天鋼煉鋼廠VD精煉爐蒸汽系統改造分析研究

李秀銳 （天津鋼鐵集團有限公司設備部，天津 300301)

天鋼煉鋼廠VD精煉爐蒸汽系統改造分析研究

李秀銳 （天津鋼鐵集團有限公司設備部，天津 300301)

針對天然氣18 t/h蒸汽鍋爐出現故障時影響VD精煉爐正常生產的問題，進行了技術分析，對煉鋼廠110 t VD精煉爐的蒸汽供給系統進行了改造，通過設置自動的排水裝置、增加擴容式汽水分離器裝置和加裝管道電加熱器、將切換的系統閥門設置成電動閥門等措施，解決了余熱蒸汽完全脫水問題，使煉鋼廠轉爐煙罩汽化冷卻系統余熱鍋爐自產蒸汽完全能滿足VD精煉爐的用汽需求，可節約天然氣蒸汽鍋爐運行費用，經濟效益巨大。

轉爐 VD精煉爐 蒸汽 鍋爐 余熱 供汽 系統

1 引言

天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠有3座120 t轉爐，精煉系統配備了3座110 t LF爐和1座110 t VD精煉爐。3座LF爐采用電弧加熱方式進行精煉，無需消耗蒸汽。110 t VD精煉爐所用蒸汽由1臺以天然氣為燃料的法國進口的18 t/h蒸汽鍋爐供給。

由于法國進口的18 t/h蒸汽鍋爐沒有備用爐，一旦鍋爐出故障，將影響精煉爐鋼品種的生產，加之進口備件采購時間長，則影響更為突出。另外，考慮節能減排的要求，煉鋼廠生產過程中3臺汽化煙罩系統余熱鍋爐每小時可產生51 t蒸汽，110 t VD精煉爐所用蒸汽由轉爐自產的汽化煙罩系統余熱鍋爐蒸汽提供，停止天然氣鍋爐運行，經濟效益顯著。為此，西安重型機械研究所對煉鋼廠110 t VD精煉爐的蒸汽供給系統進行了改造，欲利用汽化煙罩系統余熱鍋爐產生的蒸汽供給110 t VD精煉爐使用（現有的鍋爐作為備用汽源)。但改造后經過現場調試，使用效果不是很理想，日前已停用。

2 停用原因技術分析

110 t VD精煉爐蒸汽供給的條件是：蒸汽供應平穩;具有良好的干蒸汽品質。

我公司煉鋼廠的汽化煙罩系統余熱鍋爐的產汽量不平穩，每臺汽化煙罩系統余熱鍋爐的產汽量隨生產參數的變化而周期性波動，煉鋼爐的出鋼和吹氧冶煉兩時段產汽量波動很大。為此在汽化煙罩系統余熱鍋爐蒸汽系統中設置了3臺80 m3和2臺150 m3蒸汽蓄熱器，考慮單臺汽化煙罩系統余熱鍋爐產汽量雖然有較大的波動，但3臺汽化煙罩系統余熱鍋爐之間產汽量的波動周期不會同步，有一定的削峰填谷的作用，加之蓄熱器的調節作用，在很大程度上平穩了蒸汽的供給參數。汽化煙罩系統余熱鍋爐的標準狀態每小時可以產生51 t蒸汽，而110 t VD精煉爐每小時只需13 t左右的蒸汽，所以汽源的儲備量應該滿足要求。精煉爐需要的蒸汽品質要考慮滿足VD精煉爐真空泵的過熱度要求。原改造的精煉爐蒸汽供給系統為改善蒸汽介質的品質，加裝了過濾式蒸汽汽水分離器，以使蒸汽的含水量達到使用要求。但經過現場實踐，改造后的系統蒸汽仍不能滿足110 t VD精煉爐的供汽需要的品質要求。經分析原因如下。

（1)在蒸汽供給系統中設置了過濾式汽水分離器。過濾式汽水分離器的作用是將蒸汽中的微小水滴分離出來，以使蒸汽的含水量達到使用要求。但分離出來的水如果不及時排出系統，那么積存的水會重新被流動的蒸汽帶入系統中。

（2)分析該過濾式汽水分離器的結構。因其空間過于緊湊，不利于汽水的有效分離，同時安裝的位置距離使用設備過遠，蒸汽在輸送的過程中，由于其管道的保溫不可能達到理想的絕熱狀態，管道會存在散熱，從而使其在輸送的過程中產生新的冷凝水，增加了蒸汽的含水量，降低了蒸汽溫度，不能達到110 t VD精煉爐使用干燥蒸汽的工藝要求。110 t VD精煉爐相關設計參數見表1。

表1 110 t VD精煉爐相關設計參數

（3)原改造設計的系統中普遍使用的是截止閥，考慮設計壓力是2.0 MPa，實際使用壓力在1.0 MPa以上，會造成截止閥的開啟、關閉非常吃力。可以通過簡單的計算得出截止閥閥板上承受的力。管道閥門的公稱通經是250 mm，其面積為491 cm2，按照使用壓力為1.0 MPa計算，此閥板上承受的力為4 910 kg。此力通過傳導全部加到閥門絲杠和絲母的螺紋間來承受，這樣就會在系統承壓時，要求開啟或關閉閥門的操作必須非常用力。由于VD精煉爐用汽不可間斷，余熱系統與鍋爐供汽系統的切換時間因閥門的開啟、關閉操作時間過長，延長了蒸汽輸送過程中產生冷凝水的時間，相對提高了蒸汽的含水量。

3 替代18 t/h鍋爐，煉鋼廠余熱蒸汽向110 t VD精煉爐供汽可行性分析

3.1 天鋼煉鋼廠設備現狀

煉鋼廠的轉爐煙罩汽化冷卻系統包括汽化煙罩系統余熱鍋爐3臺，每臺汽化煙罩系統余熱鍋爐產氣量銘牌標稱為16～55 t/h。實際考察統計平均產汽量為17 t/h。3臺汽化煙罩系統余熱鍋爐產汽量51 t/h。汽包出口設計壓力2.5 MPa（飽和溫度);目前使用壓力1.8 MPa。3臺50 m3除氧器、3臺80 m3和2臺150 m3共5臺蒸汽蓄熱器。蓄熱器出口設計壓力2.5 MPa（飽和溫度)，目前使用壓力1.6 MPa。余熱鍋爐的汽水循環系統有：低壓強制循環活動煙罩、中壓強制循環一段煙罩和自然循環二段、三段、四段煙罩。汽化煙罩系統余熱鍋爐生產的蒸汽通過蓄熱器穩壓后送余熱蒸汽發電機發電和3臺50 m3熱力除氧器使用。

3.2 改造可行性分析

綜上所述，煉鋼廠自產余熱蒸汽的容量和蒸汽平穩，能滿足110 t VD精煉爐供汽需要。因此主要需解決蒸汽的含水量，提高蓄熱器的持續放熱能力。解決蒸汽的含水量的方法分析如下。

3.2.1 設置自動的排水裝置

圖1 VD精煉爐蒸汽系統改造系統圖

汽水分離器的作用是將蒸汽中的微小水滴分離出來，以使蒸汽的含水量達到使用要求。但分離出來的水如果不及時排出系統，那么積存的水會重新被流動的蒸汽帶入系統中。所以汽水分離器的下部必須設置自動的排水裝置，及時將分離出來的水排出系統。

3.2.2 增加擴容式汽水分離器裝置和加裝管道電加熱器

由于過濾式汽水分離器的結構過于緊湊，不利于汽水的有效分離和輸送的過程中產生冷凝水，增加了蒸汽的含水量。在用汽設備的附近增加擴容式汽水分離裝置，提高蒸汽脫水效率，余熱蒸汽通過管道送到擴容式汽水分離器中分離水分子;然后再通過調壓閥降低蒸汽壓力至VD精煉爐需要的數值，進行絕熱降壓，進一步去除水分子后進入管道，管道中加裝200 kW電加熱器以保證供給用汽設備的蒸汽質量。這樣能確保VD精煉爐進入的蒸汽干燥無水，提高蒸汽品質。

3.2.3 切換的系統閥門設置成電動閥門

為解決系統承壓時開啟或關閉閥門非常用力、不便操作，閥門的開啟、關閉時間過長的問題，將系統中的手動截止閥門更換成蝶閥。蝶閥的結構決定其開啟或關閉時閥板兩側承受的力相互抵消，不會造成開啟或關閉的困難。考慮VD精煉爐用汽不可間斷，為縮短閥門的開啟、關閉時間，節省余熱系統與鍋爐供汽系統的切換時間，將切換的系統閥門設置成電動閥門，這樣不僅節省了系統閥門的切換時間，而且還減少了操作人員的勞動強度，提高了操作的可靠性，避免因閥門操作輸送介質過程中產生新的多余冷凝水。VD精煉爐蒸汽系統改造系統圖見圖1。

3.2.4 天然氣鍋爐和使用自產蒸汽成本對比

根據近期統計報表分析，天然氣鍋爐噸蒸汽成本為150.13元，余熱蒸汽噸發電為110 kW·h。

噸蒸汽發電效益=公司用電價格×噸蒸汽發電=0.55元×110=60.5元

噸汽加熱成本=公司用電價格×噸汽耗電量=0.55元×15=8.25元

使用余熱蒸汽減少發電效益和費用=噸蒸汽發電效益+噸汽加熱成本=60.5元+8.25元=68.75元

由此可見，天然氣鍋爐噸蒸汽成本為150.13元，與減少余熱蒸汽發電經濟效益加管道電加熱費用68.75元相比，采用余熱蒸汽供VD精煉爐蒸汽經濟效益巨大。

4 結束語

通過上述分析可知，VD精煉爐供汽系統經過改造，解決余熱蒸汽完全脫水問題后，煉鋼廠轉爐煙罩汽化冷卻系統余熱鍋爐自產蒸汽完全能滿足VD精煉爐的用汽需求，避免天然氣18 t/h蒸汽鍋爐出現故障時影響VD精煉爐的正常生產，還可節約可觀的18 t/h天然氣蒸汽鍋爐運行費用。目前，該方案經公司專業技術人員經濟技術論證認為可行，2011年7月，利用VD鍋爐檢修機會進行試驗。試驗結果表明，煉鋼廠轉爐煙罩汽化冷卻系統余熱鍋爐自產蒸汽滿足了VD精煉爐的用汽需求。

Analysis and Study on Revamp of VD Steaming System of TISCO Steel-making Subsidiary

Li Xiurui

Technical analysis was made to solve the problem that VD normal production was affected when failure occurred at nature gas fired 18 t/h steam boiler.The steam supply system of 110 t VD of Steel-making Subsidiary was revamped.The complete dehydration problem of afterheat steam was addressed by adding automatic draining device,expanded gas/water separator and electric heater,changing switch valve into electric valve and etc.The steam produced by afterheat boiler of converter hood vaporizing cooling system could well meet the supply demand by VD production.Furthermore,the running expense of gas fired steam boiler was saved,resulting in big economic benefit.

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（收稿 2011-10-28 編輯 潘娜)

李秀銳，高級工程師，現任天津鋼鐵集團有限公司設備部運行科科長，長期從事燃氣、壓力管道、鍋爐等特種設備的技術管理工作。