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安钢转炉饱和蒸汽利用的改造与应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-08-28  作者:杨四龙  浏览次数:3299
 
核心提示:摘要:通过对转炉炼钢产生的低品质饱和蒸汽的储存、输送和利用方式的研究,以 3 座 150 t 转炉为实例,结合综合管网系统的改造,打通输汽节点,延长供汽线路,拓展用户,实现了饱和蒸汽全收全用,减少了高压蒸汽降级使用,避免了能源浪费,从而提高了能源利用率。 关键词:管网;饱和蒸汽;压力;疏水
 安钢转炉饱和蒸汽利用的改造与应用

杨四龙

(安阳钢铁股份有限责任公司)

摘要:通过对转炉炼钢产生的低品质饱和蒸汽的储存、输送和利用方式的研究,以 3 座 150 t 转炉为实例,结合综合管网系统的改造,打通输汽节点,延长供汽线路,拓展用户,实现了饱和蒸汽全收全用,减少了高压蒸汽降级使用,避免了能源浪费,从而提高了能源利用率。

关键词:管网;饱和蒸汽;压力;疏水

0 前言 

安钢第二炼轧作业部(以下简称“二连轧”)现有 3 台 150 t 炼钢转炉,其汽化冷却系统产生大量低压饱和蒸汽。饱和蒸汽主要有两部分用途,一部分饱和蒸汽通过燃气式过热装置加热后供 VD炉或 RH 炉抽真空,供汽不足时由动力作业部鼓风机站提供的中温中压蒸汽补充 ;另一部分饱和蒸汽用于生活供汽。由于饱和蒸汽用户较少,当生产节奏调整时,会出现饱和蒸汽供大于求的情况,不得不进行放散处理。

安钢焦化区域蒸汽需求量大(100 t/h)、压力低(0.3 MPa),气源为新老两个减温减压站,两站由公司两台 240 t/h 高温高压锅炉、140 t 干熄焦余热锅炉、190 t 干熄焦余热锅炉供应蒸汽,以上锅炉蒸汽压力均在 9 MPa 以上,考虑用户需求和管网安全不得不降压至 0.3 MPa 使用,高品质蒸汽的大幅度降级使用,造成极大的能源浪费。

笔者结合安钢现有蒸汽管网系统,通过对转炉饱和蒸汽富余量和焦化区域蒸汽需求量进行平衡计算,利旧部分蒸汽管网,打通输汽节点,延长饱和蒸汽供气线路,实现了饱和蒸汽全收全用,减少了高压蒸汽降级使用,避免了能源浪费,从而提高了能源利用率。

1 转炉饱和蒸汽回收、输送、利用存在的问题

二连轧 3 座转炉配套设置 3 台余热锅炉,在转炉冶炼过程中锅炉产生饱和蒸汽,外供蒸汽参数为 :压力 1.2~1.8 MPa、温度 180~195 ℃。转炉炼钢并不连续,一个冶炼周期为 30 min,在炼钢期间和炼钢间隙,余热锅炉蒸产量波动大(10~30 t/h)。

3 座转炉生产模式下,生产节奏并不同一,累计蒸汽产量波动可达 40~80 t/h。为了收集、储存饱和蒸汽,二炼轧设置有 3 台蒸发蓄热器,大部分饱和蒸汽经过加热后供 VD 炉或 RH 炉抽真空使用,小部分(< 3 t/h)用于生活供汽。由于二炼轧炼钢冶炼节奏加快,锅炉蒸汽发生量增加,蓄热器蓄热能力有限,无法全部回收饱和蒸汽,不得不将部分蒸汽放散,放散量约 10 t/h。2022 年,二连轧 VD 炉水环真空泵投入使用,饱和蒸汽抽真空系统停止使用,新增 20~30 t/h 的转炉饱和蒸汽放散,因此二炼轧转炉饱和蒸汽利用改造显得尤为紧迫和必要。

2 改造方案对比

余热蒸汽利用的总原则是,根据余热资源的参数和用户需求,尽量做到能级匹配,在负荷技术经济的条件下,选择适宜的系统和设备,使余热蒸汽发挥最大的效益。对于转炉低压饱和蒸汽的利用有以下几个方案。

2.1 送至环冷锅炉加压后供余热发电

从二炼轧蓄能器出来的余热蒸汽主管(DN300)沿着现有的蒸汽管网支架送至 360/400 环冷余热发电主厂房外变径成两根 DN250 的支管分别与 360/400 烧结余热锅炉低压蒸汽主管(DN250)相连。蓄能器至胜利大道 1# 分汽箱路口处,蒸汽管道可以利旧现有的一根闲置的余热蒸汽管道。动力作业部 360/400 环冷余热发电机组为补汽式凝汽式汽轮机。设计参数为 :额定功率 26.55 MW,主汽压力 1.56~2.16 MPa,主汽温度 320~390 ℃,气源为过热蒸汽。二炼轧饱和蒸汽需要进入锅炉升温升压后再供汽轮机使用 。

由于汽轮机对蒸汽品质要求较高,环冷发电机组采用除盐水作为循环介质,转炉余热锅炉采用反渗透水,二者水质并不匹配,转炉余热蒸汽的混入可能造成环冷锅炉和汽轮机的腐蚀,实施可行性不大。

2.2 利用溴化锂机组制冷

将转炉饱和蒸汽用于溴化锂制冷机组制冷,该技术成熟可靠、应用广泛,主要优势在于溴化锂制冷机组对蒸汽的压力要求较低 ;缺点是设备投资大、溴化锂价格较高、建设投资大。考虑二炼轧及附近作业区生产工序暂无低温制冷需求,同时结合安钢厂区场地布置,分析认为改造意义不大。

2.3 饱和蒸汽替代部分管网蒸汽

通过调研,焦化作业区蒸汽使用量大,品质要求不高,改用饱和蒸汽可以满足生产需求。二炼轧和焦化作业区之间距离约 1 400 m,沿管廊输汽可利旧原蒸汽管道,且沿线有 1# 和 5# 分汽包可以作为缓冲,具备饱和蒸汽替代改造的可行性。该方案经过充分的论证和研究,最终作为二炼轧饱和蒸汽回收利用改造方案。

3 具体方案

安钢厂区蒸汽管网为环网连接状态,通过 6 台分布于公司各个区域的分汽箱实现蒸汽调配,管网内为过热蒸汽,压力 0.3~0.5 MPa,温度大于 250 ℃。其中,二炼轧转炉和蓄热器位于 1#、2# 分汽包联络管线路上,5# 分汽包位于气柜区域,距离焦化区域最近,结合管网现状进行改造。

具体方案 :

(1)利用现有管道将饱和蒸汽引至 1# ~ 2# 分汽包联络管中,同时把 2# 分汽包中 1# 和 2# 分汽包联络门关闭,使饱和蒸汽进入 1# 分汽包,沿途考虑管道疏水,蓄热器出口处增加脱水器 ;

(2)利用现有 1# ~ 5# 分汽包联络管将蒸汽送至 5# 分汽包附近,增加脱水器,并和 5# 分汽包供北线管道连接,送至焦化老减温减压器处,同时将 5# 分汽包上的 1# ~ 5# 连接管供北线手动阀关闭,使之成为饱和蒸汽专管 ;

(3)在焦化区老减温减压器后增加脱水器,焦化区按照饱和蒸汽使用进行系统优化调整 ;

(4)对沿途管道疏水进行优化改造,保证管道积水及时彻底排出,对管道系统进行重新保温,满足最新规范要求,减少热量损失 ;

(5)考虑另一热用户蒸汽使用需求,从 5# 分汽包连接设置一路备用汽源。

改造完成后,实现了转炉饱和蒸汽替代管网蒸汽为焦化区域供汽,改造如图 1 所示。

图片1 

4 风险分析及应对措施

4.1 蒸汽发生量和存储能力不匹配

二炼轧转炉饱和蒸汽产汽量不稳定,当 3 座转炉同时炼钢时,现有的 3 座蓄热器负荷不能满足蒸汽的回收要求,存在多余蒸汽放散情况,造成能源浪费。

优化措施 :根据炼钢周期,调整蓄热器水位,释放蓄热器最大蓄热能力 ;转炉饱和蒸汽管网投运后,新增并联一台蓄热器,提高回收蒸汽量回收能力,对调节稳定蒸汽管网系统压力也具有一定的意义。

4.2 管网蒸汽泄漏

转炉饱和蒸汽压力波动频繁,对管网冲击较大,利旧蒸汽管道投运已接近 15 年,易造成系统泄漏。

控制措施 :对利旧管道全面检查,薄弱环节进行加固处理,后期考虑重新铺设转炉饱和蒸汽直供焦化区使用的蒸汽专管(约 1 400 m)。

4.3 蒸汽输送过程热量损失

原管网蒸汽管道保温为超细玻璃棉(δ=80 mm)外加镀锌铁皮保温,管道散热量大。由于饱和蒸汽放热极易凝结,且气化潜热巨大,在输送过程中蒸汽凝结会造成能源和介质损失,大量凝结水可能会造成管道堵塞。

控制措施 :将利旧和新建管道保温材料改为硅酸钙瓦块 120mm 厚(δ=60 mm×2 层),外层使用镀锌铁皮保护,对于管网低点设置排水装置,定期排水,保证供汽畅通。

5 经济效益

(1)2022 年改造完成,焦化区域的蒸汽供应以转炉饱和蒸汽为主,部分高品质过热蒸汽作补充,置换出的高压蒸汽进行发电创效。转炉按照日生产 120 炉工况计算,每小时可外供 30 t/h 饱和蒸汽,饱和蒸汽在传输过程中因沿途疏水、脱水等造成的损耗较大,以损耗率 40% 计算,可置换 18 t/h高压蒸汽,按照 4.0 kg/kW 的蒸汽发电效率计算,每小时可以多发电 4 500 kWh,转炉运行时间每年按 7 000 h 计算,则每年多发电 31 500 000 kWh。如果按电购价 0.58 元 /kWh 计算,则每年发电机组多创经济效益 1 827 万元。

(2)减少软水浪费,改造完成后,饱和蒸汽不再放散,蒸汽利用可以回收凝结水,按 70% 的回收率,每小时可回收 21 t 软水,按照 6 元 /t,年运行 7 000 h 计算,每年可节省费用 88 万元。

6   结论

经过调试和运行验证,转炉饱和蒸汽并入综合管网,配合管网中段过热蒸汽补充,实现了远距离输送和使用,从而解决了转炉饱和蒸汽放散和过热蒸汽降级使用的问题,合理调配全厂蒸汽,减少不合理使用造成的㶲损失以及热能品质的贬值,使全厂蒸汽系统高效经济运行。在冶金企业能源结构持续优化总体形势下,合理地利用低压饱和蒸汽,减少生产过程中的消耗、降低碳排放量,不仅能给企业带来降本和减排的双重效益,而且符合国家节能减排、低碳发展的政策。

7 参考文献

[ 1 ] 张呼生,武涛 . 架空热水供热管道热损失、沿程温降计算分析[J]. 煤气与热力,2013,33(12):13-14.

[ 2 ] 查克勇,杨绪运,何仁洋,等管系应力计算在工业管道检验检测中的应用[J]. 管道技术与设备,2010(1):31-33.

[ 3 ] 翟国营 . 低压饱和余热蒸汽发电技术在安钢的应用实践[J]. 河南冶金,2016,24(6):46-48.

 

 
 
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