的上密封阀集成在所述称量料罐的上部以降低所述上升管道组件以及所述下降管道组件的总长度。

和现有技术相比，上述根据本发明的轻量化高炉煤气管道系统，有如下有益效果：

通过对高炉本体上方的上料系统中的受料斗和称量料罐进行低矮型优化设计，即将上密封阀集成到了称量料罐的上部，能够在降低上料系统的高度的同时实现对高炉的上升管道组件长度的缩短；此外，通过取消炉顶吊车平台、均排压阀平台和高炉煤气放散阀平台，将其一起合并到主皮带上料平台(即上料平台)，能够使下降管道组件的起点位于主皮带头轮中心线的等高处，由此来降低煤气下降管道组件的起点，从而缩短下降管道组件的总长度；另外，通过对上升管道组件和下降管道组件长度的缩短，能够使高炉煤气系统的管道总量降低至少40％，实现了煤气系统的轻量化，高炉基础荷载减少，高炉框架梁、柱断面缩小，用钢量降低，从而降低工程投资，缩短建设工期，工程经济效益显著；并且，突破了传统高炉煤气系统的理念，对今后高炉粗煤气系统轻量化的进步具有重要指导意义，有效地促进了钢铁业的技术进步。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为现有的高炉的主视结构示意图：

图2为根据本发明实施例的轻量化高炉煤气管道系统的主视结构示意图；

图3为根据本发明实施例的轻量化高炉煤气管道系统的俯视结构示意图；

图4为根据本发明实施例的上料系统的主视局部放大图；

附图标记：高炉本体1、导出管21、竖向管22、合并管23、第一放散管24、第一放散阀25、波纹补偿器26、第二放散阀3、上料平台4、下降管道组件5、第二放散平台6、第二放散管7、排气管8、导流管9、除尘器10、底部支撑框架11、称量料罐14、上密封阀15、受料斗17。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2示出了根据本发明实施例的轻量化高炉煤气管道系统的主视结构，图3示出了根据本发明实施例的轻量化高炉煤气管道系统的俯视结构，图4示出了根据本发明实施例的上料系统的主视局部放大结构。

结合图2至图4可知，本发明提供的轻量化高炉煤气管道系统，主要用于将高炉本体1的炉顶的煤气和粉尘及时排出，包括用于使煤气导出上升的上升管道组件、使煤气导出下降的下降管道组件5以及对导出的煤气进行除尘的除尘管道组件。

具体地，上升管道组件的底端连接在高炉本体1的顶部，下降管道组件5的顶端与上升管道组件的顶端相连，下降管道组件5的底端与除尘管道组件相连，从而实现上升管道组件、下降管道组件5以及除尘管道组件三者的连通。

需要说明的是，高炉本体1用于容纳物料并对物料进行燃烧，在高炉本体1的上方设置有上料系统，上料系统包括设置在高炉本体1上方的受料斗17以及与受料斗17相连的主皮带，在上升管道组件的顶端设置有第一放散阀25和均排压阀，其中，均排压阀用于对上升管道组件内的煤气进行均排压处理，第一放散阀25用于在高炉休风时对上升管道组件内的煤气进行放散。

其中，均排压阀和第一放散阀25均与主皮带之间的高度差较小(即高度对应)，并且，在主皮带的一侧还设置有上料平台4(对应背景技术中的主皮带平台)，在实际操作过程中，可以通过上料平台4实现对均排压阀、第一放散阀25以及主皮带的控制，并且，通常情况下还需要为第一放散阀25设置相应的第一放散平台，本发明提供的轻量化高炉煤气管道系统在实际制作过程中，第一放散阀25的第一放散平台需要合并至上料平台4上，使两者合并为一个与主皮带平台高度相等的平台，以降低上升管道组件以及下降管道组件5的总长度。

在实际生成过程中，高炉生产需要的矿石、焦炭等原料通过主皮带运输到上料平台4上附近的受料斗17内，然后经受料斗17进入到高炉本体1的内部，完成高炉的上料。原料在高炉本体1内燃烧，产生的煤气经轻量化高炉煤气系统进入除尘管道组件，经过调压阀组最后并入全厂煤气管网。

此外，还可以在受料斗17与高炉本体1之间连接称量料罐14，通过称量料罐14对原料进行称量后再导入至高炉本体1，能够有效控制原料的实时燃烧量；并且，为了控制称量料罐14的气密性，还可以在称量料罐14的上部设置上密封阀15，在称量料罐14的下部连接下密封阀，通过设置上密封阀15和下密封阀控制称量料罐14的气密性。需要说明的是，在传统的高炉中，上密封阀15需要单独设置在受料斗17与称量料罐14之间，而本申请通过将上密封阀15集成到称量料罐14的上部，能够进一步降低了炉顶上料设备的高度，从而降低上升管道组件以及下降管道组件5的总长度。

在本发明的一个具体的实施方式中，上升管道组件包括连接在高炉本体1的顶部的导出管21、连接在导出管21的顶端的竖向管22以及连接在竖向管22上的合并管23；其中，合并管23远离竖向管22的一端与下降管道组件5的顶部相连；导出管21用于导出高炉本体1内部的煤气，竖向管22用于是煤气上升，合并管23用于将煤气引入下降管组件内。并且，为应对高炉投产时由于温度上升炉壳上涨对煤气管道的影响，在竖向管22上设置有波纹补偿器26，通过波纹补偿器26来降低对煤气管道的影响。

需要说明的是，为使高炉本体1内的煤气能够高效导出，上升管道组件设置有n个(通常设置4个)；其中，n为偶数，n≥2；并且，相邻的两个上升管道组件为一组，成组的两个上升管道组件对称设置，成组的两个合并管23的顶部合并连通后与下降管道组件5的顶部相连。

具体地，在成组的两个合并管23的合并端设置有第一放散管24，成组的两个合并管23通过第一放散管24与下降管道组件5的顶部相连；并且，第一放散阀25设置在第一放散管24的顶部，从而实现对上升管道组件内的煤气的放散。

在本发明的一个具体的实时方式中，下降管道组件5包括下降分管和下降主管，其中，所有的第一放散管24上均连接有下降分管，各下降分管的远离第一放散管24的一端合并相连后与下降主管相连，下降主管的底端与除尘管道组件相连，从而对煤气的导出下放。

具体地，除尘管道组件包括除尘器10以及设置在除尘器10上的导流管9；下降主管的底端通过导流管9与除尘器10相连，通过导流管9将煤气导出除尘器10内。

此外，为将除尘后的煤气自除尘管道组件中排出，需要在导流管9上连接排气管8，通过排气管8将除尘后的煤气排出最终并入全厂煤气管网。

需要说明的是，还需要在除尘器10上还连接有第二放散管7，在第二放散管7远离除尘器10的一端设置有第二放散阀3，通过第二放散阀3实现对除尘器10内部的煤气的放散。

具体地，在除尘器10的底部设置有底部支撑框架11，在底部支撑框架11上连接有第二放散平台6，述第二放散平台6的顶部与第二放散管7位置对应工作人员通过第二放散平台6对第二放散阀3进行控制。

需要说明的是，在本发明提供的轻量化高炉煤气管道系统中，高炉生产时产生的煤气通过导出管21进入高炉煤气上升管道组件的竖向管22，再合并到下降管道组件5进入除尘管道组件经过调压阀组最后并入全厂低压净煤气管网。与传统的高炉相比，能够使高炉高度降低30％左右，从炉顶出来的导出管21能够缩短0.534m(4.2％)，竖向管22和合并管23整体缩短31.845m(47.8％)，下降管道组件5缩短13.666m(30.2％)。

下面结合具体实例对本发明提供的轻量化高炉煤气管道系统的有益效果作进一步说明。

以现有的1350m3高炉为例，平均利用系数为3.0，煤气管道(包括上升管道和下降管道)的直径1900mm，粉尘(瓦斯灰)量为15kg/tFe，则每天产生的粉尘量为1350×3.0×15＝60750kg，上升管道内煤气平均流速为：1350×3.0×2100/(24×60×60×4×2.834)＝8.68m/s，传统方式是将上升管布置在炉顶正上方约20米处，一般1350m3级别的高炉检修顶点标高约83米，上升管道高度增加以期望将一些粉尘落回到炉内，因为炉内粉尘颗粒的形状和粒度不能确定，煤气流速瞬时值各不相同，粉尘量与焦比、燃料比、利用系数、入炉矿石含粉量、焦炭的耐磨强度指标M10等都有直接关系，上升管高度越高带来的负面影响越多，表现在施工量增加，越高的位置设备装卸维修越困难，尤其是一些大阀门，单重约400kg，维修和保养不方便，越高的位置岗位工点检越麻烦，而且越高越危险，点检设备耗时耗力，高炉建设成本增加，高度增加后建设时期的相应材料量人工费增加，炉基承受的重力增加。因此需要通过本发明提供的方式对高炉煤气管道的总高度进行降低，以避免上述技术问题的发生。

需要说明的是，高炉煤气管道的高度虽然可以降低，但是，煤气流速不降低，根据理论计算与设计经验，在实际使用过程中，需要控制煤气流速范围在7-10m/s，煤气流速与粉尘颗粒之间的相对速度较小时，粉尘颗粒的阻力会增加，可实现更多的颗粒留在炉内，但过小的煤气流速不利于煤气发电和煤气动能的利用，煤气流速合适才可满足生产，经过论证当煤气流速在7-10m/s时，降低上升管管道组件高度的方案可行，能满足高炉正常生产。

此外，还需要说明的是，煤气的上升管道组件与下降管道组件5的连接处即煤气的流向转折处为管道的薄弱环节，也是煤气压力损失较大的部位，此处需要进行加固处理并设计为流线型曲面过度。

下面以1350m3高炉为例，对本发明提供的轻量化高炉煤气管道系统的工作原理做进一步说明，首先需要设计高炉利用系数3.0，4根直径1900mm煤气导出管21、竖向管22平均每根管道的煤气流速为8.68m/s，开炉时将4套波纹补偿器26两端螺栓杆的螺母放松至标致线处并安装在竖向管22上，关闭除尘管道组件的第二放散阀3，关闭除尘器10上的卸灰阀，随着炉内温度和压力的升高开始半引煤气，将炉顶放的第一散阀关闭一套，视炉内操作情况，全引煤气将炉顶放的第一散阀全部关闭，高炉煤气通过4根煤气导出管21、竖向管22最终通过合并管23合并成2根管，然后进入下降管道组件5，沿下降方向水平距离15米处汇合进入直径2300mm大管道进入重力除尘器10，完成煤气传输，同时随着生产的进行重力除尘器10积累的灰越来越多，达到一定数量后需要进行卸灰，如果卸灰阀不能正常开启则打开除尘器10上的旁通管阀门，如果还是不能顺利卸灰可以启动除尘器10内的震动器，这几个备用装置可以应对生产中的大部分情况，休风时随着风压的降低，降低到规定值时半切煤气，打开一个第一放散阀25，炉内压力降低到最低值时，全切煤气将两个第一放散阀25全部打开，重力除尘器10放散打开，完成休风任务。炉顶设备检修时，包括启动电动葫芦都需要职工联保互保，并佩戴煤气报警仪和相关人员取得联系才能开始操作，防止残余煤气存在造成事故。

需要说明的是4根煤气导出管21、竖向管22以及合并管23等高炉中心距离汇合成2根管，然后接入的2根下降分管，最终汇合成1根下降主管。这种等高炉中心距离管道汇合的方式，能够确保高炉内煤气流分布均匀，不会因为降低上升管、下降管的高度，影响高炉内部气流分布、影响高炉正常生产。

还需要说明的是，由于煤气管道大幅缩短，高炉煤气阻损减少、煤气温度温降减少；以1350m³高炉为例，炉顶压力、温度分别为0.28MPa、180℃，煤气布袋除尘处炉顶压力、温度分别为0.25MPa、150℃。采用发明的设计之后，煤气管道合计缩短了30％左右，可有效减少高炉煤气从炉顶到除尘器10之间的压力损失0.006MPa、温度损失6℃；对有序的煤气布袋除尘、煤气余压发电都有着积极的作用，十分有利于高炉正常生产。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的轻量化高炉煤气管道系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的轻量化高炉煤气管道系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，包括上升管道组件、下降管道组件以及除尘管道组件；其中，所述上升管道组件的底端连接在高炉本体的顶部，所述下降管道组件的顶端与所述上升管道组件的顶端相连，所述下降管道组件的底端与所述除尘管道组件相连；并且，

在所述上升管道组件的顶端设置有第一放散阀，在所述高炉本体的上方设置有上料系统，在所述上料系统的顶部设置有上料平台，所述第一放散阀的第一放散平台合并至所述上料平台上以降低所述上升管道组件以及所述下降管道组件的总长度；其中，

所述轻量化高炉煤气管道系统的煤气流速范围为7-10m/s。

2.如权利要求1所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

所述上升管道组件包括连接在所述高炉本体的顶部的导出管、连接在所述导出管的顶端的竖向管以及连接在所述竖向管上的合并管；其中，所述合并管远离所述竖向管的一端与下降管道组件的顶部相连；并且，

在所述竖向管上设置有波纹补偿器。

3.如权利要求2所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

所述上升管道组件设置有n个；其中，n为偶数，n≥2；并且，

相邻的两个所述上升管道组件为一组，成组的两个所述上升管道组件对称设置，成组的两个所述合并管的顶部合并连通后与所述下降管道组件的顶部相连。

4.如权利要求3所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

在成组的两个所述合并管的合并端设置有第一放散管，成组的两个所述合并管通过所述第一放散管与所述下降管道组件的顶部相连；并且，

所述第一放散阀设置在所述第一放散管的顶部。

5.如权利要求4所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

所述下降管道组件包括下降分管和下降主管，其中，各所述第一放散管上均连接有所述下降分管，各所述下降分管的远离所述第一放散管的一端合并相连后与所述下降主管相连，所述下降主管的底端与所述除尘管道组件相连。

6.如权利要求5所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

所述除尘管道组件包括除尘器以及设置在所述除尘器上的导流管；其中，

所述下降主管的底端通过所述导流管与所述除尘器相连。

7.如权利要求6所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

在所述导流管上连接有排气管。

8.如权利要求7所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

在所述除尘器上还连接有第二放散管，在所述第二放散管远离所述除尘器的一端设置有第二放散阀。

9.如权利要求8所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

在所述除尘器的底部设置有底部支撑框架，在所述底部支撑框架上连接有第二放散平台，所述第二放散平台的顶部与所述第二放散管位置对应。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的轻量化高炉煤气管道系统，其特征在于，

所述上料系统包括设置在所述高炉本体的上方的受料斗，在所述受料斗与所述高炉本体之间设置有称量料罐；并且，

所述上料系统的上密封阀集成在所述称量料罐的上部以降低所述上升管道组件以及所述下降管道组件的总长度。

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