转炉汽化蒸汽在武钢一炼钢厂真空中的工程应用

胡圣飞，胡普学，祁华，周杰

(武钢第一炼钢厂)

摘 要：介绍了武钢一炼钢厂及薄板坯连铸连轧生产线(CSP)中利用转炉汽化蒸汽经过处理来满足RH、VD真空精炼系统需要的工程实例，实现能源的梯级利用，节能降耗，具有很好的经济和社会价值，值得业内借鉴。本文中主要涉及武钢一炼钢厂蒸汽过热装置使用中的技术内容、特点及经济效益情况，并介绍了一炼钢厂在新建的蒸汽过热装置运行中的一些经验和改进方案。

关 键 词：真空精炼；转炉余热蒸汽；过热蒸汽；工程应用

1 概述

随能源日趋紧张及其价格上涨，节能在钢铁等高耗能企业中尤为重要。目前国内转炉炼钢厂余热锅炉产生的大量饱和蒸汽仅用于厂区内食堂、澡堂等生活供热，多余部分则以放散为主，造成能源利用效率低、浪费大的现状，也直接提高了钢铁企业的吨钢能耗。与此同时，炼钢厂的真空精炼炉(RH)生产中需要消耗的大量低压微过热蒸汽，一般都需要配套快速锅炉来满足生产，消耗了大量煤炭、重油等矿产资源。目前国内部分钢厂开始实践将转炉余热锅炉产生汽化蒸汽经过专业的蒸汽过热装置后直接用于真空精炼炉的生产，此举大幅提高了能源利用率，扩大了转炉余热蒸汽的应用范围，基本实现炼钢厂转炉余热蒸汽的零排放，创造了显著的经济和社会效益[1]。

2 蒸汽过热装置在武钢一炼钢厂的技术应用

武钢为落实国家节能政策，降低吨钢能耗，提升自身钢材的市场竞争能力，同时武钢一炼钢厂及新建的薄板坯连铸连轧(CSP)等生产线在原有的1．8MPa热力厂蒸汽供应缺口较大，时常因蒸汽管道长、热力损失、阻损大及蒸汽的压力、流量不稳定影响到真空的生产，而新建热力厂及长距离输送管道投资高，同时真空精炼炉使用热力厂1．8MPa蒸汽还需要减温减压，一是强制降低蒸汽品质，二是消耗大量降温水，也造成高品质能源的浪费。为此武钢在一炼钢厂及CSP生产线上分别投资建设了两套低压燃气式蒸汽过热装置，利用两个炼钢厂自身的余热锅炉汽化蒸汽来满足生产线上真空精炼系统的微过热蒸汽需求。

2．1 武钢一炼钢厂转炉余热锅炉现状

一炼钢生产线现有2×120t转炉余热锅炉系统情况：

转炉冶炼周期32～35分钟，其中吹氧时间为14～16分钟，冶炼周期内平均产汽量：20t／h(每套)，余热锅炉汽包工作压力：1．0～2．45MPa，锅炉出口蒸汽温度225℃，配套两台105m3湿式变压式蓄热器；

CSP生产线现有2×150t转炉余热锅炉系统情况：

转炉冶炼周期42分钟，其中吹氧时间为17分钟，冶炼周期内平均产汽量：25t／h(每套)，余热锅炉汽包工作压力：1．0～2．45MPa，配套两台192m3湿式变压式蓄热器。

2．2 真空精炼系统对过热蒸汽的要求

一炼钢厂及CSP生产线现有真空精炼炉为一套100t VD精炼炉，设计对微过热蒸汽需求为：流量19t／h，温度180～200℃；一套120t RH精炼炉，设计对微过热蒸汽需求为：流量23t／h，温度180～200℃，冶炼周期为23～25分钟；一套150t RH精炼炉，设计对微过热蒸汽要求为：流量38t／h，温度175～190℃；所需蒸汽压力均为0．8～1．0MPa。

2．3 一炼钢厂蒸汽过热改造内容

为实现利用四座转炉余热蒸汽来满足3座真空精炼炉生产的目标，并考虑两条生产线的独立性，新建了45t／h蒸汽过热装置两套以及连接转炉余热锅炉系统与蒸汽过热装置及用户的管网和相应的电控系统；根据两个炼钢厂余热锅炉系统参数，每座转炉冶炼周期产汽量为20t／h及25t／h，两座转炉、汽化蒸汽数量上基本满足两个炼钢厂各自真空系统的需要。考虑转炉余热锅炉产生蒸汽的间断性，就需要充分发挥蓄热器的充热功能，以保证在真空生产过程中能持续向过热装置系统供应定压蒸汽，根据现有的充热1．0～1．45MPa，放热压力0．9～1．2MPa和蓄热器单位需热量曲线，在现有2台105m3蓄热器的条件下可基本满足生产周期内真空连续生产的需要，但考虑转炉检修和一定余量，两条生产线共建了一台192m3蓄热器，并由管道连接两条生产线的转炉余热锅炉系统，通过设置阀门实现特殊状态下的相互备用。其管网示意图如下图1。

2．4 武钢一炼钢厂蒸汽过热系统工程应用情况

2．4．1 蒸汽过热系统工艺流程

武钢一炼钢及CSP生产线使用的两套低压燃气式蒸汽过热装置，其主要工艺是利用转炉余热锅炉产生的饱和蒸汽，由蓄热器引出，通过设置压力调节阀，得到连续稳定的定压饱和蒸汽，根据真空精炼炉的工艺需要将出口控制在压力0．9～1．1MPa；但由蓄热器放热过程中释放的饱和蒸汽中含较多的杂质及水分，该系统通过设置蒸汽滤洁器除水阻垢后进入燃气式蒸汽过热装置内进行热能交换，得到微过热蒸汽，一般过热度控制在5～20℃，为保证得到的微过热蒸汽达到真空精炼炉的蒸汽使用标准，系统中通过设置燃烧风机和混合风机两套系统来控制出口蒸汽的温度，燃烧风机系统通过预先给定的燃烧煤气、压缩空气燃烧混合比及煤气流量来控制风机的入口调节挡板，达到最适燃烧状态。为防止高温环境下换热设备的寿命降低，系统配套了混合风机系统，主要是燃烧系统产生的高温烟气与混合风机产生的冷空气混合到适当温度，一般为220℃，再将混合后的烟气流经过气—汽换热装置，实现对滤洁后的蒸汽升温达到微过热状态供真空使用的目的。同时在气—汽换热装置管道出口设置温度检测元件提供反馈信号，PLC根据反馈信号同时调节煤气及混合风机的风量，其采用的是具有遗忘因子的PD型迭代学习律，在线动态调整燃烧，最终实现调节蒸汽压力温度的目的，以满足真空精炼系统的生产需要。下表1为一个生产工序中过热蒸汽系统运行的情况。

系统通过跟踪真空生产的手段来自动控制过热装置的启停，为防止保温燃烧或试车状态下系统中出现超温、超压现象，将过热装置出口管道与武钢厂区低压蒸汽管网连通，中间设备电动阀和检查元件，出现上述情况的条件下，打开电动阀门向低压蒸汽管网排放蒸汽，既保护过热装置又实现了资源利用。

2．4．2 应用运行状况

一炼钢厂生产线蒸汽过热装置，经过一年时间的磨合、调整可完全替代以前的热力厂1．8MPa蒸汽，有效解决了热力厂蒸汽供应不足的问题，同时也提高了能源的利用率和附加值。下表1为一炼钢厂生产线蒸汽过热装置其中一个生产工序的运行参数，从表中我们可以看出该系统运行稳定、可靠，产生的过热蒸汽完全满足一炼钢厂真空精炼炉的生产需要，且对转炉余热锅炉系统无明显冲击，达到了设计的目的。

3 武钢一炼钢厂对转炉汽化蒸汽利用系统的综合改进

在一炼钢厂蒸汽过热系统正常运行条件下，可以满足真空系统对蒸汽的需要，但蒸汽过热系统还是消耗了大量的煤气、电能，为探索进一步降低能源消耗的途径，我们对现有的转炉余热锅炉、蒸汽过热装置和真空精炼系统情况进行了综合分析，认为可以通过改变转炉余热锅炉、真空系统的部分介质参数，达到降低过热装置的自身能源消耗。

3．1 改进措施

武钢一炼钢厂在过热系统投用之后，一炼钢转炉余热锅炉系统向过热蒸汽系统提供中压饱和蒸汽，中间设置了压力流量调节阀，考虑沿线的阻力损失，余热锅炉向外供汽压力设置为1．0MPa，蒸汽经过滤洁器后进入气—汽换热器，变成微过热蒸汽，过热度一般会在2～10℃之间，完全满足真空系统的生产需要，且实现了节能降耗的目标；

在实际生产过程中，过热装置消耗大量的煤气、电能，为此我们考虑通过调整真空系统浊环水参数，以达到放宽其对蒸汽品质的要求，让余热锅炉出口蒸汽经过压力调节阀、滤洁器后的蒸汽直接用于真空系统，实践证明在余热锅炉对真空的出口压力控制在约1．2MPa时，即可满足真空系统的需要，且不影响真空效果；在冬季温度较低的环境下，可以提高饱和蒸汽压力，以保证真空系统正常运行；同时经过实践在转炉余热锅炉系统正常工作的情况下，设置转炉余热锅炉到厂区低压管网的出口压力调节阀，以保持蓄热器在1．45～1．6MPa的压力范围内，该系统的有较好的稳定性，满足持续生产的需要。

为此我们在滤洁器后与过热系统之后的管道上增加了旁通管道，设置电动阀门，并保证沿途疏水器都可正常工作，尽量降低蒸汽中水份的存在，修改蓄热器对低压蒸汽管网输出蒸汽程序，保证蓄热器压力超过1．45～1．6MPa范围时，调节阀打开向公司低压管网输出蒸汽，保持蓄热器内的压力稳定，同时充分利用热力资源。

炼钢厂为实现转炉、全连铸生产，节奏控制尤为重要，为保证该蒸汽过热系统有充足的汽源，达到稳定生产同时又能减少投资的目的，系统中在一炼钢厂及CSP两条炼钢生产线转炉余热锅炉的蓄热器上设置了联通管道和联通阀，实现了两个钢厂的互动，在单炉检修、故障或生产调节奏状态下仍能力保证真空精炼炉的平稳生产，也可以提高了系统的稳定性。

3．2 改进后应用运行状况

一炼钢对于转炉汽化蒸汽系统的改进，经过了一年时间实践、调整，现已可完全替代以前的热力厂1．8MPa蒸汽，下表2为一炼钢厂转炉汽化蒸汽系统改进后的其中一个生产工序的运行参数，从表中我们可以看出该系统运行稳定、可靠，产生的过热蒸汽完全满足一炼钢厂真空精炼炉的生产需要，且对转炉余热锅炉系统无明显冲击，达到了设计的目的。

4 经济效益分析

一炼钢厂及CSP生产线投用的两套蒸汽过热装置运行成本为：3．6元／t汽，而原有的1．8MPa热力厂供应蒸汽成本：91．3元／t汽，一炼钢、CSP厂两套蒸汽过热装置年工作时间为6800h，平均产气量23t／h、30t／h，其年经济效益为：(91．3－3．6)×6800h×(23+30)t／h=316万元；同时在实现改进措施以后蒸汽过热装置的运行成本可以省去，进一步降低了能源的消耗。

5 结语

武钢一炼钢厂、CSP过热蒸汽系统投产后可稳定运行，产生的蒸汽可满足真空精炼炉的生产用汽，且经济效益明显，提高了本厂的能源利用率，降低了吨钢能耗，同时我们因地制宜，在原有的设计基础上，根据本厂内饱和蒸汽压力稳定、供应充足、沿路蒸汽管线温降较小的特点，对部分工作程序及管道进行改造，最终我们的过热装置能耗可比预先设计的降低40％，本项目的应用，可降低钢厂的运行成本，减少煤炭等资源消耗，提高产品竞争力，具有较好的经济和社会价值。且本厂蒸汽过热系统的后期改进工作也值得其他钢厂借鉴。

参 考 文 献：

[1]   陈世然等．转炉余热回收蒸汽用于真空精炼的实践．[J]．冶金能源，2010，7：43—60．

[2]   方义昭．蒸汽蓄热器在湘钢转炉余热锅炉上的应用．[J]．节能技术，1998：9—12．