兩座威金斯型氣柜運行方式的探討

陳紅偉 王志峰 李衛(wèi)東 宮 旺 李金亮 賴國輝

(安陽鋼鐵股份有限公司)

兩座威金斯型氣柜運行方式的探討

陳紅偉 王志峰 李衛(wèi)東 宮 旺 李金亮 賴國輝

(安陽鋼鐵股份有限公司)

通過對現(xiàn)有10萬m3威金斯型氣柜的適配轉(zhuǎn)爐噸位、煤氣凈化、風(fēng)機外供能力的分析，探討新建氣柜后兩柜的運行方式，以實現(xiàn)煤氣的全收全供。

全收全供 運行方式 錯峰發(fā)電

0 前言

轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用，可降低企業(yè)生產(chǎn)成本，有效提高企業(yè)二次能源利用水平，為實現(xiàn)負(fù)能耗煉鋼打下基礎(chǔ)。應(yīng)用威金斯型氣柜回收轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)常用的一種設(shè)備，安鋼10萬m3威金斯型氣柜(以下簡稱10萬柜)自2007年11月開始回收二煉軋廠3×150 t轉(zhuǎn)爐煤氣以來，氣柜運行平穩(wěn)，噸鋼回收率穩(wěn)定在100 m3/t左右。2017年3月，隨著65 MW發(fā)電機組的投運，日均轉(zhuǎn)爐煤氣的回收使用量穩(wěn)定在160萬 m3～180萬 m3；自2017年3月中旬安鋼二煉鋼廠3×35 t轉(zhuǎn)爐回收的轉(zhuǎn)爐煤氣也并入10萬柜以來，回收與外供量迅速增大，安鋼10萬柜呈現(xiàn)出超負(fù)荷的運行狀態(tài)?？紤]到氣柜離線檢查或檢修期間勢必存在轉(zhuǎn)爐煤氣放散的情況，造成極大能源浪費。新建一座威金斯型氣柜迫在眉睫，可有效提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量、減少放散，提高能源利用率，就此對兩座威金斯型氣柜的運行方式進(jìn)行探討。

1 概況

1.1 工藝概況

安鋼10萬柜轉(zhuǎn)爐煤氣回收及外供系統(tǒng)包括二煉軋廠(3×150 t)及二煉鋼廠(3×35 t)共6座轉(zhuǎn)爐、一次風(fēng)機、10萬m3威金斯型氣柜、電除塵器、二次風(fēng)機、65MW發(fā)電機組及相關(guān)設(shè)備，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收工藝如圖1所示[1]。

圖1 安鋼10萬柜轉(zhuǎn)爐煤氣的回收工藝

1.2 設(shè)備概況

安鋼10萬柜為兩級運行，一級運行為活塞接觸T型擋板前(0～38 000 m3)，運行壓力為2 320 Pa；二級運行為活塞與T型擋板接觸后同時上升(38 000 m3～100 000 m3)，運行壓力為2 810 Pa。2008年6月通過設(shè)備改進(jìn)，在氣柜T型擋板走臺上部設(shè)置有172塊100 mm×100 mm×450 mm的鋼坯配重塊，用于氣柜二級運行時活塞傾斜度的調(diào)整[2]。氣柜主要參數(shù)見表1。

安鋼10萬柜區(qū)現(xiàn)有3臺SDB28-14型濕式臥式板式箱型電除塵器，單臺處理量為40 000 m3/h；5臺D700-13型離心風(fēng)機，單臺外送量為42 000 m3/h。

2 問題及分析

安鋼10萬柜回收的轉(zhuǎn)爐煤氣原供給1#煤氣混合加壓站使用，隨著二煉鋼廠回收的轉(zhuǎn)爐煤氣并入氣柜及65 MW發(fā)電機組的投運，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收與外供量迅速增大，65 MW發(fā)電機組轉(zhuǎn)爐煤氣用量最大可達(dá)8萬m3/h，轉(zhuǎn)爐煤氣的快速回收與外供，使氣柜處于超負(fù)荷運行的狀態(tài)，對氣柜的調(diào)平系統(tǒng)的穩(wěn)定運行影響較大。

2.1 適配噸位

安鋼10萬柜設(shè)計的適配轉(zhuǎn)爐噸位(G)為：

(1)

(2)

式中：G——氣柜適配轉(zhuǎn)爐噸位，t； V——氣柜容積，m3；

1.65——轉(zhuǎn)爐煤氣在67 ℃和2.5 KPa的相對壓力時的飽和濕煤氣的體積校正系數(shù)，m3/ m3；

120——轉(zhuǎn)爐煤氣的產(chǎn)率，m3/ t；

P——轉(zhuǎn)爐吹煉周期，min(采用36 min)；

m——吹煉周期內(nèi)的回收時間，min(采用10 min)。

由上式計算可知，當(dāng)噸鋼回收率為120 m3時，氣柜適配噸位為490 T；噸鋼回收率為130 m3時，氣柜適配噸位為452 T；當(dāng)噸鋼回收率為140 m3時，氣柜適配噸位為419 T。僅以二煉軋廠的3×150 t轉(zhuǎn)爐為例，安鋼10 萬柜在回收轉(zhuǎn)爐煤氣的噸鋼回收率超過130 m3時，已達(dá)到設(shè)計上限要求；目前回收的轉(zhuǎn)爐噸位遠(yuǎn)高于設(shè)計適配噸位要求，活塞的高頻率上下運行，使鋼絲繩受到較大交變應(yīng)力，同時對調(diào)平導(dǎo)輪的穩(wěn)定性也有較大沖擊，反映出氣柜已處于超負(fù)荷運行狀態(tài)。

2.2 煤氣外送量現(xiàn)狀

安鋼10萬柜的轉(zhuǎn)爐煤氣目前主要供給65 MW發(fā)電機組和1#煤氣混合加壓站， 2017年某時段的煤氣外送量見表2。單臺風(fēng)機的外送量為42 000 m3/h，單套電除塵器的處理量為40 000 m3/h；生產(chǎn)中同時運行2臺風(fēng)機和2套電除塵器，小時處理量為80 000 m3/h，可知電除塵器的處理能力及風(fēng)機的外送能力能夠滿足生產(chǎn)需要。

表2 2017年某時段的轉(zhuǎn)爐煤氣外送量

2.3 離線檢查及檢修

在2016年12月，安鋼10萬柜經(jīng)歷了40余天的氣柜檢修，期間轉(zhuǎn)爐煤氣無法實現(xiàn)回收；在氣柜運行中，正常生產(chǎn)期間需定期進(jìn)入氣柜內(nèi)部的活塞及T型擋板上部，對活塞、橡膠膜、T擋板等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查正常與否，檢查時氣柜需要停止回收與外供保持氣柜活塞穩(wěn)定，此時段內(nèi)轉(zhuǎn)爐煤氣也無法回收；同時在氣柜的調(diào)平系統(tǒng)需要更換諸如導(dǎo)輪、鋼絲繩等部件時，轉(zhuǎn)爐煤氣也無法回收。以上幾種情況下，勢必造成轉(zhuǎn)煤放散。

2.4 錯峰發(fā)電

企業(yè)用電因時段的不同，電價有著較大的差別，(見表3)。由于安鋼10萬柜已呈現(xiàn)超負(fù)荷運行狀態(tài)，回收量大，柜容小，為維持氣柜正常柜容及下一步回收作業(yè)，回收的轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入氣柜后短時間內(nèi)就送往65 MW發(fā)電機組，無法實現(xiàn)威金斯型氣柜對轉(zhuǎn)爐煤氣的暫時儲存功能，發(fā)電機組的效益只能即時計算。當(dāng)新建一座氣柜后，氣柜柜容增加，可充分發(fā)揮氣柜的谷吸峰吐功能，電價低谷期間提高柜容暫時存儲煤氣，電價峰段期間增加外供量，降低柜容，提高發(fā)電量，在此運行方式下，等量的轉(zhuǎn)爐煤氣即能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 每日各時段的電價

鑒于以上原因，新建一座威金斯型氣柜不但可以緩解安鋼10萬柜運行超負(fù)荷狀態(tài)，在氣柜離線檢查或檢修時做為備用，增加轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量，同時又可以利用錯峰發(fā)電實現(xiàn)企業(yè)效益的最大化；因此需要對兩座威金斯型氣柜的運行方式進(jìn)行設(shè)計。

3 解決措施

3.1 運行方式

新建氣柜采取就近原則，可實現(xiàn)兩座氣柜共用原有的二次風(fēng)機、電除塵凈化及控制系統(tǒng)，同時也便于兩座氣柜的運行管理，若新建氣柜選型為安鋼8萬m3威金斯型氣柜(以下簡稱8萬柜)，由公式(1)、(2)計算可得，兩座氣柜的適配轉(zhuǎn)爐噸位為756 T，可滿足現(xiàn)有的6座轉(zhuǎn)爐的煤氣回收需要。

兩座氣柜的運行方式有單柜運行、并聯(lián)運行和串聯(lián)運行三種方式，兩座氣柜的工藝布置如圖2所示。

不同的運行方式應(yīng)用于不同的生產(chǎn)現(xiàn)狀，在單柜運行、并聯(lián)運行和串聯(lián)運行時的管網(wǎng)中各閥門的狀態(tài)，見表4。

圖2 兩座氣柜的回收工藝管網(wǎng)示意圖

表4 氣柜運行方式及各閥門的狀態(tài)

注：★表示此閥門為程序控制。

3.2 單柜運行

單柜運行指在其中的一座氣柜離線檢查或檢修時，單獨運行另一座氣柜。

3.3 并聯(lián)運行

并聯(lián)運行指兩柜同時回收、外供轉(zhuǎn)爐煤氣；如表1所示，安鋼8萬柜的一級和二級運行壓力小于安鋼10萬柜，并聯(lián)運行時，安鋼8萬柜先進(jìn)氣活塞上升超過臨界柜容31 000 m3后進(jìn)入二級運行，隨之安鋼10萬柜活塞開始上升，在安鋼8萬柜容積到達(dá)上限72 000 m3時關(guān)閉閥8，安鋼10萬柜仍然進(jìn)氣作業(yè)進(jìn)入二級運行，在安鋼10萬柜容到達(dá)90 000 m3時，關(guān)閉閥1；期間安鋼8萬柜容小于50 000 m3時開啟閥8，安鋼8萬柜開始進(jìn)氣作業(yè)；如此循環(huán)可實現(xiàn)同時進(jìn)氣、外供作業(yè)。

3.4 串聯(lián)運行

串聯(lián)運行必有一個氣柜活塞先后動作的問題，如表1所示，安鋼8萬柜的一級和二級運行壓力小于安鋼10萬柜，則安鋼8萬柜的活塞在上升過程中動作在先，兩柜串聯(lián)運行時活塞交替上升，如圖3所示；在活塞下降過程中活塞運行的方向與上升過程相反。

采用并聯(lián)或串聯(lián)運行方式，因氣柜有了較大的容納余量，可發(fā)揮出威金斯型氣柜對轉(zhuǎn)爐煤氣的暫時儲存基本功能，實現(xiàn)氣柜的谷吸峰吐調(diào)節(jié)能力。在每日的電價低谷期間，氣柜暫時儲存轉(zhuǎn)爐煤氣，保持氣柜滿柜容狀態(tài)，進(jìn)入電價峰值期間外供煤氣實現(xiàn)發(fā)電，如此作業(yè)等量的轉(zhuǎn)爐煤氣即能產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。例如在每日的2個峰段開始時間點前，提高柜容，保持滿柜容進(jìn)入電價峰值期間開始發(fā)電，每次暫時儲存轉(zhuǎn)爐煤氣5萬m3，每日則有10萬m3煤氣的高效發(fā)電應(yīng)用，可在2個峰段發(fā)電6萬kWh，節(jié)約外購電費=3×(0.9-0.59)+3×(0.9-0.32)=2.67萬元。錯峰發(fā)電年節(jié)約外購電費975萬元，效益非?？捎^。

圖3 串聯(lián)運行時活塞動作次序與壓力

4 結(jié)語

通過新建一座氣柜，氣柜適配轉(zhuǎn)爐噸位得到大幅提高，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的全收，對氣柜的單柜運行、并聯(lián)運行和串聯(lián)運行進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可達(dá)到煤氣的全供。轉(zhuǎn)爐煤氣的全收全供，兼顧錯峰發(fā)電措施的應(yīng)用，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣效益的最大化，為企業(yè)的提質(zhì)增效、環(huán)境保護(hù)提供保證。

1)根據(jù)具體的生產(chǎn)安排，實現(xiàn)單柜、并聯(lián)和串聯(lián)運行的任意切換；

2)新建氣柜的就近原則，可實現(xiàn)兩座氣柜共用原有的一套電除塵凈化、二次風(fēng)機和控制系統(tǒng)，降低了設(shè)備投入；

3)氣柜有了較多的離線檢查和檢修時間，便于設(shè)備維護(hù)；

4)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的全收全供；

5)并聯(lián)或串聯(lián)運行，氣柜壓力波動小，降低了氣柜調(diào)平鋼絲繩的交變應(yīng)力；

6)在并聯(lián)或串聯(lián)運行中，發(fā)揮氣柜的暫時儲存功能，電價低谷期間儲存的煤氣在電價峰值期間發(fā)電利用，提質(zhì)增效，錯峰發(fā)電年節(jié)約外購電費975萬元。

[1] 王志峰,張志忠,李獻(xiàn)宏,等.高爐、焦?fàn)t混合煤氣逆向引轉(zhuǎn)爐煤氣在安鋼的應(yīng)用[J].河南冶金,2008,16(5):26-28.

[2] 王志峰,張智勇,張志忠,等.威金斯氣柜活塞傾斜度運行分析及改進(jìn)[J]. 河南冶金,2012,20(1):30-31.

INVESTIGATION ON THE TWO DWIGGINS TYPE GAS TANK OPERATION MODE

Chen Hongwei Wang Zhifeng Li Weidong Gong Wang Li Jinliang Lai Guohui

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

Through the analysis of adaptation of converter gas purification, tonnage, fan for the ability of the existing 100 thousand m3Wiggins type gas tank, and discuss the way of operation of two new cabinet cabinet, in order to achieve the income for gas.

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志峰，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司動力廠燃?xì)舛囬g；

2017—4—10