提高煉鋼副產(chǎn)煤氣與蒸汽回收利用技術(shù)與實(shí)踐

陳 超，楊志軍

（1.河北聯(lián)合大學(xué)礦山學(xué)院，河北唐山063009；2.河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲鋼鐵股份有限公司設(shè)備動力部，河北邯鄲056015）

提高煉鋼副產(chǎn)煤氣與蒸汽回收利用技術(shù)與實(shí)踐

陳 超1，楊志軍2

（1.河北聯(lián)合大學(xué)礦山學(xué)院，河北唐山063009；2.河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲鋼鐵股份有限公司設(shè)備動力部，河北邯鄲056015）

分析了影響煉鋼副產(chǎn)煤氣與蒸汽回收量提高的因素，介紹了提高煤氣與蒸汽回收量的技術(shù)改進(jìn)措施和應(yīng)用實(shí)踐。

煉鋼副產(chǎn)；煤氣；蒸汽；回收利用

1 前言

煤氣和蒸汽作為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二次能源，做好煤氣、蒸汽的回收和再利用，對于降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)效益最大化具有重大意義。三煉鋼作為邯鋼公司的主體煉鋼廠，其轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽副產(chǎn)品的回收、利用水平直接關(guān)系著邯鋼二次能源的利用水平。

2 邯鋼三鋼轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽回收現(xiàn)狀

邯鋼三煉鋼轉(zhuǎn)爐為20世紀(jì)70年代的法國80 t轉(zhuǎn)爐爐型結(jié)構(gòu)，引進(jìn)國內(nèi)后擴(kuò)容為100 t轉(zhuǎn)爐，爐容小，無法設(shè)置副槍，經(jīng)驗(yàn)煉鋼造成轉(zhuǎn)爐吹煉一次倒?fàn)t出鋼率低，煤氣回收時(shí)間較短。轉(zhuǎn)爐煤氣一次除塵采用“OG”濕法除塵，沒有進(jìn)行干法除塵改造。轉(zhuǎn)爐煤氣的噸鋼回收煤氣110 m3，距國內(nèi)領(lǐng)先水平還存在一定的差距。

在蒸汽的利用方面，邯鋼東區(qū)還保留低壓蒸汽鍋爐專供東區(qū)生產(chǎn)、生活用蒸汽，需要消耗大量的煤氣，蒸汽輸配系統(tǒng)存在缺陷，煉鋼產(chǎn)生的余熱蒸汽存在放散，沒有全部利用。煉鋼工序的蒸汽回收僅為53.05 kg/t·鋼，對標(biāo)其他兄弟單位80 kg/t·鋼，還存在一定差距。

3 影響三鋼轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽回收因素

在提高轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收過程中，還存在一些制約轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素。如：煉鋼體系中的轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)較國內(nèi)同類企業(yè)在設(shè)備和工藝上還存在差距和不足，回收時(shí)間較短；隨著煉鋼系統(tǒng)產(chǎn)能的增加，作為將轉(zhuǎn)爐煤氣間歇回收轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)外送的紐帶——八萬柜柜容略顯偏小；轉(zhuǎn)爐煤氣外送量大時(shí)加壓機(jī)機(jī)前管道壓力不能得到保證；氣柜出現(xiàn)高柜位拒收、放散煤氣次數(shù)較多。

4 提高三鋼轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽回收的措施

4.1 優(yōu)化煉鋼操作，延長轉(zhuǎn)爐煤氣回收時(shí)間

煉鋼系統(tǒng)采用“轉(zhuǎn)爐煤氣階段回收控制技術(shù)”。優(yōu)化運(yùn)行控制方式，利用煤氣回收趨勢圖譜指導(dǎo)煉鋼操作，縮小設(shè)備性能上的差距，從而達(dá)到延長轉(zhuǎn)爐煤氣回收周期的目的。通過回收熱值點(diǎn)前提，消除回收切換閥組執(zhí)行速度慢的不利影響；在保障除塵效果的前提下，通過調(diào)低1 Hz風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，合理調(diào)整風(fēng)量，適應(yīng)了回收風(fēng)量要求；轉(zhuǎn)爐提槍停吹后，在確保安全的前提下，延遲回收25 s，將管道內(nèi)殘存的轉(zhuǎn)爐煤氣全部回收。

4.2 優(yōu)化氣柜回收系統(tǒng)，滿足轉(zhuǎn)爐煤氣全回收條件

轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分是CO，同時(shí)轉(zhuǎn)爐爐氣中還有少量的CO2及其他成分。

三鋼轉(zhuǎn)爐煤氣的回收條件由以前的CO含量＞15%，O2含量＜0.8%修改為CO含量＞7%，O2含量＜1.8%時(shí)三通閥打到回收側(cè)開始回收轉(zhuǎn)爐煤氣。

轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐煤氣中CO含量上升速度很快，在開始短短的幾十秒內(nèi)，CO含量可從7%上升至17%，而三通閥動作時(shí)間約為15 s左右。在原回收標(biāo)準(zhǔn)的情況下，由于三通閥動作存在滯后性，每爐產(chǎn)生的符合回收條件的轉(zhuǎn)爐煤氣將會少回收20 s左右。調(diào)整轉(zhuǎn)爐煤氣CO含量回收條件，增加轉(zhuǎn)爐煤氣回收量。

將含氧量的回收標(biāo)準(zhǔn)改為＜1.8%開始回收，符合《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》GB6222—2005要求。含氧量標(biāo)準(zhǔn)的放寬有利于提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量。

圖1為吹煉時(shí)間與CO含量的變化關(guān)系圖。

圖1 吹煉時(shí)間與CO含量的變化關(guān)系

4.3 優(yōu)化氣柜運(yùn)行，提高氣柜有效利用率，國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)一座8萬煤氣柜滿足4座百噸轉(zhuǎn)爐噸鋼130 m3轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的要求。

三鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)氣柜公稱容積為8萬m3，原設(shè)定柜位≥26 m，即柜容69000 m3時(shí)氣柜高柜位聲光報(bào)警，柜位≥26.5 m，即柜容70000 m3時(shí)氣柜高柜位聲光報(bào)警，氣柜進(jìn)口蝶閥自動關(guān)閉，同時(shí)三通閥的放散自動打開，罩式水封閥自動關(guān)閉。

修改氣柜高柜位的設(shè)定，在保證氣柜安全的條件下拓展氣柜的利用空間。高柜位報(bào)警設(shè)定在柜位≥26.5 m，即柜容70000 m3時(shí)氣柜高柜位聲光報(bào)警，柜位≥27.2 m，即柜容71400 m3時(shí)氣柜高柜位聲光報(bào)警，氣柜進(jìn)口蝶閥自動關(guān)閉，同時(shí)三通閥的放散自動打開，罩式水封閥自動關(guān)閉。

氣柜高柜位設(shè)定使氣柜充氣量增加1400 m3，可延長單爐轉(zhuǎn)爐煤氣回收時(shí)間為80 s，使氣柜有效利用的柜容增大。

在氣柜運(yùn)行過程中根據(jù)煉鋼吹煉時(shí)間、氣柜柜位、加壓機(jī)外送量之間關(guān)系，充分利用氣柜的有效柜容。

通過加壓機(jī)外送量的調(diào)整，達(dá)到對氣柜有效柜位的充分利用，始終保持柜位在中間段運(yùn)行，氣柜在3～6.5萬m3范圍的升降頻率較2009年～2010年時(shí)提高了3倍。高于6.5萬m3柜位時(shí)的次數(shù)降到了2～4次/24 h。基本消除了氣柜柜位突然上升和下降的情況，基本消除了高柜位，氣柜的有效利用率提高了3倍。

4.4 采取有效措施降低外送煤氣加壓機(jī)機(jī)前管道阻損

現(xiàn)八萬柜柜后至機(jī)前轉(zhuǎn)爐煤氣管道主管直徑為DN1600 mm，經(jīng)過兩座電除塵支管直徑為DN1400 mm，經(jīng)過3臺加壓機(jī)支管直徑為DN1200 mm。加壓機(jī)機(jī)前進(jìn)口壓力≤0.8 kPa時(shí)聲光報(bào)警，≤0.5kPa時(shí)加壓機(jī)自動停機(jī)。隨著轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量的不斷增加，離心加壓機(jī)的外送量也在不斷的增加，單臺加壓機(jī)額定外送為6萬m3/h。現(xiàn)雙機(jī)運(yùn)行平均外送在70000 m3/h～100000 m3/h。

通過核算，當(dāng)加壓機(jī)外送在8萬m3/h時(shí)，機(jī)前管道阻損約為2 kPa，增開一臺電除塵，可減低機(jī)前管道阻損0.5 kPa。

4.5 優(yōu)化加壓機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)運(yùn)行的效率最大化

八萬柜有3臺離心式加壓機(jī)，型號為D1000-11，1#、2#為變頻加壓機(jī)，3#為工頻加壓機(jī)。開雙機(jī)運(yùn)行加大轉(zhuǎn)爐煤氣的外送量，平均外送量達(dá)到80000 m3/h以上，通過風(fēng)機(jī)并聯(lián)增大轉(zhuǎn)爐煤氣的瞬時(shí)外送量。雙機(jī)并列運(yùn)行，兩臺加壓機(jī)單機(jī)出口的壓力必須保持相同才能保證加壓最大的做功效率。1#、2#加壓機(jī)為變頻加壓機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行赫茲實(shí)現(xiàn)調(diào)整加壓機(jī)出口壓力的目的。當(dāng)1#加壓機(jī)或2#加壓機(jī)與3#加壓并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)3#加壓機(jī)進(jìn)口管道調(diào)節(jié)閥和1#或2#加壓機(jī)赫茲實(shí)現(xiàn)控制加壓機(jī)的出口壓力和流量。通過協(xié)調(diào)兩臺加壓機(jī)同樣出口壓力的情況下變頻加壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行赫茲與工頻加壓機(jī)進(jìn)口閥門調(diào)節(jié)閥之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)兩臺加壓機(jī)的最大做功效率。

同時(shí)控制兩臺加壓機(jī)并聯(lián)運(yùn)行壓力和流量在穩(wěn)定系統(tǒng)中，見圖2。

圖2 兩臺加壓機(jī)并聯(lián)運(yùn)行后的風(fēng)壓與容積流量關(guān)系

通過調(diào)整兩臺加壓機(jī)的運(yùn)行避免風(fēng)機(jī)在靠近峰值壓力點(diǎn)左側(cè)的壓力上流量曲線上出現(xiàn)的“正”斜率。消除風(fēng)機(jī)的運(yùn)行的不平穩(wěn)狀態(tài)。避免其中一臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量過多，避免單個(gè)電動機(jī)過載。避免不平衡的氣流狀態(tài)反復(fù)出現(xiàn)，造成風(fēng)機(jī)間斷的有負(fù)載和無負(fù)載。

4.6 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐煤氣用戶和外圍管網(wǎng)

轉(zhuǎn)爐煤氣的用戶的開發(fā)對增加轉(zhuǎn)爐煤氣利用量、提高轉(zhuǎn)爐煤氣的噸鋼回收具有重要的意義。近來又相繼開發(fā)了6萬kW發(fā)電轉(zhuǎn)爐煤氣用戶，又開發(fā)了一軋中型等用戶。在三七加壓站改造后，連鑄連軋和中板常化爐也達(dá)到了利用轉(zhuǎn)爐煤氣的條件。至此，轉(zhuǎn)爐煤氣的用戶有鋼軋系統(tǒng)、5#高爐熱風(fēng)爐、8#高爐熱風(fēng)爐、六萬發(fā)電、75 t/h和140 t/h鍋爐、一軋中型、連鑄連軋和中板常化爐等用戶。

5 提高三鋼轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽回收的措施

5.1 煉鋼系統(tǒng)借助“轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻蒸汽回收利用”項(xiàng)目改造，提高轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收量和外送量。

通過增加一臺蓄熱器（如圖3），增加脫水裝置，擴(kuò)容了轉(zhuǎn)爐蒸汽蓄熱能力，提高了蒸汽品質(zhì)，進(jìn)一步穩(wěn)定了蒸汽外送壓力，使夏季三煉鋼廠轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽并網(wǎng)送冷軋生產(chǎn)用氣得以實(shí)現(xiàn)；通過增設(shè)支路調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)分級分路供氣的自動化配給，即確保了RH爐正常生產(chǎn)，又保障了最大限度連續(xù)蒸汽外送。5.2采用“發(fā)電鍋爐抽汽加余熱蒸汽”的蒸汽供應(yīng)技術(shù)，停開所有低壓鍋爐，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用

優(yōu)化蒸汽輸配系統(tǒng)，汽源由以前的低壓鍋爐供氣改變?yōu)榘l(fā)電鍋爐抽汽及余熱蒸汽供汽，實(shí)現(xiàn)不同等級的蒸汽供應(yīng)模式，降低煉鋼余熱蒸汽主管網(wǎng)壓力，增加煉鋼余熱蒸汽外送量。

煉鋼系統(tǒng)余熱蒸汽以前僅為調(diào)配汽源，在管道改造后成為主供冷軋廠區(qū)域和邯鋼東區(qū)部分生活、生產(chǎn)伴溫的主要汽源。能源中心利用三鋼余熱蒸汽比例由5%提高至20%。同時(shí)煉鋼系統(tǒng)在設(shè)備完善的基礎(chǔ)上，通過穩(wěn)定操作、加強(qiáng)調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、動態(tài)調(diào)控，煉鋼系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收和外送量持續(xù)上升，現(xiàn)煉鋼系統(tǒng)回收量提至日均850 t，2012年累計(jì)外送46.67 kg/t，增加26.7 kg/t，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

圖3 轉(zhuǎn)化煙道汽化冷卻蒸汽回收利用改造示意圖

6 結(jié)論

通過對提高轉(zhuǎn)爐煤氣的技術(shù)攻關(guān)，轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收達(dá)到了135 m3，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣的全回收利用，較攻關(guān)前噸鋼多回收25 m3。利用8萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜作為4座百噸轉(zhuǎn)爐主要的煤氣回收設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)135 m3的噸鋼回收率在國內(nèi)較為少見。煉鋼系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收率，提高產(chǎn)生了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，大量的轉(zhuǎn)爐煤氣替代出高爐煤氣用于爐窯加熱，替代出的高爐煤氣用于發(fā)電，提高了能源的綜合利用率，實(shí)現(xiàn)了效益的最大化。轉(zhuǎn)爐煤氣回收減少了大量灰塵和CO2的排放，產(chǎn)生顯著的社會效益。

煉鋼工序通過“轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻蒸汽回收利用”項(xiàng)目改造，大幅度提高轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收量；在蒸汽輸配方面，對外圍蒸汽管網(wǎng)的改造實(shí)現(xiàn)三鋼余熱蒸汽的有效外送。余熱蒸汽的全回收利用，有效減少了煤氣消耗，使更多的煤氣用于發(fā)電，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

Im provement of Recovery Technology for Gas and Steam from Steelmaking and App lication Practice

CHEN Chao1，YANG Zhijun2
（1.Hebei United University,Tangshan,Hebei 063009,China;2.Equipment&Power Dept.of Handan Steel, Hebei Iron and Steel Gruop,Handan,Hebei 056015,China)

Factors affecting recovery rate of gas and steam by-produced in steelmaking were analyzed.Technical improvement measures to increase recovery rate and application practice were also introduced.

steelmaking by-product;gas;steam;recovery

X757

B

1006-6764(2014)04-0012-03

2013－12－09

陳超（1975－），男，河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院副教授，工學(xué)博士，現(xiàn)從事采礦工藝、巖土工程、安全工程等領(lǐng)域的理論研究與教學(xué)工作。