蒸汽調(diào)質(zhì)裝置應(yīng)用于精煉VD爐抽真空系統(tǒng)

張雪松 李 紀(jì)

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司)

某公司200 t轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽，用來供應(yīng)精煉工序VD爐抽真空使用，多余的蒸汽則輸送到公司能源管網(wǎng)。當(dāng)冶煉負(fù)荷較大時(shí)，煉鋼煙道汽化冷卻產(chǎn)汽溫度與流量不能滿足精煉抽真空的工藝要求。經(jīng)過研究，將蒸汽調(diào)質(zhì)裝置與煉鋼蓄能器及精煉VD蒸汽管道相連，提升轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻產(chǎn)汽參數(shù)，進(jìn)而保障VD爐抽真空供汽系統(tǒng)正常、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 蒸汽質(zhì)量分析

轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻系統(tǒng)實(shí)際為余熱鍋爐，轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉時(shí)產(chǎn)生大量的溫度約為1 600 ℃煙氣與汽化冷卻煙道內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，形成汽水混合物。汽水混合物在汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離，當(dāng)汽包內(nèi)蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值，出汽管道上蒸汽調(diào)節(jié)閥打開，蒸汽送往蓄能器儲(chǔ)存。蓄能器中儲(chǔ)存的蒸汽一部分用于轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)除氧器自身除氧，一部分用于干法蒸發(fā)冷卻器，剩余的蒸汽通過蓄能器出口減壓閥減壓后供應(yīng)精煉VD爐抽真空系統(tǒng)使用。因此，煉鋼蓄能器中蒸汽儲(chǔ)量與輸出的蒸汽品質(zhì)直接影響精煉VD爐抽真空效果。

1.1 汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)汽參數(shù)

某公司煉鋼連鑄工程安裝三臺(tái)轉(zhuǎn)爐，平均出鋼量為200 t，單爐鋼冶煉周期約為38 min，吹氧時(shí)間為15～17 min。除去轉(zhuǎn)爐年修時(shí)間、設(shè)備檢修停產(chǎn)時(shí)間以及生產(chǎn)所必須的間隙時(shí)間外，年有效作業(yè)時(shí)間約為275 d，噸鋼蒸汽回收量為75 kg/t，汽化冷卻系統(tǒng)主要參數(shù)見表1。

表1 汽化冷卻系統(tǒng)主要參數(shù)

其中，最低產(chǎn)汽量指單爐生產(chǎn)時(shí)平均每小時(shí)煉1.58爐鋼所產(chǎn)生的蒸汽量；平均產(chǎn)量指每天冶煉64爐鋼每小時(shí)的產(chǎn)汽量；最高產(chǎn)汽量指每天冶煉84爐鋼每小時(shí)的產(chǎn)汽量。轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽除自身使用之外，其余以飽和蒸汽的形式儲(chǔ)存于蓄能器中，主要用來供應(yīng)精煉VD爐抽真空使用。

1.2 精煉VD爐抽真空用汽參數(shù)

精煉VD爐抽真空系統(tǒng)是以蒸汽作為真空泵動(dòng)力介質(zhì)的裝置，采用五級(jí)蒸汽噴射泵形式，主泵由蒸汽噴射泵B1+B2+B3+E4a+E5a組成，輔泵由蒸汽噴射泵E4b+E5b組成，輔泵E4b+E5b與主泵E4a+E5a并聯(lián)，組成變量泵機(jī)組，根據(jù)真空處理要求的不同選擇不同的組合。精煉VD爐抽真空系統(tǒng)主要參數(shù)見表2。

表2 精煉VD爐抽真空系統(tǒng)主要參數(shù)

從表2可知，精煉VD爐抽真空所需蒸汽壓力最低為0.8 MPa、最高為1 MPa，同時(shí)要求煉鋼輸送來的過熱蒸汽過熱度為5～10 ℃，每爐鋼抽真空時(shí)間約為20～25 min，而轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽儲(chǔ)存在蓄能器中，蓄能器中的蒸汽為飽和蒸汽，與抽真空所需過熱蒸汽過熱度條件不匹配。所以，單從蒸汽品質(zhì)來講，轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻產(chǎn)生的蒸汽不能滿足精煉VD爐抽真空用汽條件。

1.3 典型煉鋼與精煉的生產(chǎn)情況及蒸汽質(zhì)量平衡情況

蒸汽平衡實(shí)際是熱量平衡，由于變壓式蓄能器的充放熱效率受蒸汽壓力影響較大，因此在熱平衡計(jì)算時(shí)未考慮蓄能器充放熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的損失。轉(zhuǎn)爐的蒸汽產(chǎn)量在不同的冶煉工況下與蒸汽各個(gè)用戶之間的平衡關(guān)系如表3所示。

表3 煉鋼與精煉蒸汽用量參數(shù)

下面分別對(duì)各個(gè)工況進(jìn)行分析：

工況一：轉(zhuǎn)爐冶煉周期38 min則單爐吹煉1.58爐/h，由于精煉VD生產(chǎn)周期31 min短于轉(zhuǎn)爐冶煉周期，因此最多可完成精煉1.58爐/h，此時(shí)蒸汽缺口為3.72 t，無法保證煉鋼產(chǎn)汽與精煉用汽完全匹配。

工況二：轉(zhuǎn)爐冶煉周期38 min則單爐吹煉1.58爐/h，不具備兩臺(tái)精煉VD爐同時(shí)生產(chǎn)的條件。

工況三：煉鋼平均吹煉64爐/d，可完成煉鋼吹煉2.67爐/h，由于精煉VD生產(chǎn)周期31 min，一臺(tái)精煉VD爐僅可完成精煉1.94爐/h，此時(shí)蒸汽剩余4.44 t，可以保證精煉用汽要求，精煉作業(yè)率最大為72%。

工況四：煉鋼平均吹煉64爐/d，可完成煉鋼吹煉2.67爐/h，兩臺(tái)精煉VD爐僅可完成精煉2.67爐/h，此時(shí)蒸汽缺口為3.46 t，無法保證煉鋼產(chǎn)汽與精煉用汽完全匹配；括號(hào)中的數(shù)字為兩臺(tái)精煉VD爐同時(shí)生產(chǎn)時(shí)的最大抽真空用汽量，此時(shí)蒸汽缺口為16.56 t，為煉鋼產(chǎn)汽量與精煉用汽量的最大差值。

工況五：煉鋼平均吹煉84爐/d，可完成煉鋼吹煉3.5爐/h，單臺(tái)精煉VD爐可完成1.94爐/h生產(chǎn)，此時(shí)蒸汽剩余13.51 t，可以保證煉鋼產(chǎn)汽與精煉用汽完全匹配。

圖1 蒸汽調(diào)質(zhì)裝置

工況六：煉鋼平均吹煉84爐/d，可完成煉鋼吹煉3.5爐/h，兩臺(tái)精煉VD爐可完成3.5爐/h生產(chǎn)，此時(shí)蒸汽缺口為3.39 t，無法保證煉鋼產(chǎn)汽與精煉用汽完全匹配；括號(hào)中數(shù)字為兩臺(tái)精煉VD爐同時(shí)生產(chǎn)時(shí)的最大抽真空用汽量，此時(shí)蒸汽缺口為7.49 t，無法保證煉鋼產(chǎn)汽與精煉用汽完全匹配。

上述工況的蒸汽質(zhì)量平衡分析基于靜態(tài)指標(biāo)層面，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中存在大量煉鋼生產(chǎn)與精煉生產(chǎn)錯(cuò)峰進(jìn)行，尤其連鑄連澆的工況下，精煉生產(chǎn)爐數(shù)會(huì)在某段時(shí)間大于煉鋼爐數(shù)，因此動(dòng)態(tài)的蒸汽質(zhì)量平衡更加復(fù)雜。

另外，在沒有精煉抽真空作業(yè)的時(shí)段內(nèi)，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻產(chǎn)汽送至蓄能器，當(dāng)達(dá)到最高充熱壓力后，將停止對(duì)蓄能器充熱，蒸汽被送至公司蒸汽管網(wǎng)，而不會(huì)無限的存入蓄能器內(nèi)。所以，當(dāng)蓄能器的運(yùn)行壓力較高時(shí)，即使精煉抽真空，仍會(huì)有部分轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻產(chǎn)汽被送至公司蒸汽管網(wǎng)，以保證汽包、蓄熱器不出現(xiàn)超壓運(yùn)行，此時(shí)蒸汽靜態(tài)平衡被打破。為使轉(zhuǎn)爐煙氣汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)汽能夠滿足精煉VD爐抽真空用汽要求，在蓄能器與精煉VD爐之間增加蒸汽調(diào)質(zhì)裝置。

2 蒸汽調(diào)質(zhì)裝置的組成和工作原理

2.1 蒸汽調(diào)質(zhì)裝置的組成

蒸汽調(diào)質(zhì)裝置主要由循環(huán)水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。循環(huán)水系統(tǒng)主要包括兩臺(tái)變頻循環(huán)泵、三臺(tái)省煤器以及配套的閥門。蒸汽系統(tǒng)主要包括蒸汽過熱器、入口及出口集箱、管道和閥門。煙風(fēng)系統(tǒng)主要包括鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、燃燒器和煙囪等?？刂葡到y(tǒng)主要包括PLC、流量計(jì)、壓力變送器、熱電阻、水流量調(diào)節(jié)閥、煤氣流量調(diào)節(jié)閥以及風(fēng)調(diào)節(jié)閥。

2.2 蒸汽調(diào)質(zhì)裝置的工作原理

蒸汽調(diào)質(zhì)裝置運(yùn)行原理是，利用部分蓄能器的蓄水作為傳熱工質(zhì)，通過熱水循環(huán)泵送入蒸汽調(diào)質(zhì)裝置，焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)生煙氣加熱蓄能器來水并產(chǎn)生蒸汽。當(dāng)轉(zhuǎn)爐余熱回收出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，蓄能器內(nèi)部蒸汽通過蒸汽過熱器將飽和蒸汽加熱為過熱蒸汽，保證精煉VD爐抽真空用汽點(diǎn)處過熱度滿足要求。熱水循環(huán)流程：蓄能器中的水→熱水循環(huán)泵→省煤器1入口→省煤器1出口→省煤器2入口→省煤器2出口→省煤器3入口→省煤器3出口→蓄能器(通過噴嘴噴出)。蒸汽流程：轉(zhuǎn)爐冶煉蒸汽→蓄能器中飽和蒸汽→汽水分離器→過熱器入口→過熱器出口→公司能源管網(wǎng)/精煉VD爐。煙風(fēng)流程：環(huán)境空氣→鼓風(fēng)機(jī)→空氣預(yù)熱器→加熱的空氣與焦?fàn)t煤氣混合→燃燒器→爐膛(加熱省煤器和過熱器)→引風(fēng)機(jī)→煙囪。

3 應(yīng)用效果

該蒸汽調(diào)質(zhì)裝置設(shè)計(jì)為臥式布置，尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為13 000 mm×4 000 mm×4 000 mm，按照鍋爐設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，可調(diào)整范圍10%～110%，主要參數(shù)見表4。

表4 蒸汽調(diào)質(zhì)系統(tǒng)主要參數(shù)

蒸汽調(diào)質(zhì)系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)對(duì)蒸汽調(diào)質(zhì)裝置進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制，將精煉VD爐蒸汽用汽點(diǎn)溫度及壓力作為最終條件控制煤氣燃燒，使煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道汽化冷卻供汽通過調(diào)整達(dá)到用汽要求后，供精煉VD爐抽真空使用。該裝置安裝投產(chǎn)后，不同工況下，均可以維持蓄能器壓力不低于1 MPa，現(xiàn)場(chǎng)儀表檢測(cè)過熱器出口蒸汽溫度波動(dòng)范圍為197～203 ℃，滿足精煉VD爐抽真空用汽品質(zhì)要求。另外，采用煙氣—空氣換熱器將空氣預(yù)熱，再送到燃燒室的燒嘴上與焦?fàn)t煤氣配比后燃燒，綜合利用了煙氣的余熱。