兩座威金斯型氣柜運行方式的探討

陳紅偉 王志峰 李衛東 宮 旺 李金亮 賴國輝

(安陽鋼鐵股份有限公司)

兩座威金斯型氣柜運行方式的探討

陳紅偉 王志峰 李衛東 宮 旺 李金亮 賴國輝

(安陽鋼鐵股份有限公司)

通過對現有10萬m3威金斯型氣柜的適配轉爐噸位、煤氣凈化、風機外供能力的分析，探討新建氣柜后兩柜的運行方式，以實現煤氣的全收全供。

全收全供 運行方式 錯峰發電

0 前言

轉爐煤氣是鋼鐵企業重要的二次能源，轉爐煤氣的回收利用，可降低企業生產成本，有效提高企業二次能源利用水平，為實現負能耗煉鋼打下基礎。應用威金斯型氣柜回收轉爐煤氣是鋼鐵企業常用的一種設備，安鋼10萬m3威金斯型氣柜(以下簡稱10萬柜)自2007年11月開始回收二煉軋廠3×150 t轉爐煤氣以來，氣柜運行平穩，噸鋼回收率穩定在100 m3/t左右。2017年3月，隨著65 MW發電機組的投運，日均轉爐煤氣的回收使用量穩定在160萬 m3～180萬 m3；自2017年3月中旬安鋼二煉鋼廠3×35 t轉爐回收的轉爐煤氣也并入10萬柜以來，回收與外供量迅速增大，安鋼10萬柜呈現出超負荷的運行狀態。考慮到氣柜離線檢查或檢修期間勢必存在轉爐煤氣放散的情況，造成極大能源浪費。新建一座威金斯型氣柜迫在眉睫，可有效提高轉爐煤氣的回收量、減少放散，提高能源利用率，就此對兩座威金斯型氣柜的運行方式進行探討。

1 概況

1.1 工藝概況

安鋼10萬柜轉爐煤氣回收及外供系統包括二煉軋廠(3×150 t)及二煉鋼廠(3×35 t)共6座轉爐、一次風機、10萬m3威金斯型氣柜、電除塵器、二次風機、65MW發電機組及相關設備，轉爐煤氣的回收工藝如圖1所示[1]。

圖1 安鋼10萬柜轉爐煤氣的回收工藝

1.2 設備概況

安鋼10萬柜為兩級運行，一級運行為活塞接觸T型擋板前(0～38 000 m3)，運行壓力為2 320 Pa；二級運行為活塞與T型擋板接觸后同時上升(38 000 m3～100 000 m3)，運行壓力為2 810 Pa。2008年6月通過設備改進，在氣柜T型擋板走臺上部設置有172塊100 mm×100 mm×450 mm的鋼坯配重塊，用于氣柜二級運行時活塞傾斜度的調整[2]。氣柜主要參數見表1。

安鋼10萬柜區現有3臺SDB28-14型濕式臥式板式箱型電除塵器，單臺處理量為40 000 m3/h；5臺D700-13型離心風機，單臺外送量為42 000 m3/h。

2 問題及分析

安鋼10萬柜回收的轉爐煤氣原供給1#煤氣混合加壓站使用，隨著二煉鋼廠回收的轉爐煤氣并入氣柜及65 MW發電機組的投運，轉爐煤氣的回收與外供量迅速增大，65 MW發電機組轉爐煤氣用量最大可達8萬m3/h，轉爐煤氣的快速回收與外供，使氣柜處于超負荷運行的狀態，對氣柜的調平系統的穩定運行影響較大。

2.1 適配噸位

安鋼10萬柜設計的適配轉爐噸位(G)為：

(1)

(2)

式中：G——氣柜適配轉爐噸位，t； V——氣柜容積，m3；

1.65——轉爐煤氣在67 ℃和2.5 KPa的相對壓力時的飽和濕煤氣的體積校正系數，m3/ m3；

120——轉爐煤氣的產率，m3/ t；

P——轉爐吹煉周期，min(采用36 min)；

m——吹煉周期內的回收時間，min(采用10 min)。

由上式計算可知，當噸鋼回收率為120 m3時，氣柜適配噸位為490 T；噸鋼回收率為130 m3時，氣柜適配噸位為452 T；當噸鋼回收率為140 m3時，氣柜適配噸位為419 T。僅以二煉軋廠的3×150 t轉爐為例，安鋼10 萬柜在回收轉爐煤氣的噸鋼回收率超過130 m3時，已達到設計上限要求；目前回收的轉爐噸位遠高于設計適配噸位要求，活塞的高頻率上下運行，使鋼絲繩受到較大交變應力，同時對調平導輪的穩定性也有較大沖擊，反映出氣柜已處于超負荷運行狀態。

2.2 煤氣外送量現狀

安鋼10萬柜的轉爐煤氣目前主要供給65 MW發電機組和1#煤氣混合加壓站， 2017年某時段的煤氣外送量見表2。單臺風機的外送量為42 000 m3/h，單套電除塵器的處理量為40 000 m3/h；生產中同時運行2臺風機和2套電除塵器，小時處理量為80 000 m3/h，可知電除塵器的處理能力及風機的外送能力能夠滿足生產需要。

表2 2017年某時段的轉爐煤氣外送量

2.3 離線檢查及檢修

在2016年12月，安鋼10萬柜經歷了40余天的氣柜檢修，期間轉爐煤氣無法實現回收；在氣柜運行中，正常生產期間需定期進入氣柜內部的活塞及T型擋板上部，對活塞、橡膠膜、T擋板等相關設備進行檢查正常與否，檢查時氣柜需要停止回收與外供保持氣柜活塞穩定，此時段內轉爐煤氣也無法回收；同時在氣柜的調平系統需要更換諸如導輪、鋼絲繩等部件時，轉爐煤氣也無法回收。以上幾種情況下，勢必造成轉煤放散。

2.4 錯峰發電

企業用電因時段的不同，電價有著較大的差別，(見表3)。由于安鋼10萬柜已呈現超負荷運行狀態，回收量大，柜容小，為維持氣柜正常柜容及下一步回收作業，回收的轉爐煤氣進入氣柜后短時間內就送往65 MW發電機組，無法實現威金斯型氣柜對轉爐煤氣的暫時儲存功能，發電機組的效益只能即時計算。當新建一座氣柜后，氣柜柜容增加，可充分發揮氣柜的谷吸峰吐功能，電價低谷期間提高柜容暫時存儲煤氣，電價峰段期間增加外供量，降低柜容，提高發電量，在此運行方式下，等量的轉爐煤氣即能產生更好的經濟效益。

表3 每日各時段的電價

鑒于以上原因，新建一座威金斯型氣柜不但可以緩解安鋼10萬柜運行超負荷狀態，在氣柜離線檢查或檢修時做為備用，增加轉爐煤氣的回收量，同時又可以利用錯峰發電實現企業效益的最大化；因此需要對兩座威金斯型氣柜的運行方式進行設計。

3 解決措施

3.1 運行方式

新建氣柜采取就近原則，可實現兩座氣柜共用原有的二次風機、電除塵凈化及控制系統，同時也便于兩座氣柜的運行管理，若新建氣柜選型為安鋼8萬m3威金斯型氣柜(以下簡稱8萬柜)，由公式(1)、(2)計算可得，兩座氣柜的適配轉爐噸位為756 T，可滿足現有的6座轉爐的煤氣回收需要。

兩座氣柜的運行方式有單柜運行、并聯運行和串聯運行三種方式，兩座氣柜的工藝布置如圖2所示。

不同的運行方式應用于不同的生產現狀，在單柜運行、并聯運行和串聯運行時的管網中各閥門的狀態，見表4。

圖2 兩座氣柜的回收工藝管網示意圖

表4 氣柜運行方式及各閥門的狀態

注：★表示此閥門為程序控制。

3.2 單柜運行

單柜運行指在其中的一座氣柜離線檢查或檢修時，單獨運行另一座氣柜。

3.3 并聯運行

并聯運行指兩柜同時回收、外供轉爐煤氣；如表1所示，安鋼8萬柜的一級和二級運行壓力小于安鋼10萬柜，并聯運行時，安鋼8萬柜先進氣活塞上升超過臨界柜容31 000 m3后進入二級運行，隨之安鋼10萬柜活塞開始上升，在安鋼8萬柜容積到達上限72 000 m3時關閉閥8，安鋼10萬柜仍然進氣作業進入二級運行，在安鋼10萬柜容到達90 000 m3時，關閉閥1；期間安鋼8萬柜容小于50 000 m3時開啟閥8，安鋼8萬柜開始進氣作業；如此循環可實現同時進氣、外供作業。

3.4 串聯運行

串聯運行必有一個氣柜活塞先后動作的問題，如表1所示，安鋼8萬柜的一級和二級運行壓力小于安鋼10萬柜，則安鋼8萬柜的活塞在上升過程中動作在先，兩柜串聯運行時活塞交替上升，如圖3所示；在活塞下降過程中活塞運行的方向與上升過程相反。

采用并聯或串聯運行方式，因氣柜有了較大的容納余量，可發揮出威金斯型氣柜對轉爐煤氣的暫時儲存基本功能，實現氣柜的谷吸峰吐調節能力。在每日的電價低谷期間，氣柜暫時儲存轉爐煤氣，保持氣柜滿柜容狀態，進入電價峰值期間外供煤氣實現發電，如此作業等量的轉爐煤氣即能產生更好的經濟效益。例如在每日的2個峰段開始時間點前，提高柜容，保持滿柜容進入電價峰值期間開始發電，每次暫時儲存轉爐煤氣5萬m3，每日則有10萬m3煤氣的高效發電應用，可在2個峰段發電6萬kWh，節約外購電費=3×(0.9-0.59)+3×(0.9-0.32)=2.67萬元。錯峰發電年節約外購電費975萬元，效益非常可觀。

圖3 串聯運行時活塞動作次序與壓力

4 結語

通過新建一座氣柜，氣柜適配轉爐噸位得到大幅提高，可實現轉爐煤氣的全收，對氣柜的單柜運行、并聯運行和串聯運行進行優化設計，可達到煤氣的全供。轉爐煤氣的全收全供，兼顧錯峰發電措施的應用，能實現轉爐煤氣效益的最大化，為企業的提質增效、環境保護提供保證。

1)根據具體的生產安排，實現單柜、并聯和串聯運行的任意切換；

2)新建氣柜的就近原則，可實現兩座氣柜共用原有的一套電除塵凈化、二次風機和控制系統，降低了設備投入；

3)氣柜有了較多的離線檢查和檢修時間，便于設備維護；

4)可實現轉爐煤氣的全收全供；

5)并聯或串聯運行，氣柜壓力波動小，降低了氣柜調平鋼絲繩的交變應力；

6)在并聯或串聯運行中，發揮氣柜的暫時儲存功能，電價低谷期間儲存的煤氣在電價峰值期間發電利用，提質增效，錯峰發電年節約外購電費975萬元。

[1] 王志峰,張志忠,李獻宏,等.高爐、焦爐混合煤氣逆向引轉爐煤氣在安鋼的應用[J].河南冶金,2008,16(5):26-28.

[2] 王志峰,張智勇,張志忠,等.威金斯氣柜活塞傾斜度運行分析及改進[J]. 河南冶金,2012,20(1):30-31.

INVESTIGATION ON THE TWO DWIGGINS TYPE GAS TANK OPERATION MODE

Chen Hongwei Wang Zhifeng Li Weidong Gong Wang Li Jinliang Lai Guohui

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

Through the analysis of adaptation of converter gas purification, tonnage, fan for the ability of the existing 100 thousand m3Wiggins type gas tank, and discuss the way of operation of two new cabinet cabinet, in order to achieve the income for gas.

all inclusive operation mode peak power

志峰，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司動力廠燃氣二車間；

2017—4—10