寧鋼實現全工序負能煉鋼的措施及效果

宋永杰

(寧波鋼鐵有限公司)

寧鋼實現全工序負能煉鋼的措施及效果

宋永杰

(寧波鋼鐵有限公司)

負能煉鋼在寧鋼實際生產中取得了良好的進展，文中就降低煉鋼工序能耗，提高轉爐煤氣，蒸汽回收率采取了一系列的措施經驗進行了較深入的介紹和探討。

負能煉鋼 轉爐煤氣回收 蒸汽回收 煉鋼工序能源消耗

0 前言

負能煉鋼是指轉爐煉鋼工序消耗的總能量小于回收的總能量，即轉爐煉鋼工序消耗的電、氧、氮、氬、焦爐煤氣、水等能源，與回收的轉爐煤氣、蒸汽之差為負值;全工序負能煉鋼是指包括轉爐、爐外精煉以及連鑄在內的整個煉鋼工序能耗小于零。實現負能煉鋼特別是全工序負能煉鋼是一個現代化鋼鐵企業工藝、設備、操作以及管理等諸方面先進水平的綜合體現;是衡量鋼鐵企業生產技術水平的重要標志;也是節能減排、降低成本、提高企業綜合競爭力的重要手段。

1 概況

煉鋼廠主要工藝流程為:高爐鐵水→混鐵車→鐵水倒罐站→鐵水脫硫站→轉爐→LF精煉爐→連鑄機→熱裝熱送，其涉及的主要耗能設備有:兩套鐵水脫硫處理設施、三座180 t頂底復吹轉爐、兩臺二機二流板坯連鑄機、一座LF精煉爐、鋼包、中間包烘烤、轉爐除塵風機等。主要能源介質包括:電、水、氧氣、氮氣、氬氣、蒸汽、焦爐煤氣，壓縮空氣。煉鋼廠于2007年5月投產，在三座180 t轉爐生產步入正軌，轉爐煤氣及蒸汽回收系統逐步投運后，為進一步提升轉爐煉鋼的操作水平及管理水平，達到降本增效、節能減排的目的，寧波鋼鐵開始實施負能煉鋼公關，從降低煉鋼工序能耗，提高轉爐煤氣和蒸汽回收率三大方面入手，針對具體問題制定了相關措施，并積極落實，經過努力寧鋼2010年4月份煉鋼全工序能耗為－1.657 kgce/t，首次實現全工序負能煉鋼。

2 措施及實施

2.1 煉鋼工序上節約能源消耗

1)建立能源考核制度，嚴格防止煉鋼因操作原因致使鋼水溫度低而使用LF爐，造成電能的浪費，煉鋼排程人員合理制定品種鋼冶煉計劃，盡量在用電低谷時使用LF爐。

2)能源調度及時掌握煉鋼連鑄機的生產狀況，及時停運空壓機減少煉鋼空氣的消耗。根據煉鋼的生產節奏，及時調節轉爐煤氣用戶的煤氣使用量，避免因轉爐煤氣柜滿造成轉爐煤氣的放散。

3)在實踐中合理設定氧副槍的氮封壓力，避免過高的壓力造成氮氣的浪費。

4)對煉鋼的鋼包，鐵包烘烤器進行行技術改造，改為帶蓄熱器的烘烤器，節約焦爐煤氣。

5)優化轉爐低吹模式，合理分配氮氣，氬氣使用。

2.2 轉爐煤氣回收

寧波鋼鐵轉爐煤氣回收工藝為:來自汽化冷卻煙道的轉爐煙氣→一級溢流文氏管→撞擊式重力脫水器→二級環縫式可調喉口文氏管→900彎頭脫水器→旋風脫水器→鼓風機→三通切換閥→水封逆止閥→U形水封→8萬轉爐煤氣柜→電除塵器→轉爐煤氣加壓機→轉爐煤氣用戶。該工藝稱為“OG”法回收煤氣，即高溫煙氣通過煙氣冷卻系統后，煙氣由1450℃降到1000℃以下，然后進入煙氣凈化系統。該系統包括兩級文氏管、90℃彎頭脫水器和水霧分離器。第一級文氏管采用手動可調喉口文氏管，煙氣溫度由1000℃降至飽和溫度75℃，使大部分粗顆粒隨污水進入90°彎頭脫水器而排除，從而達到粗除塵的目的。第二級文氏管采用自調喉口文氏管，通過爐口微差壓裝置自動調節喉口開度，使適應煙氣量的變化，以達到精除塵的目的。通過二級文氏管后的煙氣溫度繼續下降，一般可達67℃左右。經二級文氏管除塵后的煙氣，除通過90°彎頭脫水器進行脫水外，再通過擋水板水霧分離器，進一步分離煙氣中的剩余水分，然后通過流量計由引風機送入煤氣回收系統。根據時間順序裝置，控制三通切換閥，對煙氣控制回收、放散。吹煉初期和末期由于煙氣中CO含量不高，所以通過放散煙囪燃燒后排入大氣。在回收期，煤氣經水封逆止閥、V形水封閥和煤氣總管道送入煤氣柜。完成了凈化、回收的過程。寧鋼2008年轉爐煤氣實現回收以來由于柜前氧含量超標，煤氣含塵量大，回收時間短等問題嚴重制約了轉爐煤氣的回收，為此成立了能源部和煉鋼部技術公關小組，通過從轉爐煤氣回收系統的工藝和設備改造，規范操作方式等方面入手，采取了一系列措施使轉爐煤氣的噸鋼回收率提高到了100 m3/t鋼。

2.2.1 轉爐氮氣吹掃和密封系統的改造

轉爐氮氣吹掃和密封系統的功能有二:一是氧槍孔、副槍孔、副原料孔進行氮氣密封，防止生產中的煙氣和火焰從這些孔中竄出，污染環境或損壞周圍設備;二是對三通閥、旁通閥及三通閥和水封逆止閥之間的管道進行吹掃，把這些地方的殘余煤氣趕走，以免和下一爐生產初期進入的空氣混合產生爆炸，寧鋼的轉爐氮氣密封、吹掃系統的問題主要有二:一是除了三通閥與水封逆止閥之前一段管道外，其他各路都已有氮氣，而這一部分管道對于安全生產來說還是一個盲區;二是各路氮氣的檢測只有壓力檢測而不是流量檢測，這種方法是不科學的。因為靠壓力檢測只能知道氮封或是吹掃是否進行，但效果如何不得而知。例如吹掃系統，它是要靠一定量的氮氣來置換管道里的殘余氣體的，所以需要對氮氣流量進行檢測。對轉爐氮氣吹掃和密封系統進行如下改造:

1)在三通閥與水封逆止閥之間增加一條氮氣吹掃回路;

2)將原來的壓力檢測改為流量檢測;

3)將原來的PLC系統的軟件作相應修改。通過改進.增強了整個轉爐氮氣吹掃和密封系統的安全性與可靠性，并可以對整個系統的氮氣消耗量進行統計，通過生產實際經驗的累計可以在保證安全的前提下調整流量，減少了氮氣的消耗量。

2.2.2 增加激光型氧分析儀

寧鋼原先采用化學式的氧分析儀，該氧分析儀對氧氣的分析存在滯后性，而激光型氧分析儀對氧氣的分析靈敏度較高，寧鋼在化學式氧分析前增加一套激光型氧分析儀，轉爐煤氣回收時以該分析儀對氧含量的測定為準。

通過轉爐氮氣吹掃和密封系統的改造和增加激光型氧分析儀，轉爐煤氣回收結束后轉爐氣柜柜前氧含量超標問題基本得到了解決。

2.2.3 煙氣分析系統的改造

寧鋼煙氣分析系統存在的問題是實時性差，煙氣的分析結果遠遠滯后于實際氣體的成分，經過相關技術人員對某鋼廠的分析系統比較發現是設計上的欠缺造成，寧鋼煙氣分析系統與某鋼廠的煙氣分析系統其主要區別在于:某鋼廠分析系統的抽氣泵后設了一路旁通，作放散用，取樣器加上樣氣管路總容積估算約2升。寧鋼:分析儀用氣量為30 L/h～60 L/h，實際常用在 50 L/h，約合 0.83 L/min，無旁通放散。某鋼廠:分析儀用氣量為0.5+1+1=2.5 L/h，旁通放散約是25 L/min。兩者氣體的總流量是27.5 L/min。采樣氣體進入采樣器到達分析儀就必須把取樣器和管路中的氣體全部排去。下面就是兩個系統排氣所花費的時間:

寧鋼:2 L/0.83 L=2 min;

某鋼廠:2 L/27.5 L=0.07 min。

兩者相差兩分多鐘，所以寧鋼在轉爐開始吹煉到煤氣回收要比某鋼廠多兩分多鐘。計算結果與實際相符。寧鋼采取以下方案:

1)和某鋼廠一樣增設一路旁通放散，需設備玻璃轉子流量計一臺，帶手閥，其量程為0～50 L/min;

2)原來的抽氣泵能力太小，需要更換。寧鋼現場的抽氣泵為100 L/h，應改用30 L/min～35 L/min(即1800 L/h～2100 L/h)左右的抽氣泵;

3)采樣氣體管路的直徑太小，影響樣氣的流通能力，現寧鋼樣氣管路為Φ6 mm×1不銹鋼管，直徑僅4 mm，改用Φ10 mm×1不銹鋼管。

4)考慮到采樣氣體流量的增加會影響脫濕效果，現有的脫濕器能力不夠，需更換并在脫濕器前增設一臺氣體預冷器。通過上述改善，明顯地提高轉爐煙氣分析的實時性，使轉爐煤氣回收時間大幅提前，轉爐煤氣的回收時間達到了10 min，提高了轉爐煤氣的回收量。

2.2.4 根據實際運行經驗合理設定轉爐煤氣柜柜位上限

轉爐氣柜投運初期，考慮氣柜運行的安全性，轉爐氣柜柜位上限設定為6.5萬m3，即柜位達到6.5萬時三通閥自動切換至放散，轉爐氣柜停止回收，為了充分發揮轉爐氣柜的儲存性能，對氣柜進口閥門及自動控制系統進行了性能測定，將轉爐氣柜柜位上限設定為7.0萬m3，通過對氣柜上限的重新設定，極大地緩和了柜滿拒收現象。

2.2.5 規范冶煉操作水平

1)減少空氣吸人。轉爐冶煉過程中.在活動煙罩與爐口的間隙處會有少量的空氣進入，易造成煤氣的二次燃燒，降低煤氣的發生量。因此要求冶煉開吹前必須降罩。

2)增加供氧強度。轉爐冶煉進入中后期，熔池內開始大量氧化.此時爐內反應以脫碳為主，脫碳速度主要取決于供氧強度供氧強度提高，可提高CO含量在吹煉初期的上升速率和末期的下降速率。從而延長吹煉中后期時間。提高煤氣回收量。若將轉爐供氧強度從 3.17m3/(min·t)提高到3.57 m3/(min·t)，冶煉時間可縮短到 12.5 min。噸鋼轉爐煤氣回收量可提高4 m3。

3)提高操做水平控制不必要異常中斷回收現象，減少轉爐噴濺和“雙渣”次數。

4)通過二文重砣調整使爐口微壓差控制在±5 Pa，減少空氣的吸入量，使CO燃燒率降低，以提高煤氣熱值。

5)由于轉爐吹煉過程中常發生爐口結渣現象，直接影響了活動煙罩和轉爐間的接合，影響了轉爐煤氣的回收，因此需要加強爐口結塊的清除。

2.3 回收蒸汽

轉爐蒸汽工藝流程如下:軟水→給水泵→汽包(水)→汽化冷卻煙道→汽包(汽)→蓄熱器→分汽缸→公司管網→用戶。即轉爐通過汽化冷卻煙道產生蒸汽后，經上升管進入汽包，該汽包最高壓力可達3.0 MPa，然后再進入蓄熱器，從蓄熱器出來的蒸汽通過調節閥，把蒸汽壓力從 1.5 MPa以上變為1.1 MPa，送入低壓管網。寧鋼為提高蒸汽回收率，采取的措施有以下幾點。

1)蒸汽的輸送應以最短的距離、合適的管徑、最小的壓力降和最少的熱損失為原則，檢查廠區中的管道布置情況，尋找不合理的地方，并進行了整改。

2)因受余熱蒸汽產生量不穩定的影響，蒸汽帶水嚴重，管網壓力波動大，為此提高了汽包和蓄熱器放散壓力，充分發揮蓄熱器的緩沖能力。穩定了管網壓力，并提高了蒸汽的回收量。

3)加強蒸汽系統管理，優化蒸汽管網，對疏水器進行及時維護，完善保溫管道，以此降低蒸汽管網損失率。

4)從規劃和設計用汽的源頭，制定相應的企業用能規劃及考核等管理制度，改善或去掉不合理的用汽方式。

5)完善蒸汽壓力，流量表儀表設施，達到蒸汽發生、使用、放散及損耗的明確化，隨時找出用能不合理、蒸汽損耗大的用戶，并實施蒸汽統一調配，

6)開發新用戶。由于寧鋼低壓蒸用戶用量不足，造成了蒸汽的極大放散，制約著煉鋼蒸汽的回收率，為此寧鋼與寧波寶新等用戶簽訂的供氣協議，通過低壓蒸汽外供的方式，有效的提高OG鍋爐蒸汽外送量，避免了OG蒸汽放散。保證了4月實現“負能煉鋼”，產生了一定的經濟效益。

7)動力調度根據管網壓力及生產情況及時調整管網壓力及供北侖熱電蒸汽流量，以多利用余熱回收蒸汽，降低熱力鍋爐供出蒸汽量為原則，當管網壓力大于0.9 MPa時，熱力鍋爐不向管網供蒸汽，同時考慮煉鋼恢復吹煉時間，煉鋼恢復吹煉后及時指令熱力鍋爐逐步減少供管網蒸汽量，直至停供。

3 負能煉鋼效果

寧波鋼鐵通過對轉爐煤氣回收系統改造，轉爐OG系統優化，煉鋼工序消耗上加強管理等方面公關，采取相應的措施，取得了顯著的效果。2010年1～5月份噸鋼轉爐煤氣回收率，噸鋼蒸汽回收率統計見表1，2010年4～5月份實現負能煉鋼的能耗指標統計見表2。

表1 2010年1～5月份轉爐煤氣，蒸汽回收率

表2 2010年4～5月份煉鋼工序能耗

由表1看以看出，通過對轉爐煤氣回收系統，蒸汽回收系統改造優化，煉鋼工序消耗上加強管理等公關，噸鋼轉爐煤氣，噸鋼蒸汽回收率顯著提高，終于在4月份實現了負能煉鋼的初步目標，工序能耗目標為－1.657 kgce/t。五月份煉鋼工序能耗相比四月份有所下降，且噸鋼轉爐煤氣回收達到了102.13 m3，噸鋼蒸汽回收達到了73.28 kg，工序能耗為－6.32 kgce/t，負能煉鋼向前又邁出了一大步。

4 結語

節能是鋼鐵企業的生命線，實現持續的負能煉鋼需做的工作還很多，下一步與煉鋼溝通協調研究在保證噸鋼回收率的基礎上提高轉爐煤氣的熱值的措施，煉鋼如何優化操作提高轉爐冶煉一倒命中率，降低氧耗，優化轉爐濺渣護爐降低氮耗，如何進一步解決蒸汽的放散問題，如何進一步節約電耗和水耗，建立健全的能源管理制度，能源績效考核制度，推進精細化管理和加強工藝和設備改進的的同時提高轉爐煤氣，蒸汽的回收率仍是負能煉鋼的關鍵所在。

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［3］ 周全開.三安實現轉爐“負能煉鋼”的現狀與措施.四川冶金，2009，31(4):65 －67.

［4］ 楊家國.實現轉爐負能煉鋼的措施.能源研究與利用，2007(6):7－9.

MEASURES AND RESULTS OF FULL NEGATIVE ENERGY STEELMAKING IN NINGBO STEEL

Song Yongjie
(Ningbo Iron and Steel Co.，Ltd)

Negative energy steelmaking has achieved good progress in Ningbo Steel.A series of measures and experiences for reducing energy consumption ，improving recycle rate of converter gas and steam are investigated in the paper.

negative energy steelmaking gas recycle steam recycle converter energy consumption

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2011—9—21