论文部分内容阅读
摘 要：炼钢过程中能量的回收利用及对排放物的处理对节能减排有着重大的意义。文章通过具体实例提出了具体的转炉改造中可能遇到的实际问题，并列举了节能降耗和减排的具体措施。
关键词：节能减排；能量回收；转炉汽化冷却系统
近年来随着环境问题日益严峻，能源逐渐枯竭，钢铁企业的节能减排势在必行。到2015年，我国要淘汰落后炼铁能力2亿吨，炼钢能力6500万吨，钢铁企业转型升级过程中将面临结构调整、转型升级、兼并重组、淘汰落后、化解过剩产能的问题。
近几年钢铁企业的减排措施有烧结机烟气脱硫、各种炉窑燃煤改燃气，节能措施有高炉煤气干式除尘TRT、干熄焦、转炉煤气干法除尘、转炉及加热炉产生的低温低压蒸汽发电、烧结余热发电等。
钢铁企业是我国的耗能大户，尤其转炉炼钢在不同的环节上都存在着能源利用不足，排放超标问题，特别是转炉汽化冷却系统，作为转炉炼钢的主要节能环节，它的设计是否合理在整个炼钢工艺中起着举足轻重的作用。
1 转炉汽化冷却节能降耗与减排的综合措施
随着国家节能减排政策的实施，国内众多钢铁企业都需要通过采用新技术和新工艺来实现节能减排的目标。
（1）活动烟罩的改造
转炉煤气回收占整个转炉工序能量回收总量的80%左右，其热值可达8200kJ/m3左右，是较优质的燃料。用微压差跟踪调节系统，加上变频调速，最大限度地控制过剩空气系数，减少烟气在炉口处的燃烧。
（2）转炉汽化冷却蒸汽替代燃气锅炉
VD真空精炼炉所用的真空泵为间歇运行，抽真空前蒸汽负荷为零，开机后几分钟内达到满负荷，但真空泵工作期间要求蒸汽连续稳定，以往是专设一台锅炉供蒸汽，目前利用蓄热器替代燃气锅炉房的技术已经很成熟，此法不但可以节省建设锅炉房的费用，而且可以将转炉汽化冷却所产生的蒸汽有效利用。
（3）低温低压蒸汽的利用
前几年，转炉炼钢产生的蒸汽一般为0.4～0.8Mpa，很多钢铁厂夏天因无热用户而将蒸汽全部放散，不但造成大量的软水被排放，而且蒸汽的潜能也没被利用。
近几年，利用低温低压蒸汽发电的技术日趋成熟，与火力发电厂发出的同等电量相比，即可节约能源又可减少二氧化碳及污染物的排放。此外，低温低压蒸汽还可用于制冷机组、空调等，运行一两年后效益就可回收。
2 汽化冷却系统的现状及问题
在钢铁冶炼过程中产生的废气、烟尘也是对大气环境质量造成不利影响的重要因素之一。目前炼钢生产过程中的汽化冷却系统仍存在下列问题。
（1）很多钢厂为了快速增产，只将转炉容量增大，汽化冷却烟道和汽包不变，缩短冶炼时间，增加冶炼强度，从而提高供氧强度和煤气发生量。实例表明，当供氧强度每提高1m3/min·吨，煤气发生量会提高11.91m3/吨。因此瞬时烟气量增大，而在同样的风机功率下，会造成风机抽力严重不足，从而导致烟气大量外溢。
（2）水质不达标。虽然采用软水，但由于水质管理不善，加之烟道受热管底部排污较困难，当热负荷很高时，受热管内壁也会结垢，使管子传热效果大大降低，造成超温破坏。
（3）炉尘对受热管的磨损。炉气中含有大量的氧化铁粉尘，粉尘与受热面管子产生摩擦而使受热管磨损。尤其当烟道直径过小时，烟气流速过高，有时能达到35m/s，烟道的寿命大幅度减少。
（4）制造工艺差。在烟道制造过程中，管子与隔板间的大量焊缝均采用手工焊接，不易保证焊接质量，时有漏水现象发生，既浪费了软水又造成不安全隐患。
（5）由于活动烟罩使用一段时间后性能下降，因此很多钢厂将活动烟罩的高度一次性调节好并将其固定，以后不再升降，从而导致烟气在炉口外燃烧的份额增多，回收质量不高。
以上问题如不解决，将会制约我国能源政策的实施，很多钢厂面临停产的局面，因此钢厂的技改迫在眉睫。
3 转炉汽化冷却改造中的实际问题
钢铁企业一方面要淘汰落后小转炉，在原有基础上整合扩建，另一方面要进行节能减排的技术改造。
例如，某钢厂要改造原有85t转炉，欲在节省投资的基础上进行改造。原则上尽量保留原有设备、厂房，仅对吊车梁及柱子进行加固，以达到满足转炉最大装炉量120 t的要求。经过对原吊车梁校核后，由于原来选择的吊车有一定的余量，能满足转炉最大装炉量的要求，故仅对柱子进行加固。由于吊车梁及各层平台的高度已经定型，不易拆除重建，改造应在不碰吊车梁及柱的情况下，尽量扩大汽化冷却烟道的直径。
3.1 汽化冷却烟道的校核分析
通过计算发现：
（1）现仅校核炉口段烟道的直径，在脱碳速度为0.5%/min时，炉气量为100760标m3/h，烟气平均流速为28m/s，末端烟道出口温度高达950℃。靠增大一文的喷水量解决高温会造成水资源的进一步浪费，最终决定改为干法除尘。
（2）烟道直径影响传热效果和烟气冲刷磨损烟流携带炉尘量，而加大直径有限，只能把末段加粗到直径2.3m，将烟道加长1.5m，同时将汽包提高1.5m。
（3）汽包作用是用来分离汽水混合物的，能保证蒸汽的品质，同时储存一定的水量，当给水因事故中断时，用来保证转炉吹炼顺利结束和安全停炉。
汽包小了有两点不利：一是蒸汽含汽率较高，蒸汽品质差；二是为防止干烧水位提高接近上升管口，吹炼时汽包水位上下波动剧烈，周期性地与上升管内的汽水混合物相撞，导致汽水循环不畅，产生周期性脉动，烧漏水冷壁。
经过以上分析决定将汽包更换，直径由2m改为2.4m，提高了生产安全性。
3.2 转炉汽化冷却系统对后部工序的影响
由于装炉量的增大非常有限，为了增大出钢量，就要减少吹炼时间以增强冶炼强度，在开罩吹炼中期瞬时最大炉气量有大幅度增加，而通风除尘系统风机不能满足需要，烟气外溢，汽化冷却烟道与风机排烟量之间互相制约，如不匹配就会造成过剩空气系数过大，烟气量增多，为此决定重建鼓风机房。
由此可以看出，本改造通过尽可能加长汽化冷却烟道，扩大汽包直径，加大风机风量等方法，满足了工艺要求，且实际运行也达到了预期的效果，在一定程度上达到了节能减排的目的。
参考文献
[1]徐向阳.氧气顶吹转炉高速冶炼技术实践[J].鞍钢技术，2009，（3）：39-43.
[2]黄卫超，马林.转炉煤气的回收及利用[J].宝钢技术，2009，（3）：17-20.
（作者单位：1.合肥工业大学宣城校区建筑工程系2013给排水；2.中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院热力）
关键词：节能减排；能量回收；转炉汽化冷却系统
近年来随着环境问题日益严峻，能源逐渐枯竭，钢铁企业的节能减排势在必行。到2015年，我国要淘汰落后炼铁能力2亿吨，炼钢能力6500万吨，钢铁企业转型升级过程中将面临结构调整、转型升级、兼并重组、淘汰落后、化解过剩产能的问题。
近几年钢铁企业的减排措施有烧结机烟气脱硫、各种炉窑燃煤改燃气，节能措施有高炉煤气干式除尘TRT、干熄焦、转炉煤气干法除尘、转炉及加热炉产生的低温低压蒸汽发电、烧结余热发电等。
钢铁企业是我国的耗能大户，尤其转炉炼钢在不同的环节上都存在着能源利用不足，排放超标问题，特别是转炉汽化冷却系统，作为转炉炼钢的主要节能环节，它的设计是否合理在整个炼钢工艺中起着举足轻重的作用。
1 转炉汽化冷却节能降耗与减排的综合措施
随着国家节能减排政策的实施，国内众多钢铁企业都需要通过采用新技术和新工艺来实现节能减排的目标。
（1）活动烟罩的改造
转炉煤气回收占整个转炉工序能量回收总量的80%左右，其热值可达8200kJ/m3左右，是较优质的燃料。用微压差跟踪调节系统，加上变频调速，最大限度地控制过剩空气系数，减少烟气在炉口处的燃烧。
（2）转炉汽化冷却蒸汽替代燃气锅炉
VD真空精炼炉所用的真空泵为间歇运行，抽真空前蒸汽负荷为零，开机后几分钟内达到满负荷，但真空泵工作期间要求蒸汽连续稳定，以往是专设一台锅炉供蒸汽，目前利用蓄热器替代燃气锅炉房的技术已经很成熟，此法不但可以节省建设锅炉房的费用，而且可以将转炉汽化冷却所产生的蒸汽有效利用。
（3）低温低压蒸汽的利用
前几年，转炉炼钢产生的蒸汽一般为0.4～0.8Mpa，很多钢铁厂夏天因无热用户而将蒸汽全部放散，不但造成大量的软水被排放，而且蒸汽的潜能也没被利用。
近几年，利用低温低压蒸汽发电的技术日趋成熟，与火力发电厂发出的同等电量相比，即可节约能源又可减少二氧化碳及污染物的排放。此外，低温低压蒸汽还可用于制冷机组、空调等，运行一两年后效益就可回收。
2 汽化冷却系统的现状及问题
在钢铁冶炼过程中产生的废气、烟尘也是对大气环境质量造成不利影响的重要因素之一。目前炼钢生产过程中的汽化冷却系统仍存在下列问题。
（1）很多钢厂为了快速增产，只将转炉容量增大，汽化冷却烟道和汽包不变，缩短冶炼时间，增加冶炼强度，从而提高供氧强度和煤气发生量。实例表明，当供氧强度每提高1m3/min·吨，煤气发生量会提高11.91m3/吨。因此瞬时烟气量增大，而在同样的风机功率下，会造成风机抽力严重不足，从而导致烟气大量外溢。
（2）水质不达标。虽然采用软水，但由于水质管理不善，加之烟道受热管底部排污较困难，当热负荷很高时，受热管内壁也会结垢，使管子传热效果大大降低，造成超温破坏。
（3）炉尘对受热管的磨损。炉气中含有大量的氧化铁粉尘，粉尘与受热面管子产生摩擦而使受热管磨损。尤其当烟道直径过小时，烟气流速过高，有时能达到35m/s，烟道的寿命大幅度减少。
（4）制造工艺差。在烟道制造过程中，管子与隔板间的大量焊缝均采用手工焊接，不易保证焊接质量，时有漏水现象发生，既浪费了软水又造成不安全隐患。
（5）由于活动烟罩使用一段时间后性能下降，因此很多钢厂将活动烟罩的高度一次性调节好并将其固定，以后不再升降，从而导致烟气在炉口外燃烧的份额增多，回收质量不高。
以上问题如不解决，将会制约我国能源政策的实施，很多钢厂面临停产的局面，因此钢厂的技改迫在眉睫。
3 转炉汽化冷却改造中的实际问题
钢铁企业一方面要淘汰落后小转炉，在原有基础上整合扩建，另一方面要进行节能减排的技术改造。
例如，某钢厂要改造原有85t转炉，欲在节省投资的基础上进行改造。原则上尽量保留原有设备、厂房，仅对吊车梁及柱子进行加固，以达到满足转炉最大装炉量120 t的要求。经过对原吊车梁校核后，由于原来选择的吊车有一定的余量，能满足转炉最大装炉量的要求，故仅对柱子进行加固。由于吊车梁及各层平台的高度已经定型，不易拆除重建，改造应在不碰吊车梁及柱的情况下，尽量扩大汽化冷却烟道的直径。
3.1 汽化冷却烟道的校核分析
通过计算发现：
（1）现仅校核炉口段烟道的直径，在脱碳速度为0.5%/min时，炉气量为100760标m3/h，烟气平均流速为28m/s，末端烟道出口温度高达950℃。靠增大一文的喷水量解决高温会造成水资源的进一步浪费，最终决定改为干法除尘。
（2）烟道直径影响传热效果和烟气冲刷磨损烟流携带炉尘量，而加大直径有限，只能把末段加粗到直径2.3m，将烟道加长1.5m，同时将汽包提高1.5m。
（3）汽包作用是用来分离汽水混合物的，能保证蒸汽的品质，同时储存一定的水量，当给水因事故中断时，用来保证转炉吹炼顺利结束和安全停炉。
汽包小了有两点不利：一是蒸汽含汽率较高，蒸汽品质差；二是为防止干烧水位提高接近上升管口，吹炼时汽包水位上下波动剧烈，周期性地与上升管内的汽水混合物相撞，导致汽水循环不畅，产生周期性脉动，烧漏水冷壁。
经过以上分析决定将汽包更换，直径由2m改为2.4m，提高了生产安全性。
3.2 转炉汽化冷却系统对后部工序的影响
由于装炉量的增大非常有限，为了增大出钢量，就要减少吹炼时间以增强冶炼强度，在开罩吹炼中期瞬时最大炉气量有大幅度增加，而通风除尘系统风机不能满足需要，烟气外溢，汽化冷却烟道与风机排烟量之间互相制约，如不匹配就会造成过剩空气系数过大，烟气量增多，为此决定重建鼓风机房。
由此可以看出，本改造通过尽可能加长汽化冷却烟道，扩大汽包直径，加大风机风量等方法，满足了工艺要求，且实际运行也达到了预期的效果，在一定程度上达到了节能减排的目的。
参考文献
[1]徐向阳.氧气顶吹转炉高速冶炼技术实践[J].鞍钢技术，2009，（3）：39-43.
[2]黄卫超，马林.转炉煤气的回收及利用[J].宝钢技术，2009，（3）：17-20.
（作者单位：1.合肥工业大学宣城校区建筑工程系2013给排水；2.中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院热力）