天鋼煉鋼廠VD精煉爐蒸汽系統(tǒng)改造分析研究

李秀銳 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備部，天津 300301)

天鋼煉鋼廠VD精煉爐蒸汽系統(tǒng)改造分析研究

李秀銳 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備部，天津 300301)

針對天然氣18 t/h蒸汽鍋爐出現(xiàn)故障時影響VD精煉爐正常生產(chǎn)的問題，進(jìn)行了技術(shù)分析，對煉鋼廠110 t VD精煉爐的蒸汽供給系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過設(shè)置自動的排水裝置、增加擴(kuò)容式汽水分離器裝置和加裝管道電加熱器、將切換的系統(tǒng)閥門設(shè)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(zhuǎn)爐煙罩汽化冷卻系統(tǒng)余熱鍋爐自產(chǎn)蒸汽完全能滿足VD精煉爐的用汽需求，可節(jié)約天然氣蒸汽鍋爐運(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

轉(zhuǎn)爐 VD精煉爐 蒸汽 鍋爐 余熱 供汽 系統(tǒng)

1 引言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠有3座120 t轉(zhuǎn)爐，精煉系統(tǒng)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(jìn)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(jìn)口的18 t/h蒸汽鍋爐供給。

由于法國進(jìn)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(chǎn)，加之進(jìn)口備件采購時間長，則影響更為突出。另外，考慮節(jié)能減排的要求，煉鋼廠生產(chǎn)過程中3臺汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐每小時可產(chǎn)生51 t蒸汽，110 t VD精煉爐所用蒸汽由轉(zhuǎn)爐自產(chǎn)的汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐蒸汽提供，停止天然氣鍋爐運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益顯著。為此，西安重型機(jī)械研究所對煉鋼廠110 t VD精煉爐的蒸汽供給系統(tǒng)進(jìn)行了改造，欲利用汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽供給110 t VD精煉爐使用（現(xiàn)有的鍋爐作為備用汽源)。但改造后經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，使用效果不是很理想，日前已停用。

2 停用原因技術(shù)分析

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

我公司煉鋼廠的汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐的產(chǎn)汽量不平穩(wěn)，每臺汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐的產(chǎn)汽量隨生產(chǎn)參數(shù)的變化而周期性波動，煉鋼爐的出鋼和吹氧冶煉兩時段產(chǎn)汽量波動很大。為此在汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐蒸汽系統(tǒng)中設(shè)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(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)汽量雖然有較大的波動，但3臺汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐之間產(chǎn)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(diào)節(jié)作用，在很大程度上平穩(wěn)了蒸汽的供給參數(shù)。汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)每小時可以產(chǎn)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(yīng)該滿足要求。精煉爐需要的蒸汽品質(zhì)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(tǒng)為改善蒸汽介質(zhì)的品質(zhì)，加裝了過濾式蒸汽汽水分離器，以使蒸汽的含水量達(dá)到使用要求。但經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐，改造后的系統(tǒng)蒸汽仍不能滿足110 t VD精煉爐的供汽需要的品質(zhì)要求。經(jīng)分析原因如下。

（1)在蒸汽供給系統(tǒng)中設(shè)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(dá)到使用要求。但分離出來的水如果不及時排出系統(tǒng)，那么積存的水會重新被流動的蒸汽帶入系統(tǒng)中。

（2)分析該過濾式汽水分離器的結(jié)構(gòu)。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(shè)備過遠(yuǎn)，蒸汽在輸送的過程中，由于其管道的保溫不可能達(dá)到理想的絕熱狀態(tài)，管道會存在散熱，從而使其在輸送的過程中產(chǎn)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(dá)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(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 110 t VD精煉爐相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

（3)原改造設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中普遍使用的是截止閥，考慮設(shè)計(jì)壓力是2.0 MPa，實(shí)際使用壓力在1.0 MPa以上，會造成截止閥的開啟、關(guān)閉非常吃力?？梢酝ㄟ^簡單的計(jì)算得出截止閥閥板上承受的力。管道閥門的公稱通經(jīng)是250 mm，其面積為491 cm2，按照使用壓力為1.0 MPa計(jì)算，此閥板上承受的力為4 910 kg。此力通過傳導(dǎo)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(tǒng)承壓時，要求開啟或關(guān)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(tǒng)與鍋爐供汽系統(tǒng)的切換時間因閥門的開啟、關(guān)閉操作時間過長，延長了蒸汽輸送過程中產(chǎn)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(shè)備現(xiàn)狀

煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐煙罩汽化冷卻系統(tǒng)包括汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐3臺，每臺汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)氣量銘牌標(biāo)稱為16～55 t/h。實(shí)際考察統(tǒng)計(jì)平均產(chǎn)汽量為17 t/h。3臺汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐產(chǎn)汽量51 t/h。汽包出口設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(huán)系統(tǒng)有：低壓強(qiáng)制循環(huán)活動煙罩、中壓強(qiáng)制循環(huán)一段煙罩和自然循環(huán)二段、三段、四段煙罩。汽化煙罩系統(tǒng)余熱鍋爐生產(chǎn)的蒸汽通過蓄熱器穩(wěn)壓后送余熱蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)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(chǎn)余熱蒸汽的容量和蒸汽平穩(wěn)，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(xù)放熱能力。解決蒸汽的含水量的方法分析如下。

3.2.1 設(shè)置自動的排水裝置

圖1 VD精煉爐蒸汽系統(tǒng)改造系統(tǒng)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(dá)到使用要求。但分離出來的水如果不及時排出系統(tǒng)，那么積存的水會重新被流動的蒸汽帶入系統(tǒng)中。所以汽水分離器的下部必須設(shè)置自動的排水裝置，及時將分離出來的水排出系統(tǒng)。

3.2.2 增加擴(kuò)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(jié)構(gòu)過于緊湊，不利于汽水的有效分離和輸送的過程中產(chǎn)生冷凝水，增加了蒸汽的含水量。在用汽設(shè)備的附近增加擴(kuò)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(kuò)容式汽水分離器中分離水分子;然后再通過調(diào)壓閥降低蒸汽壓力至VD精煉爐需要的數(shù)值，進(jìn)行絕熱降壓，進(jìn)一步去除水分子后進(jìn)入管道，管道中加裝200 kW電加熱器以保證供給用汽設(shè)備的蒸汽質(zhì)量。這樣能確保VD精煉爐進(jìn)入的蒸汽干燥無水，提高蒸汽品質(zhì)。

3.2.3 切換的系統(tǒng)閥門設(shè)置成電動閥門

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

3.2.4 天然氣鍋爐和使用自產(chǎn)蒸汽成本對比

根據(jù)近期統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析，天然氣鍋爐噸蒸汽成本為150.13元，余熱蒸汽噸發(fā)電為110 kW·h。

噸蒸汽發(fā)電效益=公司用電價格×噸蒸汽發(fā)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(fā)電效益和費(fèi)用=噸蒸汽發(fā)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(fā)電經(jīng)濟(jì)效益加管道電加熱費(fèi)用68.75元相比，采用余熱蒸汽供VD精煉爐蒸汽經(jīng)濟(jì)效益巨大。

4 結(jié)束語

通過上述分析可知，VD精煉爐供汽系統(tǒng)經(jīng)過改造，解決余熱蒸汽完全脫水問題后，煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煙罩汽化冷卻系統(tǒng)余熱鍋爐自產(chǎn)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(xiàn)故障時影響VD精煉爐的正常生產(chǎn)，還可節(jié)約可觀的18 t/h天然氣蒸汽鍋爐運(yùn)行費(fèi)用。目前，該方案經(jīng)公司專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證認(rèn)為可行，2011年7月，利用VD鍋爐檢修機(jī)會進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煙罩汽化冷卻系統(tǒng)余熱鍋爐自產(chǎn)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(xiàn)任天津鋼鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備部運(yùn)行科科長，長期從事燃?xì)狻毫艿?、鍋爐等特種設(shè)備的技術(shù)管理工作。