楊四龍
（安陽鋼鐵股份有限責(zé)任公司）
摘要：通過對轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的低品質(zhì)飽和蒸汽的儲存、輸送和利用方式的研究，以 3 座 150 t 轉(zhuǎn)爐為實(shí)例，結(jié)合綜合管網(wǎng)系統(tǒng)的改造，打通輸汽節(jié)點(diǎn)，延長供汽線路，拓展用戶，實(shí)現(xiàn)了飽和蒸汽全收全用，減少了高壓蒸汽降級使用，避免了能源浪費(fèi)，從而提高了能源利用率。
關(guān)鍵詞：管網(wǎng)；飽和蒸汽；壓力；疏水
0 前言
安鋼第二煉軋作業(yè)部（以下簡稱“二連軋”）現(xiàn)有 3 臺 150 t 煉鋼轉(zhuǎn)爐，其汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生大量低壓飽和蒸汽。飽和蒸汽主要有兩部分用途，一部分飽和蒸汽通過燃?xì)馐竭^熱裝置加熱后供 VD爐或 RH 爐抽真空，供汽不足時(shí)由動(dòng)力作業(yè)部鼓風(fēng)機(jī)站提供的中溫中壓蒸汽補(bǔ)充 ；另一部分飽和蒸汽用于生活供汽。由于飽和蒸汽用戶較少，當(dāng)生產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整時(shí)，會出現(xiàn)飽和蒸汽供大于求的情況，不得不進(jìn)行放散處理。
安鋼焦化區(qū)域蒸汽需求量大（100 t/h）、壓力低（0.3 MPa），氣源為新老兩個(gè)減溫減壓站，兩站由公司兩臺 240 t/h 高溫高壓鍋爐、140 t 干熄焦余熱鍋爐、190 t 干熄焦余熱鍋爐供應(yīng)蒸汽，以上鍋爐蒸汽壓力均在 9 MPa 以上，考慮用戶需求和管網(wǎng)安全不得不降壓至 0.3 MPa 使用，高品質(zhì)蒸汽的大幅度降級使用，造成極大的能源浪費(fèi)。
筆者結(jié)合安鋼現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，通過對轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽富余量和焦化區(qū)域蒸汽需求量進(jìn)行平衡計(jì)算，利舊部分蒸汽管網(wǎng)，打通輸汽節(jié)點(diǎn)，延長飽和蒸汽供氣線路，實(shí)現(xiàn)了飽和蒸汽全收全用，減少了高壓蒸汽降級使用，避免了能源浪費(fèi)，從而提高了能源利用率。
1 轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽回收、輸送、利用存在的問題
二連軋 3 座轉(zhuǎn)爐配套設(shè)置 3 臺余熱鍋爐，在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽，外供蒸汽參數(shù)為 ：壓力 1.2~1.8 MPa、溫度 180~195 ℃。轉(zhuǎn)爐煉鋼并不連續(xù)，一個(gè)冶煉周期為 30 min，在煉鋼期間和煉鋼間隙，余熱鍋爐蒸產(chǎn)量波動(dòng)大（10~30 t/h）。
3 座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)模式下，生產(chǎn)節(jié)奏并不同一，累計(jì)蒸汽產(chǎn)量波動(dòng)可達(dá) 40~80 t/h。為了收集、儲存飽和蒸汽，二煉軋?jiān)O(shè)置有 3 臺蒸發(fā)蓄熱器，大部分飽和蒸汽經(jīng)過加熱后供 VD 爐或 RH 爐抽真空使用，小部分（＜ 3 t/h）用于生活供汽。由于二煉軋煉鋼冶煉節(jié)奏加快，鍋爐蒸汽發(fā)生量增加，蓄熱器蓄熱能力有限，無法全部回收飽和蒸汽，不得不將部分蒸汽放散，放散量約 10 t/h。2022 年，二連軋 VD 爐水環(huán)真空泵投入使用，飽和蒸汽抽真空系統(tǒng)停止使用，新增 20~30 t/h 的轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽放散，因此二煉軋轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽利用改造顯得尤為緊迫和必要。
2 改造方案對比
余熱蒸汽利用的總原則是，根據(jù)余熱資源的參數(shù)和用戶需求，盡量做到能級匹配，在負(fù)荷技術(shù)經(jīng)濟(jì)的條件下，選擇適宜的系統(tǒng)和設(shè)備，使余熱蒸汽發(fā)揮最大的效益。對于轉(zhuǎn)爐低壓飽和蒸汽的利用有以下幾個(gè)方案。
2.1 送至環(huán)冷鍋爐加壓后供余熱發(fā)電
從二煉軋蓄能器出來的余熱蒸汽主管（DN300）沿著現(xiàn)有的蒸汽管網(wǎng)支架送至 360/400 環(huán)冷余熱發(fā)電主廠房外變徑成兩根 DN250 的支管分別與 360/400 燒結(jié)余熱鍋爐低壓蒸汽主管（DN250）相連。蓄能器至勝利大道 1# 分汽箱路口處，蒸汽管道可以利舊現(xiàn)有的一根閑置的余熱蒸汽管道。動(dòng)力作業(yè)部 360/400 環(huán)冷余熱發(fā)電機(jī)組為補(bǔ)汽式凝汽式汽輪機(jī)。設(shè)計(jì)參數(shù)為 ：額定功率 26.55 MW，主汽壓力 1.56~2.16 MPa，主汽溫度 320~390 ℃，氣源為過熱蒸汽。二煉軋飽和蒸汽需要進(jìn)入鍋爐升溫升壓后再供汽輪機(jī)使用 。
由于汽輪機(jī)對蒸汽品質(zhì)要求較高，環(huán)冷發(fā)電機(jī)組采用除鹽水作為循環(huán)介質(zhì)，轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐采用反滲透水，二者水質(zhì)并不匹配，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽的混入可能造成環(huán)冷鍋爐和汽輪機(jī)的腐蝕，實(shí)施可行性不大。
2.2 利用溴化鋰機(jī)組制冷
將轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽用于溴化鋰制冷機(jī)組制冷，該技術(shù)成熟可靠、應(yīng)用廣泛，主要優(yōu)勢在于溴化鋰制冷機(jī)組對蒸汽的壓力要求較低 ；缺點(diǎn)是設(shè)備投資大、溴化鋰價(jià)格較高、建設(shè)投資大。考慮二煉軋及附近作業(yè)區(qū)生產(chǎn)工序暫無低溫制冷需求，同時(shí)結(jié)合安鋼廠區(qū)場地布置，分析認(rèn)為改造意義不大。
2.3 飽和蒸汽替代部分管網(wǎng)蒸汽
通過調(diào)研，焦化作業(yè)區(qū)蒸汽使用量大，品質(zhì)要求不高，改用飽和蒸汽可以滿足生產(chǎn)需求。二煉軋和焦化作業(yè)區(qū)之間距離約 1 400 m，沿管廊輸汽可利舊原蒸汽管道，且沿線有 1# 和 5# 分汽包可以作為緩沖，具備飽和蒸汽替代改造的可行性。該方案經(jīng)過充分的論證和研究，最終作為二煉軋飽和蒸汽回收利用改造方案。
3 具體方案
安鋼廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)連接狀態(tài)，通過 6 臺分布于公司各個(gè)區(qū)域的分汽箱實(shí)現(xiàn)蒸汽調(diào)配，管網(wǎng)內(nèi)為過熱蒸汽，壓力 0.3~0.5 MPa，溫度大于 250 ℃。其中，二煉軋轉(zhuǎn)爐和蓄熱器位于 1#、2# 分汽包聯(lián)絡(luò)管線路上，5# 分汽包位于氣柜區(qū)域，距離焦化區(qū)域最近，結(jié)合管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行改造。
具體方案 ：
（1）利用現(xiàn)有管道將飽和蒸汽引至 1# ～ 2# 分汽包聯(lián)絡(luò)管中，同時(shí)把 2# 分汽包中 1# 和 2# 分汽包聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉，使飽和蒸汽進(jìn)入 1# 分汽包，沿途考慮管道疏水，蓄熱器出口處增加脫水器 ；
（2）利用現(xiàn)有 1# ～ 5# 分汽包聯(lián)絡(luò)管將蒸汽送至 5# 分汽包附近，增加脫水器，并和 5# 分汽包供北線管道連接，送至焦化老減溫減壓器處，同時(shí)將 5# 分汽包上的 1# ～ 5# 連接管供北線手動(dòng)閥關(guān)閉，使之成為飽和蒸汽專管 ；
（3）在焦化區(qū)老減溫減壓器后增加脫水器，焦化區(qū)按照飽和蒸汽使用進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整 ；
（4）對沿途管道疏水進(jìn)行優(yōu)化改造，保證管道積水及時(shí)徹底排出，對管道系統(tǒng)進(jìn)行重新保溫，滿足最新規(guī)范要求，減少熱量損失 ；
（5）考慮另一熱用戶蒸汽使用需求，從 5# 分汽包連接設(shè)置一路備用汽源。
改造完成后，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽替代管網(wǎng)蒸汽為焦化區(qū)域供汽，改造如圖 1 所示。
4 風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對措施
4.1 蒸汽發(fā)生量和存儲能力不匹配
二煉軋轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽產(chǎn)汽量不穩(wěn)定，當(dāng) 3 座轉(zhuǎn)爐同時(shí)煉鋼時(shí)，現(xiàn)有的 3 座蓄熱器負(fù)荷不能滿足蒸汽的回收要求，存在多余蒸汽放散情況，造成能源浪費(fèi)。
優(yōu)化措施 ：根據(jù)煉鋼周期，調(diào)整蓄熱器水位，釋放蓄熱器最大蓄熱能力 ；轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽管網(wǎng)投運(yùn)后，新增并聯(lián)一臺蓄熱器，提高回收蒸汽量回收能力，對調(diào)節(jié)穩(wěn)定蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)壓力也具有一定的意義。
4.2 管網(wǎng)蒸汽泄漏
轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽壓力波動(dòng)頻繁，對管網(wǎng)沖擊較大，利舊蒸汽管道投運(yùn)已接近 15 年，易造成系統(tǒng)泄漏。
控制措施 ：對利舊管道全面檢查，薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加固處理，后期考慮重新鋪設(shè)轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽直供焦化區(qū)使用的蒸汽專管（約 1 400 m）。
4.3 蒸汽輸送過程熱量損失
原管網(wǎng)蒸汽管道保溫為超細(xì)玻璃棉（δ=80 mm）外加鍍鋅鐵皮保溫，管道散熱量大。由于飽和蒸汽放熱極易凝結(jié)，且氣化潛熱巨大，在輸送過程中蒸汽凝結(jié)會造成能源和介質(zhì)損失，大量凝結(jié)水可能會造成管道堵塞。
控制措施 ：將利舊和新建管道保溫材料改為硅酸鈣瓦塊 120mm 厚（δ=60 mm×2 層），外層使用鍍鋅鐵皮保護(hù)，對于管網(wǎng)低點(diǎn)設(shè)置排水裝置，定期排水，保證供汽暢通。
5 經(jīng)濟(jì)效益
（1）2022 年改造完成，焦化區(qū)域的蒸汽供應(yīng)以轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽為主，部分高品質(zhì)過熱蒸汽作補(bǔ)充，置換出的高壓蒸汽進(jìn)行發(fā)電創(chuàng)效。轉(zhuǎn)爐按照日生產(chǎn) 120 爐工況計(jì)算，每小時(shí)可外供 30 t/h 飽和蒸汽，飽和蒸汽在傳輸過程中因沿途疏水、脫水等造成的損耗較大，以損耗率 40% 計(jì)算，可置換 18 t/h高壓蒸汽，按照 4.0 kg/kW 的蒸汽發(fā)電效率計(jì)算，每小時(shí)可以多發(fā)電 4 500 kWh，轉(zhuǎn)爐運(yùn)行時(shí)間每年按 7 000 h 計(jì)算，則每年多發(fā)電 31 500 000 kWh。如果按電購價(jià) 0.58 元 /kWh 計(jì)算，則每年發(fā)電機(jī)組多創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益 1 827 萬元。
（2）減少軟水浪費(fèi)，改造完成后，飽和蒸汽不再放散，蒸汽利用可以回收凝結(jié)水，按 70% 的回收率，每小時(shí)可回收 21 t 軟水，按照 6 元 /t，年運(yùn)行 7 000 h 計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用 88 萬元。
6 結(jié)論
經(jīng)過調(diào)試和運(yùn)行驗(yàn)證，轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽并入綜合管網(wǎng)，配合管網(wǎng)中段過熱蒸汽補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離輸送和使用，從而解決了轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽放散和過熱蒸汽降級使用的問題，合理調(diào)配全廠蒸汽，減少不合理使用造成的?損失以及熱能品質(zhì)的貶值，使全廠蒸汽系統(tǒng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在冶金企業(yè)能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化總體形勢下，合理地利用低壓飽和蒸汽，減少生產(chǎn)過程中的消耗、降低碳排放量，不僅能給企業(yè)帶來降本和減排的雙重效益，而且符合國家節(jié)能減排、低碳發(fā)展的政策。
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