寧鋼實(shí)現(xiàn)全工序負(fù)能煉鋼的措施及效果

宋永杰

(寧波鋼鐵有限公司)

寧鋼實(shí)現(xiàn)全工序負(fù)能煉鋼的措施及效果

宋永杰

(寧波鋼鐵有限公司)

負(fù)能煉鋼在寧鋼實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的進(jìn)展，文中就降低煉鋼工序能耗，提高轉(zhuǎn)爐煤氣，蒸汽回收率采取了一系列的措施經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了較深入的介紹和探討。

負(fù)能煉鋼 轉(zhuǎn)爐煤氣回收 蒸汽回收 煉鋼工序能源消耗

0 前言

負(fù)能煉鋼是指轉(zhuǎn)爐煉鋼工序消耗的總能量小于回收的總能量，即轉(zhuǎn)爐煉鋼工序消耗的電、氧、氮、氬、焦?fàn)t煤氣、水等能源，與回收的轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽之差為負(fù)值;全工序負(fù)能煉鋼是指包括轉(zhuǎn)爐、爐外精煉以及連鑄在內(nèi)的整個(gè)煉鋼工序能耗小于零。實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼特別是全工序負(fù)能煉鋼是一個(gè)現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)工藝、設(shè)備、操作以及管理等諸方面先進(jìn)水平的綜合體現(xiàn);是衡量鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的重要標(biāo)志;也是節(jié)能減排、降低成本、提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

1 概況

煉鋼廠主要工藝流程為:高爐鐵水→混鐵車→鐵水倒罐站→鐵水脫硫站→轉(zhuǎn)爐→LF精煉爐→連鑄機(jī)→熱裝熱送，其涉及的主要耗能設(shè)備有:兩套鐵水脫硫處理設(shè)施、三座180 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、兩臺(tái)二機(jī)二流板坯連鑄機(jī)、一座LF精煉爐、鋼包、中間包烘烤、轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)等。主要能源介質(zhì)包括:電、水、氧氣、氮?dú)狻鍤?、蒸汽、焦?fàn)t煤氣，壓縮空氣。煉鋼廠于2007年5月投產(chǎn)，在三座180 t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)步入正軌，轉(zhuǎn)爐煤氣及蒸汽回收系統(tǒng)逐步投運(yùn)后，為進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)爐煉鋼的操作水平及管理水平，達(dá)到降本增效、節(jié)能減排的目的，寧波鋼鐵開始實(shí)施負(fù)能煉鋼公關(guān)，從降低煉鋼工序能耗，提高轉(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽回收率三大方面入手，針對(duì)具體問(wèn)題制定了相關(guān)措施，并積極落實(shí)，經(jīng)過(guò)努力寧鋼2010年4月份煉鋼全工序能耗為－1.657 kgce/t，首次實(shí)現(xiàn)全工序負(fù)能煉鋼。

2 措施及實(shí)施

2.1 煉鋼工序上節(jié)約能源消耗

1)建立能源考核制度，嚴(yán)格防止煉鋼因操作原因致使鋼水溫度低而使用LF爐，造成電能的浪費(fèi)，煉鋼排程人員合理制定品種鋼冶煉計(jì)劃，盡量在用電低谷時(shí)使用LF爐。

2)能源調(diào)度及時(shí)掌握煉鋼連鑄機(jī)的生產(chǎn)狀況，及時(shí)停運(yùn)空壓機(jī)減少煉鋼空氣的消耗。根據(jù)煉鋼的生產(chǎn)節(jié)奏，及時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐煤氣用戶的煤氣使用量，避免因轉(zhuǎn)爐煤氣柜滿造成轉(zhuǎn)爐煤氣的放散。

3)在實(shí)踐中合理設(shè)定氧副槍的氮封壓力，避免過(guò)高的壓力造成氮?dú)獾睦速M(fèi)。

4)對(duì)煉鋼的鋼包，鐵包烘烤器進(jìn)行行技術(shù)改造，改為帶蓄熱器的烘烤器，節(jié)約焦?fàn)t煤氣。

5)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐低吹模式，合理分配氮?dú)?，氬氣使用?/p>

2.2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收

寧波鋼鐵轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝為:來(lái)自汽化冷卻煙道的轉(zhuǎn)爐煙氣→一級(jí)溢流文氏管→撞擊式重力脫水器→二級(jí)環(huán)縫式可調(diào)喉口文氏管→900彎頭脫水器→旋風(fēng)脫水器→鼓風(fēng)機(jī)→三通切換閥→水封逆止閥→U形水封→8萬(wàn)轉(zhuǎn)爐煤氣柜→電除塵器→轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機(jī)→轉(zhuǎn)爐煤氣用戶。該工藝稱為“OG”法回收煤氣，即高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙氣冷卻系統(tǒng)后，煙氣由1450℃降到1000℃以下，然后進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括兩級(jí)文氏管、90℃彎頭脫水器和水霧分離器。第一級(jí)文氏管采用手動(dòng)可調(diào)喉口文氏管，煙氣溫度由1000℃降至飽和溫度75℃，使大部分粗顆粒隨污水進(jìn)入90°彎頭脫水器而排除，從而達(dá)到粗除塵的目的。第二級(jí)文氏管采用自調(diào)喉口文氏管，通過(guò)爐口微差壓裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)喉口開度，使適應(yīng)煙氣量的變化，以達(dá)到精除塵的目的。通過(guò)二級(jí)文氏管后的煙氣溫度繼續(xù)下降，一般可達(dá)67℃左右。經(jīng)二級(jí)文氏管除塵后的煙氣，除通過(guò)90°彎頭脫水器進(jìn)行脫水外，再通過(guò)擋水板水霧分離器，進(jìn)一步分離煙氣中的剩余水分，然后通過(guò)流量計(jì)由引風(fēng)機(jī)送入煤氣回收系統(tǒng)。根據(jù)時(shí)間順序裝置，控制三通切換閥，對(duì)煙氣控制回收、放散。吹煉初期和末期由于煙氣中CO含量不高，所以通過(guò)放散煙囪燃燒后排入大氣。在回收期，煤氣經(jīng)水封逆止閥、V形水封閥和煤氣總管道送入煤氣柜。完成了凈化、回收的過(guò)程。寧鋼2008年轉(zhuǎn)爐煤氣實(shí)現(xiàn)回收以來(lái)由于柜前氧含量超標(biāo)，煤氣含塵量大，回收時(shí)間短等問(wèn)題嚴(yán)重制約了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收，為此成立了能源部和煉鋼部技術(shù)公關(guān)小組，通過(guò)從轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的工藝和設(shè)備改造，規(guī)范操作方式等方面入手，采取了一系列措施使轉(zhuǎn)爐煤氣的噸鋼回收率提高到了100 m3/t鋼。

2.2.1 轉(zhuǎn)爐氮?dú)獯祾吆兔芊庀到y(tǒng)的改造

轉(zhuǎn)爐氮?dú)獯祾吆兔芊庀到y(tǒng)的功能有二:一是氧槍孔、副槍孔、副原料孔進(jìn)行氮?dú)饷芊?，防止生產(chǎn)中的煙氣和火焰從這些孔中竄出，污染環(huán)境或損壞周圍設(shè)備;二是對(duì)三通閥、旁通閥及三通閥和水封逆止閥之間的管道進(jìn)行吹掃，把這些地方的殘余煤氣趕走，以免和下一爐生產(chǎn)初期進(jìn)入的空氣混合產(chǎn)生爆炸，寧鋼的轉(zhuǎn)爐氮?dú)饷芊?、吹掃系統(tǒng)的問(wèn)題主要有二:一是除了三通閥與水封逆止閥之前一段管道外，其他各路都已有氮?dú)猓@一部分管道對(duì)于安全生產(chǎn)來(lái)說(shuō)還是一個(gè)盲區(qū);二是各路氮?dú)獾臋z測(cè)只有壓力檢測(cè)而不是流量檢測(cè)，這種方法是不科學(xué)的。因?yàn)榭繅毫z測(cè)只能知道氮封或是吹掃是否進(jìn)行，但效果如何不得而知。例如吹掃系統(tǒng)，它是要靠一定量的氮?dú)鈦?lái)置換管道里的殘余氣體的，所以需要對(duì)氮?dú)饬髁窟M(jìn)行檢測(cè)。對(duì)轉(zhuǎn)爐氮?dú)獯祾吆兔芊庀到y(tǒng)進(jìn)行如下改造:

1)在三通閥與水封逆止閥之間增加一條氮?dú)獯祾呋芈?

2)將原來(lái)的壓力檢測(cè)改為流量檢測(cè);

3)將原來(lái)的PLC系統(tǒng)的軟件作相應(yīng)修改。通過(guò)改進(jìn).增強(qiáng)了整個(gè)轉(zhuǎn)爐氮?dú)獯祾吆兔芊庀到y(tǒng)的安全性與可靠性，并可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的氮?dú)庀牧窟M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)可以在保證安全的前提下調(diào)整流量，減少了氮?dú)獾南牧俊?/p>

2.2.2 增加激光型氧分析儀

寧鋼原先采用化學(xué)式的氧分析儀，該氧分析儀對(duì)氧氣的分析存在滯后性，而激光型氧分析儀對(duì)氧氣的分析靈敏度較高，寧鋼在化學(xué)式氧分析前增加一套激光型氧分析儀，轉(zhuǎn)爐煤氣回收時(shí)以該分析儀對(duì)氧含量的測(cè)定為準(zhǔn)。

通過(guò)轉(zhuǎn)爐氮?dú)獯祾吆兔芊庀到y(tǒng)的改造和增加激光型氧分析儀，轉(zhuǎn)爐煤氣回收結(jié)束后轉(zhuǎn)爐氣柜柜前氧含量超標(biāo)問(wèn)題基本得到了解決。

2.2.3 煙氣分析系統(tǒng)的改造

寧鋼煙氣分析系統(tǒng)存在的問(wèn)題是實(shí)時(shí)性差，煙氣的分析結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于實(shí)際氣體的成分，經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員對(duì)某鋼廠的分析系統(tǒng)比較發(fā)現(xiàn)是設(shè)計(jì)上的欠缺造成，寧鋼煙氣分析系統(tǒng)與某鋼廠的煙氣分析系統(tǒng)其主要區(qū)別在于:某鋼廠分析系統(tǒng)的抽氣泵后設(shè)了一路旁通，作放散用，取樣器加上樣氣管路總?cè)莘e估算約2升。寧鋼:分析儀用氣量為30 L/h～60 L/h，實(shí)際常用在 50 L/h，約合 0.83 L/min，無(wú)旁通放散。某鋼廠:分析儀用氣量為0.5+1+1=2.5 L/h，旁通放散約是25 L/min。兩者氣體的總流量是27.5 L/min。采樣氣體進(jìn)入采樣器到達(dá)分析儀就必須把取樣器和管路中的氣體全部排去。下面就是兩個(gè)系統(tǒng)排氣所花費(fèi)的時(shí)間:

寧鋼:2 L/0.83 L=2 min;

某鋼廠:2 L/27.5 L=0.07 min。

兩者相差兩分多鐘，所以寧鋼在轉(zhuǎn)爐開始吹煉到煤氣回收要比某鋼廠多兩分多鐘。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符。寧鋼采取以下方案:

1)和某鋼廠一樣增設(shè)一路旁通放散，需設(shè)備玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)一臺(tái)，帶手閥，其量程為0～50 L/min;

2)原來(lái)的抽氣泵能力太小，需要更換。寧鋼現(xiàn)場(chǎng)的抽氣泵為100 L/h，應(yīng)改用30 L/min～35 L/min(即1800 L/h～2100 L/h)左右的抽氣泵;

3)采樣氣體管路的直徑太小，影響樣氣的流通能力，現(xiàn)寧鋼樣氣管路為Φ6 mm×1不銹鋼管，直徑僅4 mm，改用Φ10 mm×1不銹鋼管。

4)考慮到采樣氣體流量的增加會(huì)影響脫濕效果，現(xiàn)有的脫濕器能力不夠，需更換并在脫濕器前增設(shè)一臺(tái)氣體預(yù)冷器。通過(guò)上述改善，明顯地提高轉(zhuǎn)爐煙氣分析的實(shí)時(shí)性，使轉(zhuǎn)爐煤氣回收時(shí)間大幅提前，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收時(shí)間達(dá)到了10 min，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量。

2.2.4 根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)合理設(shè)定轉(zhuǎn)爐煤氣柜柜位上限

轉(zhuǎn)爐氣柜投運(yùn)初期，考慮氣柜運(yùn)行的安全性，轉(zhuǎn)爐氣柜柜位上限設(shè)定為6.5萬(wàn)m3，即柜位達(dá)到6.5萬(wàn)時(shí)三通閥自動(dòng)切換至放散，轉(zhuǎn)爐氣柜停止回收，為了充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐氣柜的儲(chǔ)存性能，對(duì)氣柜進(jìn)口閥門及自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)定，將轉(zhuǎn)爐氣柜柜位上限設(shè)定為7.0萬(wàn)m3，通過(guò)對(duì)氣柜上限的重新設(shè)定，極大地緩和了柜滿拒收現(xiàn)象。

2.2.5 規(guī)范冶煉操作水平

1)減少空氣吸人。轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中.在活動(dòng)煙罩與爐口的間隙處會(huì)有少量的空氣進(jìn)入，易造成煤氣的二次燃燒，降低煤氣的發(fā)生量。因此要求冶煉開吹前必須降罩。

2)增加供氧強(qiáng)度。轉(zhuǎn)爐冶煉進(jìn)入中后期，熔池內(nèi)開始大量氧化.此時(shí)爐內(nèi)反應(yīng)以脫碳為主，脫碳速度主要取決于供氧強(qiáng)度供氧強(qiáng)度提高，可提高CO含量在吹煉初期的上升速率和末期的下降速率。從而延長(zhǎng)吹煉中后期時(shí)間。提高煤氣回收量。若將轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度從 3.17m3/(min·t)提高到3.57 m3/(min·t)，冶煉時(shí)間可縮短到 12.5 min。噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量可提高4 m3。

3)提高操做水平控制不必要異常中斷回收現(xiàn)象，減少轉(zhuǎn)爐噴濺和“雙渣”次數(shù)。

4)通過(guò)二文重砣調(diào)整使?fàn)t口微壓差控制在±5 Pa，減少空氣的吸入量，使CO燃燒率降低，以提高煤氣熱值。

5)由于轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中常發(fā)生爐口結(jié)渣現(xiàn)象，直接影響了活動(dòng)煙罩和轉(zhuǎn)爐間的接合，影響了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收，因此需要加強(qiáng)爐口結(jié)塊的清除。

2.3 回收蒸汽

轉(zhuǎn)爐蒸汽工藝流程如下:軟水→給水泵→汽包(水)→汽化冷卻煙道→汽包(汽)→蓄熱器→分汽缸→公司管網(wǎng)→用戶。即轉(zhuǎn)爐通過(guò)汽化冷卻煙道產(chǎn)生蒸汽后，經(jīng)上升管進(jìn)入汽包，該汽包最高壓力可達(dá)3.0 MPa，然后再進(jìn)入蓄熱器，從蓄熱器出來(lái)的蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥，把蒸汽壓力從 1.5 MPa以上變?yōu)?.1 MPa，送入低壓管網(wǎng)。寧鋼為提高蒸汽回收率，采取的措施有以下幾點(diǎn)。

1)蒸汽的輸送應(yīng)以最短的距離、合適的管徑、最小的壓力降和最少的熱損失為原則，檢查廠區(qū)中的管道布置情況，尋找不合理的地方，并進(jìn)行了整改。

2)因受余熱蒸汽產(chǎn)生量不穩(wěn)定的影響，蒸汽帶水嚴(yán)重，管網(wǎng)壓力波動(dòng)大，為此提高了汽包和蓄熱器放散壓力，充分發(fā)揮蓄熱器的緩沖能力。穩(wěn)定了管網(wǎng)壓力，并提高了蒸汽的回收量。

3)加強(qiáng)蒸汽系統(tǒng)管理，優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)，對(duì)疏水器進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，完善保溫管道，以此降低蒸汽管網(wǎng)損失率。

4)從規(guī)劃和設(shè)計(jì)用汽的源頭，制定相應(yīng)的企業(yè)用能規(guī)劃及考核等管理制度，改善或去掉不合理的用汽方式。

5)完善蒸汽壓力，流量表儀表設(shè)施，達(dá)到蒸汽發(fā)生、使用、放散及損耗的明確化，隨時(shí)找出用能不合理、蒸汽損耗大的用戶，并實(shí)施蒸汽統(tǒng)一調(diào)配，

6)開發(fā)新用戶。由于寧鋼低壓蒸用戶用量不足，造成了蒸汽的極大放散，制約著煉鋼蒸汽的回收率，為此寧鋼與寧波寶新等用戶簽訂的供氣協(xié)議，通過(guò)低壓蒸汽外供的方式，有效的提高OG鍋爐蒸汽外送量，避免了OG蒸汽放散。保證了4月實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

7)動(dòng)力調(diào)度根據(jù)管網(wǎng)壓力及生產(chǎn)情況及時(shí)調(diào)整管網(wǎng)壓力及供北侖熱電蒸汽流量，以多利用余熱回收蒸汽，降低熱力鍋爐供出蒸汽量為原則，當(dāng)管網(wǎng)壓力大于0.9 MPa時(shí)，熱力鍋爐不向管網(wǎng)供蒸汽，同時(shí)考慮煉鋼恢復(fù)吹煉時(shí)間，煉鋼恢復(fù)吹煉后及時(shí)指令熱力鍋爐逐步減少供管網(wǎng)蒸汽量，直至停供。

3 負(fù)能煉鋼效果

寧波鋼鐵通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)改造，轉(zhuǎn)爐OG系統(tǒng)優(yōu)化，煉鋼工序消耗上加強(qiáng)管理等方面公關(guān)，采取相應(yīng)的措施，取得了顯著的效果。2010年1～5月份噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收率，噸鋼蒸汽回收率統(tǒng)計(jì)見表1，2010年4～5月份實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼的能耗指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 2010年1～5月份轉(zhuǎn)爐煤氣，蒸汽回收率

表2 2010年4～5月份煉鋼工序能耗

由表1看以看出，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)，蒸汽回收系統(tǒng)改造優(yōu)化，煉鋼工序消耗上加強(qiáng)管理等公關(guān)，噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣，噸鋼蒸汽回收率顯著提高，終于在4月份實(shí)現(xiàn)了負(fù)能煉鋼的初步目標(biāo)，工序能耗目標(biāo)為－1.657 kgce/t。五月份煉鋼工序能耗相比四月份有所下降，且噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收達(dá)到了102.13 m3，噸鋼蒸汽回收達(dá)到了73.28 kg，工序能耗為－6.32 kgce/t，負(fù)能煉鋼向前又邁出了一大步。

4 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能是鋼鐵企業(yè)的生命線，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的負(fù)能煉鋼需做的工作還很多，下一步與煉鋼溝通協(xié)調(diào)研究在保證噸鋼回收率的基礎(chǔ)上提高轉(zhuǎn)爐煤氣的熱值的措施，煉鋼如何優(yōu)化操作提高轉(zhuǎn)爐冶煉一倒命中率，降低氧耗，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐降低氮耗，如何進(jìn)一步解決蒸汽的放散問(wèn)題，如何進(jìn)一步節(jié)約電耗和水耗，建立健全的能源管理制度，能源績(jī)效考核制度，推進(jìn)精細(xì)化管理和加強(qiáng)工藝和設(shè)備改進(jìn)的的同時(shí)提高轉(zhuǎn)爐煤氣，蒸汽的回收率仍是負(fù)能煉鋼的關(guān)鍵所在。

［1］ 蒲國(guó)慶.八鋼120噸轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼實(shí)踐.寶鋼技術(shù)，2009(6):14－17.

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MEASURES AND RESULTS OF FULL NEGATIVE ENERGY STEELMAKING IN NINGBO STEEL

Song Yongjie
(Ningbo Iron and Steel Co.，Ltd)

Negative energy steelmaking has achieved good progress in Ningbo Steel.A series of measures and experiences for reducing energy consumption ，improving recycle rate of converter gas and steam are investigated in the paper.

negative energy steelmaking gas recycle steam recycle converter energy consumption

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2011—9—21