馬鋼特鋼電爐余熱回收系統(tǒng)改造實(shí)踐

曹天明，李保運(yùn)

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司特鋼公司，安徽馬鞍山 243100）

引言

當(dāng)馬鋼電爐具備連續(xù)生產(chǎn)的條件以后，為了使電爐向低碳綠色低成本的方向發(fā)展，帶動(dòng)電爐綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)全面提升，隨即開(kāi)啟了對(duì)電爐余熱回收進(jìn)行改造的進(jìn)程。

1 馬鋼余熱回收工程簡(jiǎn)介

1.1 余熱回收的技術(shù)方案

1.1.1 電爐冶煉的基本數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）

表1 余熱回收設(shè)計(jì)所依據(jù)的電爐冶煉基本數(shù)據(jù)

1.1.2 余熱回收基本技術(shù)方案

由于是改造工程，而改造必須不能影響生產(chǎn)。為此，采用了余熱回收管路與原有的電爐水冷煙道共存并可以互相切換的模式。

（1）將原有的電爐燃燒沉降室延長(zhǎng)一倍，便于接新的汽化煙道，并形成通路。燃燒沉降室與汽化煙道、燃燒沉降室與水冷煙道的接口處各設(shè)一高溫插板閥，用于汽化煙道與水冷煙道的切換。

（2）電爐的加料期，所吸入煙氣溫度低，無(wú)余熱回收價(jià)值，讓其走水冷道。電爐冶煉時(shí)期，高溫?zé)煔庾咂療煹溃远喈a(chǎn)蒸汽。

（3）設(shè)計(jì)余熱回收的蒸汽用來(lái)供給特鋼RH、VD真空系統(tǒng)使用。如果再有富余，則并入公司蒸汽管網(wǎng)。

（4）出于嚴(yán)格控制二噁英的目的，鑒于二噁英的生成是一個(gè)可逆反應(yīng)，生成二噁英主要集中在350 ℃至800 ℃溫度區(qū)間內(nèi)。余熱回收的技術(shù)方案作了如下優(yōu)化：

燃燒沉降室作了改造。主要是加強(qiáng)了燃燒沉降室的保溫效果。讓燃燒沉降室內(nèi)的溫度控制在850 ℃以上，加上燃燒沉降室的截面寬大，氣流速度低，可讓二噁英在此溫度下充分分解。

充分計(jì)算水冷煙道與絕熱煙道的長(zhǎng)度，控制鍋爐入口處的煙氣溫度在800 ℃左右。再經(jīng)過(guò)余熱鍋爐快速冷卻至200 ℃左右，這樣就使二噁英來(lái)不及生成，從而可控制煙氣中二噁英含量遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的1.0 ng-TEQ/m3的標(biāo)準(zhǔn)。

（5）余熱回收系統(tǒng)的工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 余熱回收系統(tǒng)工藝參數(shù)

1.2 余熱回收系統(tǒng)的設(shè)備布局

1.2.1 立式鍋爐和臥式鍋爐的區(qū)別與選擇

立式鍋爐具有占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但也有施工難度大、不易清灰、風(fēng)阻大的缺點(diǎn)。而臥式鍋爐雖有占地面積大的缺點(diǎn)，但是其具有氣流通暢，積灰清理相對(duì)容易，風(fēng)阻小等一系列優(yōu)點(diǎn)，可使余熱回收系統(tǒng)較好地適應(yīng)電爐冶煉煙氣溫度以及流量變化范圍大的特點(diǎn)，加上特鋼公司現(xiàn)有的場(chǎng)地因素，所以該項(xiàng)目最終選擇了臥式鍋爐。

1.2.2 主要設(shè)計(jì)計(jì)算［1-2］

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求確定原始數(shù)據(jù)；

（2）根據(jù)煙氣特性參數(shù)和鍋爐總體布置結(jié)構(gòu)，選定各出口受熱面的進(jìn)出口過(guò)量空氣系數(shù)，進(jìn)行理論空氣量煙氣量的計(jì)算，并編制煙氣性質(zhì)表和溫焓表；

（3）假定排煙溫度進(jìn)行熱平衡計(jì)算；

（4）按煙氣流動(dòng)方向，對(duì)煙道內(nèi)的各個(gè)受熱面進(jìn)行熱力計(jì)算；

（5）對(duì)熱力計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，使其與這平衡計(jì)算的吸收質(zhì)量誤差在一定的范圍內(nèi)；

（6）列出整個(gè)余熱鍋爐的主要熱力計(jì)算數(shù)據(jù)的匯總表，見(jiàn)表3。

表3 余熱回收主要熱力數(shù)據(jù)匯總

1.2.3 主要設(shè)備組成和設(shè)備布局

余熱鍋爐的主要設(shè)備有：電爐IV 孔煙道，水冷屏風(fēng)，煙氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，燃燒室入口汽化煙道，燃燒沉降室，燃燒室出口汽化煙道，絕熱煙道，余熱鍋爐本體及輸灰系統(tǒng)，汽包與蓄熱器，軟水供應(yīng)系統(tǒng)、強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)等。布局圖見(jiàn)圖1。

圖1 馬鋼余熱回收系統(tǒng)布局

2 馬鋼余熱回收工程提效改造

2.1 電爐IV孔煙道的改造

2.1.1 IV孔截面積的擴(kuò)大與爐蓋進(jìn)行適應(yīng)性改造

隨著電爐冶煉節(jié)奏加快，電爐供氧強(qiáng)度加大，電爐煙氣量也隨之加大。原有的電爐IV 孔截面積顯得過(guò)小，風(fēng)阻過(guò)大，氣流不暢。為此必須加大IV孔的截面積。根據(jù)對(duì)原有大爐蓋的研究，在不破壞原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與冷卻水路的情況下，把電爐IV 孔的截面積由原來(lái)的1.02 m2加大到3.26 m2（見(jiàn)圖2），解決了IV孔排煙不暢的問(wèn)題。

圖2 馬鋼IV孔改造圖

2.1.2 IV孔屏風(fēng)的適應(yīng)性改造

主要解決了兩件事，一是電爐在向出渣側(cè)傾動(dòng)8°的情況下灌砂的安全性問(wèn)題。即在此傾動(dòng)角度下，依然可依靠IV 孔煙道保持爐內(nèi)負(fù)壓，從而使灌砂期間沒(méi)有高溫氣體從爐內(nèi)噴涌出來(lái)，危及崗位人員的安全。二是可以使電爐每爐出鋼可盡可能多地留鋼，從而可以加快電爐的冶煉節(jié)奏，進(jìn)一步提升了電爐的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.2 一次除塵煙道與水冷滑套的改造

2.2.1 煙道改造

抬高對(duì)接口的高度（見(jiàn)圖3），加大IV 孔煙道的斜度，讓泡沫渣留在電爐內(nèi)，對(duì)于最大程度減少電爐熱量損失、加速電爐除P，提高冶煉節(jié)奏、提高電爐冶煉的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起到了關(guān)鍵的作用。

圖3 IV孔與煙道改造示意圖

2.2.2 水冷滑套的改造

經(jīng)研判，IV 孔屏風(fēng)與水冷滑套之間的間隙不宜過(guò)大，此間隙在冶煉期間只需要控制在50 mm 以下即可。而燃燒室入口煙道入口的位置只需不影響爐蓋的提升與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作即可。這樣，滑套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的行程可以短一些。需要保證的是滑套機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)的高度可靠性，以及滑套的密封性。于是重新設(shè)計(jì)了一套全新的滑套調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并對(duì)原SMC 氣缸進(jìn)行了徹底的改型，氣缸的調(diào)節(jié)精度、靈敏度以及可靠性的增強(qiáng)，使機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)性能有了質(zhì)的提高。該機(jī)構(gòu)可以根據(jù)溫度與殘氧量的要求，使滑套與IV 孔屏風(fēng)之間保持適當(dāng)?shù)拈g隙。一來(lái)可使電爐燃燒沉降室內(nèi)不會(huì)吸入過(guò)多的冷風(fēng)，可始終保持650 ℃以上的高溫，高于CO 的燃點(diǎn)，這樣可以使CO 得到充分的氧化，從而放出潛熱，使可回收的熱量大大增加，從而使得余熱回收的蒸汽量大大提高。二來(lái)，控制水冷滑套的調(diào)節(jié)精度，使煙氣內(nèi)加入適當(dāng)量的氧氣，維持反應(yīng)后的殘氧量，可保證煙氣無(wú)害排出。如此一來(lái)，既提高了余熱回收效率，也保證了電爐煙氣的無(wú)害排放，見(jiàn)圖4。

圖4 滑套機(jī)構(gòu)改造示意圖

水冷滑套改造的主要特點(diǎn)如下：

（1）采用SMC 定位氣缸，機(jī)構(gòu)工作可靠，故障率極低。

（2）移動(dòng)小車(chē)采用上下導(dǎo)軌運(yùn)行，保證滑套與煙道口的相對(duì)位置。

（3）整個(gè)機(jī)構(gòu)密封在堅(jiān)固的護(hù)罩內(nèi)，并通壓縮空氣維持罩內(nèi)正壓，杜絕了灰塵進(jìn)入，消除了機(jī)構(gòu)故障隱患。

（4）設(shè)計(jì)封閉絲桿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，增加事故應(yīng)急處理手段。

2.2.3 余熱鍋爐與尾氣風(fēng)管局部改造

增加鍋爐省煤器，進(jìn)一步回收了煙氣的顯熱。煙氣溫度從220 ℃降到180 ℃以下。

強(qiáng)化了省煤器清灰的設(shè)計(jì)。增加灰塵收集斗，增加激波清灰的頻率。使進(jìn)入余熱鍋爐本體的灰塵都得以及時(shí)排出。

尾氣風(fēng)管的局部改造，減少了彎頭的數(shù)量，使風(fēng)道通暢，風(fēng)阻降低。保證了電爐IV 孔的除塵效果，促進(jìn)了余熱回收系統(tǒng)與正常的除塵系統(tǒng)之間的參數(shù)匹配。

2.2.4 根據(jù)電爐的冶煉階段以及除塵需要進(jìn)行控制參數(shù)優(yōu)化

結(jié)合電爐冶煉的特點(diǎn)，根據(jù)電爐的冶煉階段合理調(diào)整余熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、屋頂大閥的開(kāi)度、主風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等等。并在不影響環(huán)保效果的情況下，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3 實(shí)施效果

（1）蒸汽回收量增加。

余熱回收系統(tǒng)改造于2021 年2 月底得到實(shí)施。改造前后的回收的蒸汽量跟蹤對(duì)比見(jiàn)圖5。

通過(guò)圖5 可以直觀看出，優(yōu)化后的電爐余熱回收系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)換效率大幅提升，在安全運(yùn)行前提下蒸汽噸鋼回收量突破250 kg/t 將是常態(tài)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)測(cè)算，僅余熱回收一項(xiàng)每年可為特鋼公司降低成本約4 000萬(wàn)元。

圖5 改造前后電爐噸鋼蒸汽回收量的對(duì)比

（2）電爐車(chē)間除塵效果達(dá)到歷史最好水平。一方面，由于改造后電爐的IV 孔煙道截面積擴(kuò)大，并且通過(guò)滑套機(jī)構(gòu)與余熱煙道結(jié)合緊密，并通過(guò)控制參數(shù)的優(yōu)化，使得電爐爐內(nèi)呈現(xiàn)微負(fù)壓狀態(tài)，電爐產(chǎn)生的含塵煙氣都被IV 孔吸走，因而消除了電爐車(chē)間最大的污染源。另一方面，由于IV 孔吸入的是熱煙氣，混入的冷風(fēng)量小，總的煙氣量較小，除塵系統(tǒng)的負(fù)荷顯著降低，因而除塵系統(tǒng)可以將更多的風(fēng)量分配給精煉區(qū)域的除塵點(diǎn)，從而促使整個(gè)電爐車(chē)間除塵效果改善。

（3）電爐多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提升明顯，見(jiàn)表4。

表4 改造前后電爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比

（4）電爐IV 孔產(chǎn)生的廢棄物達(dá)到歷史最低水平，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境得到根本改觀。未改造前，由于電爐IV 孔屏風(fēng)與滑套之間混入的冷風(fēng)較多，使得從電爐IV 孔吸出的泡沫渣快速形成固態(tài)渣。固態(tài)渣容易積存在煙道入口或掉落到滑套下方的電爐平臺(tái)上。不僅影響電爐爐內(nèi)形成不了微負(fù)壓，產(chǎn)大量的含塵氣體污染環(huán)境，而且掉落的渣子清理工作大，作業(yè)環(huán)境差。改造后，少量泡沫渣以液態(tài)形式吸入煙道，不積存，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需清理，作業(yè)環(huán)境得到根本改善。

4 結(jié)束語(yǔ)

電爐余熱回收系統(tǒng)改造，全面提升了電爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，改善了電爐的節(jié)能環(huán)保性能，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化美化了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，收到了較好的改造效果。