安鋼轉爐飽和蒸汽利用的改造與應用

楊四龍

（安陽鋼鐵股份有限責任公司）

0 前言

安鋼第二煉軋作業部（以下簡稱“二連軋”）現有3 臺150 t 煉鋼轉爐，其汽化冷卻系統產生大量低壓飽和蒸汽。飽和蒸汽主要有兩部分用途，一部分飽和蒸汽通過燃氣式過熱裝置加熱后供VD爐或RH 爐抽真空，供汽不足時由動力作業部鼓風機站提供的中溫中壓蒸汽補充；另一部分飽和蒸汽用于生活供汽。由于飽和蒸汽用戶較少，當生產節奏調整時，會出現飽和蒸汽供大于求的情況，不得不進行放散處理。

安鋼焦化區域蒸汽需求量大（100 t/h）、壓力低（0.3 MPa），氣源為新老兩個減溫減壓站，兩站由公司兩臺240 t/h 高溫高壓鍋爐、140 t 干熄焦余熱鍋爐、190 t 干熄焦余熱鍋爐供應蒸汽，以上鍋爐蒸汽壓力均在9 MPa 以上，考慮用戶需求和管網安全不得不降壓至0.3 MPa 使用，高品質蒸汽的大幅度降級使用，造成極大的能源浪費。

筆者結合安鋼現有蒸汽管網系統，通過對轉爐飽和蒸汽富余量和焦化區域蒸汽需求量進行平衡計算，利舊部分蒸汽管網，打通輸汽節點，延長飽和蒸汽供氣線路，實現了飽和蒸汽全收全用，減少了高壓蒸汽降級使用，避免了能源浪費，從而提高了能源利用率。

1 轉爐飽和蒸汽回收、輸送、利用存在的問題

二連軋3 座轉爐配套設置3 臺余熱鍋爐，在轉爐冶煉過程中鍋爐產生飽和蒸汽，外供蒸汽參數為：壓力1.2～1.8 MPa、溫度180～195 ℃。轉爐煉鋼并不連續，一個冶煉周期為30 min，在煉鋼期間和煉鋼間隙，余熱鍋爐蒸產量波動大（10～30 t/h）。3 座轉爐生產模式下，生產節奏并不同一，累計蒸汽產量波動可達40～80 t/h。

為了收集、儲存飽和蒸汽，二煉軋設置有3 臺蒸發蓄熱器，大部分飽和蒸汽經過加熱后供VD 爐或RH 爐抽真空使用，小部分（＜3 t/h）用于生活供汽。由于二煉軋煉鋼冶煉節奏加快，鍋爐蒸汽發生量增加，蓄熱器蓄熱能力有限，無法全部回收飽和蒸汽，不得不將部分蒸汽放散，放散量約10 t/h。2022 年，二連軋VD 爐水環真空泵投入使用，飽和蒸汽抽真空系統停止使用，新增20～30 t/h 的轉爐飽和蒸汽放散，因此二煉軋轉爐飽和蒸汽利用改造顯得尤為緊迫和必要。

2 改造方案對比

余熱蒸汽利用的總原則是，根據余熱資源的參數和用戶需求，盡量做到能級匹配，在負荷技術經濟的條件下，選擇適宜的系統和設備，使余熱蒸汽發揮最大的效益。對于轉爐低壓飽和蒸汽的利用有以下幾個方案。

2.1 送至環冷鍋爐加壓后供余熱發電

從二煉軋蓄能器出來的余熱蒸汽主管（DN300）沿著現有的蒸汽管網支架送至360/400 環冷余熱發電主廠房外變徑成兩根DN250 的支管分別與360/400 燒結余熱鍋爐低壓蒸汽主管（DN250）相連。蓄能器至勝利大道1#分汽箱路口處，蒸汽管道可以利舊現有的一根閑置的余熱蒸汽管道。

動力作業部360/400 環冷余熱發電機組為補汽式凝汽式汽輪機。設計參數為：額定功率26.55 MW，主汽壓力1.56～2.16 MPa，主汽溫度320～390 ℃，氣源為過熱蒸汽。二煉軋飽和蒸汽需要進入鍋爐升溫升壓后再供汽輪機使用 。

由于汽輪機對蒸汽品質要求較高，環冷發電機組采用除鹽水作為循環介質，轉爐余熱鍋爐采用反滲透水，二者水質并不匹配，轉爐余熱蒸汽的混入可能造成環冷鍋爐和汽輪機的腐蝕，實施可行性不大。

2.2 利用溴化鋰機組制冷

將轉爐飽和蒸汽用于溴化鋰制冷機組制冷，該技術成熟可靠、應用廣泛，主要優勢在于溴化鋰制冷機組對蒸汽的壓力要求較低；缺點是設備投資大、溴化鋰價格較高、建設投資大?？紤]二煉軋及附近作業區生產工序暫無低溫制冷需求，同時結合安鋼廠區場地布置，分析認為改造意義不大。

2.3 飽和蒸汽替代部分管網蒸汽

通過調研，焦化作業區蒸汽使用量大，品質要求不高，改用飽和蒸汽可以滿足生產需求。二煉軋和焦化作業區之間距離約1 400 m，沿管廊輸汽可利舊原蒸汽管道，且沿線有1#和5#分汽包可以作為緩沖，具備飽和蒸汽替代改造的可行性。該方案經過充分的論證和研究，最終作為二煉軋飽和蒸汽回收利用改造方案。

3 具體方案

安鋼廠區蒸汽管網為環網連接狀態，通過6 臺分布于公司各個區域的分汽箱實現蒸汽調配，管網內為過熱蒸汽，壓力0.3～0.5 MPa，溫度大于250 ℃。其中，二煉軋轉爐和蓄熱器位于1#、2#分汽包聯絡管線路上，5#分汽包位于氣柜區域，距離焦化區域最近，結合管網現狀進行改造。

具體方案：

（1）利用現有管道將飽和蒸汽引至1#～2#分汽包聯絡管中，同時把2#分汽包中1#和2#分汽包聯絡門關閉，使飽和蒸汽進入1#分汽包，沿途考慮管道疏水，蓄熱器出口處增加脫水器；

（2）利用現有1#～5#分汽包聯絡管將蒸汽送至5#分汽包附近，增加脫水器，并和5#分汽包供北線管道連接，送至焦化老減溫減壓器處，同時將5#分汽包上的1#～5#連接管供北線手動閥關閉，使之成為飽和蒸汽專管；

（3）在焦化區老減溫減壓器后增加脫水器，焦化區按照飽和蒸汽使用進行系統優化調整；

（4）對沿途管道疏水進行優化改造，保證管道積水及時徹底排出，對管道系統進行重新保溫，滿足最新規范要求，減少熱量損失；

（5）考慮另一熱用戶蒸汽使用需求，從5#分汽包連接設置一路備用汽源。

改造完成后，實現了轉爐飽和蒸汽替代管網蒸汽為焦化區域供汽，改造如圖1 所示。

4 風險分析及應對措施

4.1 蒸汽發生量和存儲能力不匹配

二煉軋轉爐飽和蒸汽產汽量不穩定，當3 座轉爐同時煉鋼時，現有的3 座蓄熱器負荷不能滿足蒸汽的回收要求，存在多余蒸汽放散情況，造成能源浪費。

優化措施：根據煉鋼周期，調整蓄熱器水位，釋放蓄熱器最大蓄熱能力；轉爐飽和蒸汽管網投運后，新增并聯一臺蓄熱器，提高回收蒸汽量回收能力，對調節穩定蒸汽管網系統壓力也具有一定的意義。

4.2 管網蒸汽泄漏

轉爐飽和蒸汽壓力波動頻繁，對管網沖擊較大，利舊蒸汽管道投運已接近15 年，易造成系統泄漏。

控制措施：對利舊管道全面檢查，薄弱環節進行加固處理，后期考慮重新鋪設轉爐飽和蒸汽直供焦化區使用的蒸汽專管（約1 400 m）。

4.3 蒸汽輸送過程熱量損失

原管網蒸汽管道保溫為超細玻璃棉（δ=80 mm）外加鍍鋅鐵皮保溫，管道散熱量大。由于飽和蒸汽放熱極易凝結，且氣化潛熱巨大，在輸送過程中蒸汽凝結會造成能源和介質損失，大量凝結水可能會造成管道堵塞。

控制措施：將利舊和新建管道保溫材料改為硅酸鈣瓦塊120mm 厚（δ=60 mm×2 層），外層使用鍍鋅鐵皮保護，對于管網低點設置排水裝置，定期排水，保證供汽暢通。

5 經濟效益

（1）2022 年改造完成，焦化區域的蒸汽供應以轉爐飽和蒸汽為主，部分高品質過熱蒸汽作補充，置換出的高壓蒸汽進行發電創效。轉爐按照日生產120 爐工況計算，每小時可外供30 t/h 飽和蒸汽，飽和蒸汽在傳輸過程中因沿途疏水、脫水等造成的損耗較大，以損耗率40%計算，可置換18 t/h高壓蒸汽，按照4.0 kg/kW 的蒸汽發電效率計算，每小時可以多發電4 500 kWh，轉爐運行時間每年按7 000 h 計算，則每年多發電31 500 000 kWh。如果按電購價0.58 元/kWh 計算，則每年發電機組多創經濟效益1 827 萬元。

（2）減少軟水浪費，改造完成后，飽和蒸汽不再放散，蒸汽利用可以回收凝結水，按70%的回收率，每小時可回收21 t 軟水，按照6 元/t，年運行7 000 h 計算，每年可節省費用88 萬元。

6 結論

經過調試和運行驗證，轉爐飽和蒸汽并入綜合管網，配合管網中段過熱蒸汽補充，實現了遠距離輸送和使用，從而解決了轉爐飽和蒸汽放散和過熱蒸汽降級使用的問題，合理調配全廠蒸汽，減少不合理使用造成的?損失以及熱能品質的貶值，使全廠蒸汽系統高效經濟運行。在冶金企業能源結構持續優化總體形勢下，合理地利用低壓飽和蒸汽，減少生產過程中的消耗、降低碳排放量，不僅能給企業帶來降本和減排的雙重效益，而且符合國家節能減排、低碳發展的政策。