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高炉煤气环缝洗涤塔内腹壁积灰清除爆破
2016-06-30
马钢新区A#、B#2座4000m3高炉的煤气除尘系统采用技术先进的湿法环缝洗涤工 艺,取得了较好的经济效益和社会效益,但在运行过程中,系统主体设备(环缝洗涤塔)的预清洗段 内腹壁上均会出现不同程度的类似高炉炉瘤的积灰,当其累积到一定程度时,既影响了高炉煤气的 除尘效果,又影响了进入塔内检修人员的安全,难以进行人工清除。对此,采用爆破法清除内腹壁 积灰,对采用的布孔、钻孔、隔热药包制作、装药、填塞、起爆网路等工艺流程及施工方法进行了详细 分析,实践效果显著,有一定的推广应用价值。
Serial No. 566 June. 2016 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 566期 2016 年 6 月第 6 期 高炉煤气环缝洗涤塔内腹壁积灰清除爆破 1 2 1 马国强 ꢀ 曹国林 ꢀ 熊道社 ( 1. 安徽江南爆破工程有限公司;2. 马钢集团设计研究院有限责任公司) # # 3 ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 马钢新区 A 、B 2 座 4 000 m 高炉的煤气除尘系统采用技术先进的湿法环缝洗涤工 ꢀ 艺,取得了较好的经济效益和社会效益,但在运行过程中,系统主体设备(环缝洗涤塔)的预清洗段 内腹壁上均会出现不同程度的类似高炉炉瘤的积灰,当其累积到一定程度时,既影响了高炉煤气的 除尘效果,又影响了进入塔内检修人员的安全,难以进行人工清除。 对此,采用爆破法清除内腹壁 积灰,对采用的布孔、钻孔、隔热药包制作、装药、填塞、起爆网路等工艺流程及施工方法进行了详细 分析,实践效果显著,有一定的推广应用价值。 关键词ꢀ 高炉煤气ꢀ 除尘ꢀ 环缝洗涤塔ꢀ 积灰ꢀ 清除爆破 # # 3 ꢀ ꢀ 马钢新区 A 、B 2 座 4 000 m 大型高炉分别于 2 007 年 2 月和 5 月投产,高炉煤气除尘系统采用湿 法环缝洗涤工艺。 该除尘系统的主体设备(环缝洗 涤塔)在运行过程中,其预清洗段的 30 ~ 33 m 平台 处内壁上时常出现不同程度的类似高炉炉瘤的积 灰,至 2014 年,积灰厚约 0. 5 m,严重影响了洗涤塔 的除尘效果。 由于积灰所处位置较高,与塔体结合 较紧密,并且硬度大,人工无法清理。 后经多方论 证,参照高炉炉瘤的处理方法,采用爆破方法清除积 灰。 1 ꢀ 工程概况 1 . 1ꢀ 洗涤塔塔体结构 环缝洗涤塔本体为自立式焊接结构,由上至下 可分为 3 段:上段为预清洗段,中段为环缝洗涤段, 下段为设备驱动及执行机构。 环缝洗涤塔总高度 3 7. 75 m,其壳体由 16 ~ 20 mm 厚的钢板焊接而成, 图 1ꢀ 环缝洗涤塔外观及结构 预清 洗 段 直 径 5. 5 m, 高 度 11 m; 精 洗 段 直 径 8. 5 m。 塔体外观及内结构见图 1。 受二次喷淋清洗、除湿后,煤气流出环缝洗涤塔,整 个清洗过程完成。 1 . 2ꢀ 爆破对象及成因 来自高炉的荒煤气经粗除尘后进入洗涤塔时, 将大量炉尘、煤气中煤粉喷吹的杂物(如氯化物、氟 化物、氨、硫、未燃烧的碳及大量碳酸盐等) 带入洗 涤塔。 由于在洗涤塔入口的扩径段同时存在干、湿 区域以及过渡区,因而该处洗涤塔内腹壁在一定的 操作条件下会附存大量灰尘,经长期积累形成积灰。 积灰的形状类似环状的高炉炉瘤,具有较高的温度, 成分复杂,致密、坚硬,强度相当于普通混凝土,水分 含量较高。 高炉煤气清洗系统的主要任务是使煤气质量 含尘量、含水量和煤气温度)达到煤气输送和煤气 ( 用户使用的要求,其工艺流程为来自高炉的荒煤气 温度 180 ~ 250 ℃) 经重力除尘器脱除大颗粒灰 ( 尘,以顺流方式进入环缝洗涤塔,经预洗涤器进行一 次水喷淋清洗,去除煤气中较粗的颗粒,产生半净煤 气 ( 此时煤气温度降至约60℃ ) ,经环缝洗涤器接 ꢀ ꢀ 马国强(1965—),男,工程师,242300 安徽省宁国市。 2 75 总第 566 期 现代矿业 2016 年 6 月第 6 期 1 . 3ꢀ 周围环境 置 9 个炮孔,纵向由上至下布置 3 排,排间炮孔交错 布置(梅花形),炮孔倾角为垂直塔体外表面,炮孔 布置方式见图 2。 环缝洗涤塔紧邻高炉、热风炉等设备及生产设 施,四周及上方还分布有各类动力介质管道,周围环 境十分复杂。 1 . 4ꢀ 工程要求 须保证塔壳钢板、内部喷嘴、环缝洗涤装置、设 备驱动及执行机构等关键部位完好无损,且不影响 位于塔体四周的其他生产设备的运行,同时确保各 类动力介质管道及人员的安全。 2 2 2 ꢀ 爆破设计及施工 . 1ꢀ 爆破设计 . 1. 1ꢀ 爆破方案 积灰清除作业是在检修初期进行,由于检修工 期的要求,设备停止运转后,随即开始爆破施工作 业,因此,塔内温度及煤气浓度均较高,人员无法进 入塔内进行施工作业。 据此情形,并参照高炉炉瘤 爆破的施工经验,首先在洗涤塔外破坏塔壳钢板,然 后在露出的积灰上钻孔,最后在塔内实施松动爆破 图 2ꢀ 炮孔布置 2 . 1. 2. 3ꢀ 装药参数 依据工程要求及采用的爆破方案,参照高炉炉 瘤爆破施工经验,结合积灰的材质特性、结构特征、 自由面、吸附状态等因素,本研究设计的孔网参数及 装药参数见表 1。 [ 1-5] 的方案 。 表 1ꢀ 爆破参数 洗涤塔内腹壁积灰爆破相当于在基本封闭的空 间中进行,除利用炸药爆炸瞬间所产生的高压冲击 及劈裂作用直接破碎积灰外,还同时利用了爆破有 害效应中的爆破振动和爆破冲击波。 积灰在各种能 量的共同作用下,与塔体内壁分离,利用其自身重量 脱落至塔内金属格栅上,并自行破碎。 与此同时,运 用爆破的等能原理、微分原理及防护原理,将施工过 程中的各种爆破有害效应控制在允许范围内,对洗 涤塔本体和周围环境不造成任何破坏性影响。 孔距 排距 孔深 孔数 单孔药量 总药量 / kg 洗涤塔 / cm / cm / cm / 个 / g # A 190 190 50 26 ~ 35 26 ~ 35 27 50 ~ 75 1. 35 ~ 2. 0 50 ~ 75 1. 35 ~ 2. 0 # B 50 27 2 . 1. 3ꢀ 爆破器材选择 炸药采用普通粉状乳化炸药卷,雷管采用普通 导爆管雷管,主要辅助材料有隔热用耐高温纸管及 石棉布等。 2 2 . 2ꢀ 爆破施工 . 2. 1ꢀ 钻ꢀ 眼 2 2 . 1. 2ꢀ 爆破参数 . 1. 2. 1ꢀ 炮孔参数 破坏壳体钢板采用气割方式,积灰钻孔采用电 由于采用破坏塔壳钢板的钻孔爆破方案,因此, 锤,钻头为螺旋型,直径 36 ~ 42 mm。 在塔体外表面 布孔位置首先用乙炔气割割除 1 块直径约 50 mm 的圆形塔壳钢板,待积灰露出后,用电锤在积灰上钻 出直径约 42 mm 的钻孔;然后用铁钎将钻孔直径扩 至 50 mm 左右(便于安放隔热药包)(图 3)。 炮孔孔距、排距的确定,既涉及到塔壳表面钢板的破 坏面积,同时也决定着是否能确保一次炸落全部积 灰。 为此,参照高炉炉瘤的爆破施工经验,依据积灰 形态,初步判定积灰吸附性质,按如下原则确定炮孔 参数:炮孔间距约为积灰厚度的 3 倍(经验参数), 炮孔深度约为积灰厚度的 2 / 3,为保证不损伤塔壳 钢板,药包与塔身内壁的最小距离不得小于 10 cm。 2 . 1. 2. 2ꢀ 炮孔布置 通过洗涤塔检修孔观察到的积灰形态呈“ 环 形”,厚度变化较小 ( 约 40 ~ 50 mm), 垂 直 高 度 约 2 m。 根据其特点,采用在积灰所处位置的塔体 外表面沿环向、纵向全面布孔的方案。 环向每圈布 图 3ꢀ 塔壳钢板切割 2 76 ꢀ ꢀ 马国强ꢀ 曹国林等:高炉煤气环缝洗涤塔内腹壁积灰清除爆破ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2016 年 6 月第 6 期 2 . 2. 2ꢀ 隔热药包制作 (2)由于塔壳钢板及积灰温度较高,洗涤塔内 也可能存在未完全排净的高炉煤气,因此,爆破施工 作业时的具体要求有:①对炸药、导爆管雷管进行隔 热保护;②快速装药、快速堵塞、快速撤至安全地点 和快速点火;③控制药量和同段雷管起爆的炮孔数、 控制爆破地震作用及飞石等;④防阻塞、防毒气、防 拒爆、防火灾。 用耐火的石棉布、石棉绳以及其他耐热材料将 药包(按设计药量分好的粉状乳化炸药卷) 和导爆 管雷管包裹或包缠。 石棉层的厚度一般 3 ~ 5 mm, 装入炮孔前在石棉层上均匀涂 1 层厚 1 ~ 1. 5 mm 的耐热泥浆或黄泥浆。 隔热药包形式见图 4。 ( 3)由于爆破施工属于高空作业,因此,在生产 设备运行停止后,须将现场杂物清理干净,同时加强 照明,作为上下通道的钢制螺旋扶梯须确保畅通。 ( 4)为防止碎块飞散物,洗涤塔的所有开口须 用双层竹笆进行捆绑防护,将碎块飞散控制在洗涤 塔内。 图 4ꢀ 隔热药包及装药结构 2 . 4ꢀ 爆破效果 # # A 、B 2 座洗涤塔的积灰情况基本一致,均一次 1 —积灰;2—炸药;3—隔热材料;4—炮孔;5—导爆管雷管; 6 —填塞炮泥;7—塔壳钢板;8—耐高温纸管 爆破完成,爆后产物均控制在塔内,洗涤塔壳体未出 现任何微裂和变形,周围其他保护对象亦无恙,均达 2 . 2. 3ꢀ 装药及填塞 1)装药。 将制作的隔热药包放入炮孔内,同 ( # # 到了预期效果。 B 塔爆破时,根据 A 塔爆破取得的 经验,孔距由 1. 9 m 减小至 1. 2 m,起爆网路由分 5 # 段起爆改为齐发爆破,效果明显优于 A 塔。 时在塑料导爆管雷管上套 1 根炼钢测温用耐热纸 管,纸管的一端紧贴药包,另一端出露至塔壳外。 纸 管的作用是保护炮孔内及孔口附近的塑料导爆管不 被高温积灰及塔壳钢板烫坏。 3 ꢀ 讨ꢀ 论 ( 1)洗涤塔内腹壁积灰类似于高炉炉瘤,较坚 ( 2)填塞。 为防止冲孔及保证爆破效果,填塞 硬,无法人工处理,但两者与设备本体的吸附方式具 有本质区别,高炉炉瘤和耐火材料有溶蚀现象,结合 较紧密,但积灰直接附于洗涤塔壳体钢板上,后者较 前者易于与吸附对象分离。 材料采用高炉用耐火泥。 装药完毕后立即将整个炮 孔密实填充,耐热纸管管口也应用炮泥封实。 装药 结构及填塞方式分别见图 4、图 5。 ( 2)无需密集布孔,仅需确保孔距在合理范围 内,即可将积灰全部脱落,孔网参数无规律可循,基 本依靠实践经验总结。 ( 3)齐发爆破产生的振动及爆破冲击波对洗涤 塔本体无任何影响(锥体、传动装置等),但却有益 于积灰的脱落及破碎。 积灰虽然坚硬,但由于水分 含量较高,因此,爆破后易松散,基本不产生碎块飞 散,因此爆破法可作为安全、高效清除高炉煤气环缝 洗涤塔内腹壁积灰的方法之一。 图 5ꢀ 炮孔布置、装药及填塞情况 2 . 2. 4ꢀ 起爆网路 采用普通塑料导爆管起爆系统,网路连接方式 为簇-并联。 2 座环缝洗涤塔设计炮孔总数均为 27 个(3 排,每排 9 个),3 排炮孔分成 5 段起爆,每个 起爆段炮孔内分别装 ms-1、ms-3、ms-5、ms-7、ms-9 段雷管,平均每段雷管起爆 5 ~ 6 个炮孔,同段雷管 汇集成 1 簇,用双发雷管作起爆源,直至最后汇集成 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [1] ꢀ 于亚伦. 工程爆破理论与技术[ M]. 北京:冶金工业出版社, 2004. [ [ [ 2]ꢀ 刘清荣. 控制爆破[M]. 武汉:武汉工业大学出版社,1986. 3]ꢀ 朱家声. 高炉大修拆除爆破[J]. 爆破,1999(1):46-51. 4]ꢀ 裴新会. 比肖夫湿式洗涤塔技术改造[J]. 冶金动力,2008(3): 1 束,用起爆枪起爆。 . 3ꢀ 爆破安全措施 2 23-24. 3 ( 1)爆破作业开始前,塔内温度降至 60 ℃ 以 [5]ꢀ 马进生. 马钢 4 000 m 高炉煤气环缝洗涤及 TRT 的设计特点 [J]. 炼铁,2008(4):49-50. 下,应尽可能排净塔内残余的高炉煤气,使单位面积 含量低于可燃、可爆及危及人身安全的临界值,并随 时监测作业场所的高炉煤气浓度。 (收稿日期 2016-03-31) 2 77
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