首鋼京唐鋼鐵公司蒸汽利用狀況的研究

梁 飛

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司,河北唐山 063200)

1 前言

鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶(hù)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能耗約占全國(guó)總能耗的15%左右，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的能源效率僅為30%左右。能源使用效率的低下造成鋼鐵企業(yè)能源成本增加，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力下降。在國(guó)務(wù)院“鋼鐵行業(yè)振興規(guī)劃”中，明確提出了通過(guò)技術(shù)改造和科技創(chuàng)新，推動(dòng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整品種結(jié)構(gòu)，提升鋼材質(zhì)量的要求，應(yīng)當(dāng)從提高鋼鐵產(chǎn)品的價(jià)值和降低能耗兩個(gè)方面入手提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。首鋼京唐鋼鐵有限責(zé)任公司作為新一代可循環(huán)鋼鐵流程的示范工廠，在2012 年初，被國(guó)家工信部、財(cái)政部、科技部正式批復(fù)為創(chuàng)建資源節(jié)約型環(huán)境友好型企業(yè)試點(diǎn)。

本文主要通過(guò)介紹首鋼京唐鋼鐵公司余熱蒸汽的回收利用與新產(chǎn)蒸汽的按質(zhì)用能、梯級(jí)利用兩個(gè)方面情況，分析蒸汽的合理利用為公司節(jié)能降耗做出的重要的貢獻(xiàn)。

2 首鋼京唐余熱蒸汽回收利用

2.1 京唐公司可回收余熱資源十分豐富

鋼鐵企業(yè)中，可回收的余熱資源十分豐富，目前，京唐公司利用余熱產(chǎn)生蒸汽的主要技術(shù)有干熄焦技術(shù)、燒結(jié)礦環(huán)冷余熱發(fā)電技術(shù)、轉(zhuǎn)爐煤氣汽化冷卻系統(tǒng)和加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)等，。

其中一期建成年產(chǎn)干全焦420 萬(wàn)t，配套建成目前最大型的2×130 t/h 干熄焦裝置，配備2×30 MW 發(fā)電機(jī)組。采用干熄焦可回收80%以上的紅焦顯熱，扣除本身消耗，每年可實(shí)現(xiàn)回收能源19.8 萬(wàn)t標(biāo)煤。采用高溫高壓自然循環(huán)的余熱鍋爐產(chǎn)生9.5 MPa、540 ℃高溫高壓蒸汽用來(lái)發(fā)電，設(shè)計(jì)年發(fā)電量4.4712 億kWh,并可通過(guò)發(fā)電機(jī)組抽汽系統(tǒng)向蒸汽管網(wǎng)輸送1.0 MPa，240℃蒸汽60～80 t/h。

燒結(jié)廠建設(shè)2 臺(tái)有效燒結(jié)面積550 m2的燒結(jié)機(jī)，每臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)一套580 m2環(huán)冷機(jī)，采用環(huán)冷機(jī)廢氣余熱回收技術(shù)，充分利用燒結(jié)礦冷卻廢氣余熱。每套環(huán)冷機(jī)對(duì)應(yīng)布置一套雙壓鍋爐，高壓鍋爐部分的參數(shù)：1.1 MPa，230 ℃，40 t/h；低壓鍋爐部分的參數(shù)0.3 MPa，143 ℃，12 t/h。蒸汽單產(chǎn)約54 kg/t 礦。高壓蒸汽部分送入蒸汽管網(wǎng)，低壓蒸汽用于燒結(jié)廠內(nèi)部混料及冬季采暖使用。

煉鋼系統(tǒng)建設(shè)的2 座300 t 復(fù)吹脫磷轉(zhuǎn)爐,3 座300 t 復(fù)吹脫碳轉(zhuǎn)爐，每座轉(zhuǎn)爐均配置一套汽化冷卻裝置，回收轉(zhuǎn)爐煙氣中的熱量、降低爐氣溫度，由于轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣流量和溫度的周期性變化（如圖1），導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)回收的蒸汽量呈波動(dòng)性和間歇性，在冶煉過(guò)程中瞬間最大產(chǎn)生可產(chǎn)生3.2 MPa，200 ℃的高壓蒸汽，為了解決余熱蒸汽這一問(wèn)題，公司在蒸汽源和蒸汽管網(wǎng)之間設(shè)8 臺(tái)中壓蓄熱器，接受轉(zhuǎn)爐汽包供來(lái)的中壓蒸汽，蓄熱器供出蒸汽為兩路，一路經(jīng)調(diào)壓后供外網(wǎng)，另一路供RH。設(shè)計(jì)回收蒸汽81 kg/t 鋼，實(shí)際已達(dá)94 kg/t 鋼。

圖1 煙氣流量和溫度的在冶煉周期內(nèi)的變化曲線(xiàn)

2250 熱軋建四座步進(jìn)梁式加熱爐，其中三座常規(guī)式加熱爐，一座蓄熱式加熱爐。加熱爐水平梁和立柱的冷卻方式均采用汽化冷卻。每座加熱爐可生產(chǎn)1.27 MPa 飽和蒸汽平均約為18.0 t/h，最大約為28.1 t/h；1580 熱軋建三座步進(jìn)梁式加熱爐，預(yù)留一座。加熱爐水平梁和立柱的冷卻方式均采用汽化冷卻。每座加熱爐可生產(chǎn)1.27 MPa 飽和蒸汽平均約為15.5 t/h，最大約為26.5 t/h。

2.2 京唐公司余熱蒸汽的指標(biāo)分析

京唐公司余熱蒸汽回收量占蒸汽總產(chǎn)生量的45%～50%，平均日回收量在1.1 萬(wàn)t，除工藝自身使用外，可向蒸汽管網(wǎng)送出140 t/h 的S2 飽和蒸汽（0.78～1.0 MPa，240 ℃），用于冷軋、煉鐵、制氧、焦化化產(chǎn)等工藝需求.

3 京唐公司新產(chǎn)蒸汽的按質(zhì)用能、梯級(jí)利用

3.1 京唐公司新產(chǎn)蒸汽設(shè)施

京唐公司新產(chǎn)蒸汽主要由2 臺(tái)35t 鍋爐，2 臺(tái)130 鍋爐以及2 臺(tái)30 MW 熱電機(jī)組抽汽組成，其中35 t 鍋爐及130 鍋爐均為純?nèi)細(xì)忮仩t，保持滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)，消耗公司生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，可作為S1 蒸汽（3.0 MPa，450 ℃）及S2 蒸汽兩種品質(zhì)氣源；30 MW 機(jī)組作為后備S2 蒸汽汽源，動(dòng)態(tài)保證管網(wǎng)壓力，并且在冬季可為換熱站提供S3蒸汽（0.3 MPa，220 ℃）作為氣源。

3.2 京唐公司蒸汽的梯級(jí)利用

京唐公司所產(chǎn)蒸汽主要利用方式如圖2，在京唐公司新產(chǎn)蒸汽中，只有很少一部分35 t 鍋爐所產(chǎn)蒸汽通過(guò)減溫減壓裝置外送，這主要是由于35 t 鍋爐S1 蒸汽供煉鋼RH 間歇使用，為保證鍋爐安全，減溫減壓裝置必須投運(yùn)，所以在RH 煉鋼空閑期間蒸汽送入S2 蒸汽管網(wǎng)。

圖2 新產(chǎn)蒸汽的梯級(jí)利用

在新產(chǎn)蒸汽中，最能體現(xiàn)遵循能量梯級(jí)利用的原則是海水淡化前置汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng),見(jiàn)圖3。

該系統(tǒng)進(jìn)汽全部由130 鍋爐所產(chǎn)S1 蒸汽全部用于2 臺(tái)25 MW 機(jī)組發(fā)電，利用發(fā)電的乏汽作為海水淡化系統(tǒng)熱源產(chǎn)生除鹽水，系統(tǒng)熱量利用率高達(dá)82.23%，是世界首列低溫多效海水淡化工廠，開(kāi)創(chuàng)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)又一典范。

圖3 海水淡化前置發(fā)電機(jī)組流程圖

3.3 冬季與夏季蒸汽供需不平衡問(wèn)題

京唐公司共有6 座換熱站提冬季采暖暖，其蒸氣需求量與夏季相比至少多出100 t/h，同時(shí)，由于氣溫的降低，各工序用汽量開(kāi)始增加，而管網(wǎng)冬季損失率也較夏季略高，這就造成了冬季與夏季蒸汽供需的巨大差異。

京唐公司為解決這一問(wèn)題，在冬季使用30 WM熱電機(jī)組抽S3 蒸汽來(lái)解決采暖所需氣源。這是由于換熱站內(nèi)主要工藝為汽水換熱，所以只需要蒸汽溫度達(dá)標(biāo)，對(duì)壓力要求較低。而熱電S2 蒸汽與S3 蒸汽抽汽溫度相差20 ℃，運(yùn)行壓力卻相差0.5M Pa，在實(shí)際使用過(guò)程中，換熱站使用S3 蒸汽消耗量比S2蒸汽消耗量每小時(shí)多10～15 t，但使用壓力S2 蒸汽是S3 蒸汽的2 倍，這樣如果使用S3 蒸汽作為汽源更符合蒸汽的梯級(jí)利用，減少能量損失。當(dāng)采暖期過(guò)去后，只需熱電機(jī)組停止S3 蒸汽抽汽即可，無(wú)需對(duì)整個(gè)公司的能源生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行任何調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

京唐公司作為新一代可循環(huán)鋼鐵流程的示范工廠，本文所體現(xiàn)的只不過(guò)是蒸汽這單一能源介質(zhì)按“質(zhì)”與“量”合理利用的一個(gè)方面，但僅僅蒸汽的合理利用，一天就能為公司節(jié)省出上萬(wàn)元的成本，這恰恰說(shuō)明能源在鋼鐵行業(yè)中舉足輕重的成本分量。目前京唐公司正在進(jìn)行燒結(jié)余熱配套發(fā)電機(jī)組的項(xiàng)目準(zhǔn)備工作，將進(jìn)一步提高蒸汽的使用率，同時(shí)沖渣水余熱回收、礦渣熱量回收等多項(xiàng)研究也在積極進(jìn)行，首鋼京唐公司蒸汽按質(zhì)用能、梯級(jí)利用的效果也會(huì)更加全面展現(xiàn)出來(lái)。

[1]丁毅.余熱高效利用及煤氣發(fā)電經(jīng)濟(jì)性研究[C].第7 屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)特邀報(bào)告集(2009.11):234～242

[2]李冬慶,張華,米靜等.轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)及其參數(shù)選擇[J].熱力發(fā)電.Vol.37,No.11.(2008)5～9

[3]田望遠(yuǎn),盧宏.轉(zhuǎn)爐蒸汽供RH 真空精煉爐使用可行性分析[J].山東冶金.Vol.30,No.2(2008.4).

[4]王茜.冶金企業(yè)開(kāi)展蒸汽系統(tǒng)節(jié)能大有可為[J].冶金能源.Vol.19,No.3(2000.5):3～6

[5]張立宏,蔡九菊.鋼鐵企業(yè)蒸汽系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析及改進(jìn)措施[J].冶金能源.Vol.25 No.5.(2006.9):7～10