轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽蓄熱系統(tǒng)的技術(shù)改造研究

蔡志春

前言

攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司提釩煉鋼廠共有7 座轉(zhuǎn)爐，其中 1、2、3、6、7 號為煉鋼轉(zhuǎn)爐，4、5 號為提釩轉(zhuǎn)爐；煉鋼和提釩時會產(chǎn)生大量的余熱蒸汽。目前，在日均產(chǎn)量15000 t鋼情況下，7座轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐平均產(chǎn)氣量約為70 t/h，除本廠自用約10 t/h，輸送至能動中心管網(wǎng)約45 t/h外，其余蒸汽受現(xiàn)有蒸汽蓄熱系統(tǒng)能力不足、汽包出口管徑偏小等問題影響，造成約15 t/h蒸汽被迫進行了放散。根據(jù)攀鋼釩公司2010～2015年發(fā)展規(guī)劃，煉鋼系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)能將達到600萬t/a，隨著煉鋼產(chǎn)量的增加，余熱蒸汽的放散量將進一步增大，不僅造成余熱資源的極大浪費，而且產(chǎn)生噪音污染。

1　余熱蒸汽系統(tǒng)現(xiàn)狀

提釩煉鋼廠在煉鋼和提釩時會有大量的高溫煙氣產(chǎn)生，每座轉(zhuǎn)爐均設(shè)置有汽化冷卻煙道，以便回收高溫煙氣的余熱。故轉(zhuǎn)爐在煉鋼和提釩時，所產(chǎn)生的高溫煙氣通過汽化冷卻煙道[1]，生產(chǎn)出大量的余熱蒸汽。各轉(zhuǎn)爐相關(guān)參數(shù)見表1。

表1　各轉(zhuǎn)爐相關(guān)參數(shù)表

目前，轉(zhuǎn)爐的汽化冷卻煙道均降壓運行。汽化冷卻煙道的設(shè)計運行壓力為2.55 MPa，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，其實際運行壓力為1.55 MPa。蓄熱器的設(shè)計壓力2.55 MPa，實際運行壓力為1.55 MPa。

在日均產(chǎn)量15000 t鋼情況下，7座轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐平均產(chǎn)氣量約為70 t/h（按噸鋼產(chǎn)蒸汽90 kg計算，5座煉鋼轉(zhuǎn)爐產(chǎn)汽量約56.5 t/h；2座提釩轉(zhuǎn)爐產(chǎn)汽量約為13.5 t/h），除本廠自用（主要是生活用汽，溴化鋰制冷用汽、連鑄保護渣烘烤用汽等）約10 t/h，輸送至能動中心管網(wǎng)約45 t/h外，1～5號轉(zhuǎn)爐所產(chǎn)蒸汽受現(xiàn)有蓄熱能力不足、汽包出口管徑偏小等問題影響，造成約15 t/h蒸汽被迫進行了放散。6、7號轉(zhuǎn)爐蒸汽全部回收。

2　低壓蒸汽現(xiàn)狀

攀鋼釩公司低壓蒸汽生產(chǎn)單位為能源動力中心、煉鋼廠和煉鐵廠。

能源動力中心低壓蒸汽生產(chǎn)設(shè)備主要為三臺CC12-3.43/0.98/0.112型調(diào)整抽汽發(fā)電機組，其調(diào)整抽汽壓力為0.7～1.2 MPa，為確保機組安全運行，抽汽壓力控制在0.8 MPa以下。每臺發(fā)電機額定抽汽量為50 t/h，最大抽汽量80 t/h，目前根據(jù)各低壓蒸汽用戶需求，總抽汽量為70 t/h左右；鼓風站設(shè)置有一臺50 t/h蒸汽減溫減壓器，熱電站設(shè)置有一臺65 t/h蒸汽減溫減壓器，目前均為備用狀態(tài)。能動中心生產(chǎn)的低壓蒸汽參數(shù)為：壓力為0.55～0.8 MPa，溫度為300～320℃。能動中心生產(chǎn)的低壓蒸汽除本廠自用外，其余通過管網(wǎng)送其他用戶使用。

煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱產(chǎn)生低壓蒸汽約70 t/h，壓力為0.6～1.5 MPa，溫度為165～200℃。煉鋼廠生產(chǎn)的低壓蒸汽壓力波動較大[2]，且現(xiàn)有蓄熱器能力不足、汽包出口管徑偏小，造成汽包安全閥放散量約15 t/h，煉鋼廠自用約10 t/h，另外45 t/h并入能動中心主管網(wǎng)送其他用戶使用。

煉鐵廠6#燒結(jié)機、新1#燒結(jié)機環(huán)冷機余熱產(chǎn)生蒸汽約12 t/h，其參數(shù)為：壓力為0.5～0.8 MPa，溫度為180～190℃。其中6#燒結(jié)機產(chǎn)生的余熱蒸汽約3～5 t/h，并從能動中心主管網(wǎng)補充1.5 t/h低壓蒸汽供其主電除塵器、混合室等用汽點使用；新1#燒結(jié)機產(chǎn)生的余熱蒸汽約7～8 t/h（設(shè)計為13～15 t/h），并從能動中心主管網(wǎng)補充10 t/h中壓蒸汽經(jīng)減溫減壓后供其主電除塵器、混合室等用汽點使用。煉鐵廠新二燒余熱鍋爐于2011年7月投產(chǎn)，煉鐵廠新二燒余熱鍋爐設(shè)計負荷為52 t/h，其參數(shù)為：壓力為0.5～0.7 MPa，溫度為290～310 ℃。

目前整個弄弄坪廠區(qū)低壓蒸汽供大于求，煉鋼廠余熱蒸汽存在放散現(xiàn)象。根據(jù)攀鋼釩公司2010～2015年發(fā)展規(guī)劃，煉鋼系統(tǒng)規(guī)劃產(chǎn)能將達到600萬t/a，隨著煉鋼產(chǎn)量的增加，余熱蒸汽產(chǎn)量隨之增加。若不對煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收系統(tǒng)進行改造，將會有更多的余熱蒸汽被放散。

3　余熱蒸汽系統(tǒng)技術(shù)改造研究

3.1　技術(shù)改造方案的確定

根據(jù)煉鋼廠現(xiàn)場余熱回收情況及分析研究，1～5號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽系統(tǒng)需進行改造；6、7號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽系統(tǒng)運行良好，不作改造。

1～3號轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐單臺最大流量約為47 t/h（吹氧期間產(chǎn)汽量），4、5號轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐單臺最大流量約為32.5 t/h（吹氧期間產(chǎn)汽量）。1～5號轉(zhuǎn)爐汽包出口管徑均為DN200，在壓力損失為0.1 MPa的情況下，輸送量為25 t/h，不能滿足最大量輸送需求，需將汽包出口管道擴大，同時由于現(xiàn)有蓄熱器蓄熱能力不足，需對蓄熱器進行擴能改造。

3.2　技術(shù)改造的內(nèi)容

3.2.11～5號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽系統(tǒng)技術(shù)改造

(1)在轉(zhuǎn)爐吹氧期間，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽產(chǎn)量大，根據(jù)轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)工藝和蒸汽生產(chǎn)的特點，采用蒸汽蓄熱器削減輸出蒸汽的波峰谷，平衡轉(zhuǎn)爐吹氧期和非吹氧期輸入管網(wǎng)蒸汽量的大小，使轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽能以穩(wěn)定的壓力送出。通過蓄熱器調(diào)節(jié)后的蒸汽接入廠區(qū)管網(wǎng)。

在轉(zhuǎn)爐吹氧期間，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽產(chǎn)量大，蒸汽環(huán)網(wǎng)壓力升高，多余蒸汽進入蓄熱器，蓄熱器內(nèi)壓力和水位升高；在轉(zhuǎn)爐非吹氧期間，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽產(chǎn)量小，蒸汽環(huán)網(wǎng)壓力降低，蓄熱器放出蒸汽，蓄熱器內(nèi)壓力和水位降低。蓄熱器設(shè)水位檢測裝置，高水位時放水至正常水位，低水位時補水至正常水位，軟化補水由余熱鍋爐給水主管引入。蓄熱器高水位放水主要作為控制蓄熱器充水系數(shù)，其放水量根據(jù)計算不到0.2 t/h；根據(jù)實際運用經(jīng)驗，實際放水量比計算值小。同時考慮到其回收難度大，故不做回收處理。

(2)蓄熱器的選型研究[3]

①蓄熱量的確定

轉(zhuǎn)爐的余熱蒸汽產(chǎn)量按轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)600萬t鋼的原則進行考慮，蓄熱器的蓄熱量為1～5號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽富余量。當年產(chǎn)600萬t鋼時，5座煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽產(chǎn)量總產(chǎn)量為：600÷365÷24×90×10000=61644 kg/h≈61.6 t/h；此時兩座提釩轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽產(chǎn)量為14.7 t/h；1～7號轉(zhuǎn)爐總產(chǎn)量為76.3 t/h。

根據(jù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝情況，在轉(zhuǎn)爐吹氧期間產(chǎn)生大量的蒸汽，此時蒸汽生產(chǎn)量大于使用量，富余蒸汽量需由蓄熱器暫時進行存儲。蓄熱器最大蓄熱量即為轉(zhuǎn)爐吹氧期蒸汽生產(chǎn)量與使用量之間的差值。因現(xiàn)在煉鋼廠6、7號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽已全部回收，所以本工程蓄熱器只考慮1～5號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽的回收。

按年產(chǎn)600萬t鋼計算蓄熱器最大蓄熱量。煉鋼轉(zhuǎn)爐共5臺，平均每小時出鋼量為685 t鋼，每小時需生產(chǎn)5.7爐鋼。根據(jù)生產(chǎn)情況1～5號轉(zhuǎn)爐按最大按4座轉(zhuǎn)爐同時吹氧考慮，此時蒸汽最大產(chǎn)量將會是1～3號轉(zhuǎn)爐同時吹氧，同時4、5號轉(zhuǎn)爐有一座轉(zhuǎn)爐吹氧，同時吹氧時間按10 min計算。1～5轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽輸出平均為51.7 t/h，由此計算蓄熱量為：Q=（3×47×10/60+32.5×5/60）-（51.7×10/60）=17.6 t。

在蓄熱器容積一定的情況下，蓄熱器的充汽壓力越高，其蓄熱量越大。

目前，1～5號轉(zhuǎn)爐汽包設(shè)計壓力為2.55 MPa，實際運行壓力為1.55 MPa（汽包安全閥的放散壓力為1.55 MPa），廠區(qū)低壓蒸汽壓力為0.55～0.8 MPa。本次研究確定蓄熱器的最高放熱壓力為0.8 MPa，在此參數(shù)下的蓄熱器容積見表2。

表2　蓄熱器容積表

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，蓄熱器的蓄熱量在一定數(shù)值的情況下，其充熱壓力高、放熱壓力小，蓄熱器容積就越小。根據(jù)國內(nèi)轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐運行壓力現(xiàn)狀，蒸汽壓力最高在1.8 MPa左右，再高將會影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)?，F(xiàn)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐現(xiàn)按1.55 MPa運行，若將轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽升壓運行，現(xiàn)有設(shè)備可能出現(xiàn)問題，為保證其安全運行，轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐仍按照現(xiàn)有運行方式運行。考慮到余熱鍋爐汽包離蓄熱站較遠，途中蒸汽壓力損失約0.1 MPa，此時蓄熱器充熱壓力約為1.4 MPa。綜合考慮，蓄熱器總?cè)莘e按450 m3設(shè)計。

1～5號轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有4臺42 m3蓄熱器，在該容積下，蓄熱器的蒸汽含水量大，降低了蒸汽品質(zhì)。在將蓄熱器集中布置后，其各蓄熱器進出口管道將變大，但壓力容器不允許重新開口，現(xiàn)有蓄熱器不能滿足要求。如果將4臺蓄熱器搬遷至新建蓄熱站，則蓄熱站占地面積將增大，同時需增加調(diào)節(jié)閥。綜合考慮，為減少用地及方便管理，原蓄熱器不再利舊。

新建蓄熱器總?cè)莘e按450 m3設(shè)計，根據(jù)蓄熱器常用容積，研究決定選擇3臺150 m3臥式蓄熱器并聯(lián)工作。蓄熱器外部需進行保溫，保溫采用硅酸鹽保溫材料；保溫外護層采用鍍鋅鐵皮，厚度0.6 mm。

蓄熱器參數(shù)：

PN=2.5 MPa，V=150 m3/臺，DN3800，L≤15 m，重量約50 t/臺。

③設(shè)備布置

3臺150 m3臥式蓄熱器并排布置在蓄熱間內(nèi)，蓄熱站廠房為L型，一部分長為18 m，寬12 m，另一部分長為17 m，寬6 m，高均為7.5 m；儀表控制室尺寸為6×4.5m，凈高4.5 m。在蓄熱間3.5 m高處設(shè)鋼結(jié)構(gòu)操作平臺。

④蓄熱器的連接方式

3臺蒸汽蓄熱器采用并聯(lián)方式連接，回收1～5號轉(zhuǎn)爐的余熱蒸汽，并在余熱蒸汽進入蓄熱器前，設(shè)置蓄熱器旁通減壓閥組來控制蒸汽的儲量和進入蒸汽管網(wǎng)的流量，也可在蓄熱器故障時為管網(wǎng)提供一定量的余熱蒸汽。

(3)為滿足蓄熱器入口壓力至少為1.4 MPa，需將轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽管道進行改造。經(jīng)核算，1～3號轉(zhuǎn)爐汽包出口管徑需更換為DN300，4、5號轉(zhuǎn)爐汽包出口管徑需更換為DN250。同時新建一條蒸汽主管至新建蓄熱站，1～5號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽均由該管道送至蓄熱站。

新建主管最大流量按141 t/h考慮，蓄熱器入口壓力至少為1.4 MPa，汽包壓力為1.5 MPa時，管道壓力損失為0.1 MPa。經(jīng)核算，為滿足蒸汽流量及壓力損失要求，新建蒸汽管道的管徑為DN500。在更換汽包至新建蒸汽主管時，需將新建管道敷設(shè)完成后，在轉(zhuǎn)爐停爐情況下分別進行碰點接管。

3.2.2蒸汽供應

煉鋼廠大部分低壓蒸汽用戶由1～5號轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽供應，在新建蓄熱站后其供汽接點將發(fā)生變化。從1～3號轉(zhuǎn)爐新建蒸汽主管上接支管DN300，在老轉(zhuǎn)爐車間22.5 m平臺處與現(xiàn)有蓄熱器出口主管相接，原有蓄熱器進出口管道等均斷開，采用堵板封口。從4～5號轉(zhuǎn)爐新建蒸汽主管上接支管DN200，在提釩轉(zhuǎn)爐車間34 m平臺處與現(xiàn)有蓄熱器出口主管相接，原有蓄熱器進出口管道等均斷開，采用堵板封口?，F(xiàn)有其他低壓蒸汽管道均維持現(xiàn)狀不變。

3.2.3經(jīng)過技術(shù)改造后，煉鋼廠的余熱蒸汽回收量見表3。

表3　煉鋼余熱蒸汽回收量

通過新建蓄熱站后，煉鋼余熱蒸汽能全部進行回收利用。多回收的蒸汽進入能動中心低壓蒸汽管網(wǎng)，能動中心發(fā)電機抽汽量相應減少，以維持平衡。

3.2.4管道布置

新建管道在車間內(nèi)沿廠房柱架空敷設(shè)，出車間后沿現(xiàn)有管道通廊架空敷設(shè)至新建蓄熱站。管道局部地方設(shè)獨立支架及桁架敷設(shè)。所有管道利用自然彎轉(zhuǎn)及安裝π型補償器進行熱補償，滿足柔性設(shè)計要求。蒸汽管道局部低點設(shè)置疏水排放裝置，疏水采用連續(xù)疏水和啟動疏水同時設(shè)置的方式排放。管道接點及各用戶點處設(shè)有控制閥。所有管道全部都要保溫，保溫采用硅酸鹽保溫材料[4]；保溫外護層采用鍍鋅鐵皮，厚度0.6 mm。

4　經(jīng)濟效益

本項目總投資為1199.51萬元，新增勞動定員8人，增加人工工資36萬元。

項目投產(chǎn)后，煉鋼轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽每小時多回收低壓蒸汽15 t，回收的蒸汽補充至低壓蒸汽管網(wǎng)，能動中心減少蒸汽產(chǎn)量15 t/h，從而降低標準動力煤消耗。減少標準動力煤消耗量為：Q=640×15÷7000×8760÷0.85=14134 t，即減少動力煤消耗費用為：14134t×527元/t=744.9萬元。

項目投產(chǎn)后，年增加電費5.89萬元，年折舊額為95.96萬元（綜合折舊率按8%計算，計算期15年，殘值率3%），年修理費為35.99萬元（修理費按固定資產(chǎn)投資的3%計?。Ｄ瓿杀举M用合計為173.84萬元。

項目年利潤總額為：744.9萬元-173.84萬元=571.06萬元。投資利潤率為47.6%。投資回收期1199.51/571.06+1=3.1年。

5　結(jié)論

本次技術(shù)改造實施后具有良好的經(jīng)濟效益，且同時解決了能源浪費和環(huán)境污染等問題，符合國家“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排”的政策。

[參 考 文 獻]

[1]崔敏．煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道熱力性能模擬與計算[D].浙江：浙江大學，2012．

[2]彭寶翠．煉鋼余熱蒸汽利用方案探討[J]．冶金能源，2005：1．

[3]航天工業(yè)部第七設(shè)計研究院．工業(yè)鍋爐房設(shè)計手冊（第二版）[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986：744-768．

[4]李鴻發(fā).設(shè)備及管道的保冷與保溫[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.6.