1.前 言
由于世界性资源匮乏,节约能源已是企业经济发展的一个重要组成部分。实现转炉负能炼钢具有降低成本、无环境污染等众所公认的优点。因而世界各国的炼钢厂都把实现转炉负能炼钢作为提高经济效益和环境保护的重大工艺技术进行研究。湘钢第二炼钢厂转炉工序(包括铁水脱硫、转炉冶炼、钢水吹氩、LF炉)设计能耗为7.4kg标煤/t钢。2002年转炉工序能耗实际为11.48kg标煤/t钢,2003年开始进行“实现转炉负能炼钢”科技攻关系统工作,通过开发及应用回收转炉煤气的潜热和显热新技术,不断降低工序能耗、提高能源利用率。2003年1～11月份,工序能耗分别为,kg标煤/t钢:0.9,-0.49,0.13,1.38,-0.06,-0.12,-4.15,-2.01,-0.7,-0.52,-0.64,累计平均为-0.08kg标煤/t钢,当年转炉工序能耗达到-0.35kg标煤/t钢,实现了转炉工序能耗为负值,一年创直接经济效益1000多万元。持续提高了转炉负能炼钢技术水平。
2 转炉负能炼钢分析
2.1 二炼钢生产工艺流程
工艺流程决定了能源消耗构成和分配比例。湘钢二炼钢厂生产工艺流程为:高炉铁水→预处理→转炉吹炼→二次精炼→连铸→轧钢。
高炉铁水由铁水罐运至二炼钢厂脱硫站,再按钢种计划的70%进行铁水脱硫,铁水经扒渣后兑入转炉,转炉吹炼作业由计算机静态计算和动态控制,经测温、定碳、定氧后确定吹炼终点,依照钢种技术标准要求进行合金化和二次精炼(吹氩、LF),合格钢水送连铸机浇铸。
2.2 转炉工序能耗计算
转炉工序能耗计算为转炉工序所消耗能源介质总量与转炉回收能源折算成标煤之差值,其表达式为:
转炉工序能耗=(转炉工序总能耗量—回收的工序总能量)/钢产量(t)
达负值即为负能炼钢。
2.3 转炉工序能耗的构成
转炉工序消耗的能源介质为:氧气、电、煤气、氩气、氮气、压缩空气、蒸汽和水等;回收部分为转炉煤气和蒸汽。实现“转炉负能炼钢”的关键是氧气消耗量,其比例占图1能源消耗组成图2 能源回收组成34.75%,它与吹炼过程有关,可见降低氧气消耗的潜力较大;氩气的消耗随着高附加值、高难度产品比例的增加而增加,而电力和煤气消耗尽管所占比例低于氧气,但随着科学的管理和进一步合理的组织生产,也将会使其有较大幅度下降。因此,降低能源单位消耗量的关键是减少氧气、电力和煤气的消耗。
转炉出口烟气总热量约1.12×108kJ/t钢,其中81.8%为潜热,18.2%为显热,它是属于二次能源范围,折合标煤38.8kg/t钢,显然回收转炉煤气、蒸汽已成为二炼钢厂实现负能炼钢的关键因素,如果随意放散不仅白白浪费了大量能源,还会由于CO有毒而造成公害。目前二炼钢厂转炉炼钢已不再是纯粹的耗能工序,它已成为回收二次能源的主要工序之一(该厂蒸汽回收早于转炉煤气回收)。
3 实现负能炼钢的主要措施
3.1 提高转炉煤气回收水平
3.1.1 转炉煤气回收技术特点
转炉煤气回收采取由PLC控制的炉口微差压技术和转炉闭罩吹炼相配合,使用液压装置驱动二文喉口,在吹炼过程中,二文喉口开度根据炉口微差压值自动进行调节,煤气始终以100m/s高速通过喉口,既保证除尘效率又使烟罩口压力波动范围窄、煤气回收量趋于稳定。
3.1.2 利用煤气回收新技术,提高煤气回收量
(1)通过对计算机煤气回收程序的修改和完善,可根据用户的使用情况或要求,随时调节计算机回收控制程序,按开始回收和结束回收的CO值(煤气中占绝对值的可燃成分)进行设置,从而确定最佳回收时间,使吨钢回收量增大或提高单位发热值。同时对原系统计算程序中数据的采集、运算参数的选用进行修改和重新进行程序设计,使吨钢煤气回收量和热值有大幅度的提高。
(2)对炉口始终采取正压控制,炉口差压自动调节的控制范围在±20Pa,而生产中将压力控制在+5Pa左右。精心操作使风机转速在吹炼前、后及回收期采取分段控制,使煤气回收顺利进行。
(3)控制好升、降罩的合理时机,采用全密闭裙罩回收。对系统各点的压力分配进行调整,使每次回收时间由原来的10.5min增加到目前的11min,这样,每年可多回收煤气900多万立方米。
(4)改进供氧制度和造渣制度,使吹炼过程中转炉渣返干期明显下降,减少了炉口积渣和大喷溅现象,提高了煤气的回收量和质量。
(5)在动力厂煤气三加压站增加一台转炉煤气加压机,使转炉煤气供出能力由4.5万m3/h增至7.5万m3/h,减少或杜绝转炉煤气气柜拒收次数。热电厂由7#锅炉掺烧转炉煤气,又增加了5#、6#锅炉掺烧转炉煤气,使回收的转炉煤气能正常使用。
(6)对二炼钢厂4#一次除尘风机回收转炉煤气系统进行了改造,2003年12月已投入使用。3.1.3 提高煤气回收指标二年来,通过对转炉煤气回收技术不断开发,对系统设备技术革新和科技攻关,使转炉煤气回收指标持续上升。二炼钢厂自2002年开始回收转炉煤气,当年吨钢回收煤气50Nm3,2003年已稳定回收煤气80Nm3以上,折合17.86kg标煤。
3.2 充分回收烟气的显热
3.2.1 蒸汽回收技术特点
转炉烟气冷却蒸汽回收系统采用了低压与高压全汽化冷却相结合,强制循环与自然循环相结合的操作方式,有利于烟气显热的全过程回收。
3.2.2 蒸汽回收新技术的开发
(1)根据湘钢内部蒸汽网设置和用户的要求,将压力控制在0.8～1.2MPa之间,对烟气冷却蒸汽回收系统的运行压力进行了修改;并对蒸汽输出量重新设定,以及对汽包水位的自动调节等工艺参数也通过数理统计进行了不断摸索,使各工艺参数更趋合理,杜绝或减少了因系统压力过高而放散蒸汽或因汽包水位而进行排泄蒸汽和热水的现象。
(2)当冷却烟道局部需要检修时,采取分段隔离方式排泄蒸汽和水,使蒸汽和水的损耗减少到最低程度。当一座转炉备用时间大于4min时,便关闭低压、高压循环泵,煤气风机在40%的低速下运行,使备用转炉冷却烟道的热源损失大幅度下降,为此,蒸汽回收量每小时可增加2t左右,吨钢回收蒸汽量可增加5kg。
(3)对汽化冷却系统中的关键阀门循环转换阀驱动装置和烟罩给水泵彻底进行了改造。经过改造后,系统故障率从每月平均5次降至1次以下,全年可多回收蒸汽200多吨。
3.2.3 蒸汽回收指标
转炉蒸汽回收设计指标为吨钢80kg,经过几年来的技术攻关、技术改造,2003年该厂吨钢回收蒸汽达85kg,折合8.02kg标煤,烟气的显热得到了较充分的回收和利用。
3.3 优化用能模式
3.3.1 控制钢包周转时间
对全连铸钢厂而言,控制钢包状况对钢水温度的影响尤为重要。因此掌握钢包周转时间与温降的影响,可有效控制钢水温度,而且可合理安排烘烤时间,降低煤气消耗,正常周转罐的平均温降趋势见图3(略)。根据图3所示情况,该厂修改了大罐周转模式,将正常周转大罐由19个罐减为14个罐,加快了红罐周转速度,尽量减少大罐周转时间,使转炉的出钢温度下降了38℃,而且吨钢煤气消耗降低了0.02GJ,吨钢工序能耗降低0.6kg标煤。
3.3.2 钢包在线烘烤,提高红罐温度
2001年,由鞍山热能院制造的KHJ—30型快速节能烘烤装置正式在该厂投入使用,使在线钢包温度由860℃提高至950℃左右,确保了红包出钢,减少了出钢的热损失,节约煤气五分之一左右,同时降低了出钢温度。
3.3.3 计算机控制炼钢技术,降低工序能耗
转炉消耗的能源主要是氧气,因此降低氧气消耗是实现负能炼钢的重要因素之一,该厂自投产后不断改进计算机控制软件,调整、优化工艺参数,完善计算机控制炼钢技术,提高计算机动态控制过程的控制精度与炼钢终点的C、T命中率,减少点吹、补吹的次数,使转炉的氧气消耗由原先的90m3/t钢降低至57m3/t钢,降幅达到了40%。吨钢工序能耗降低6.6kg标煤。
3.4 设制能耗计算机动态分析
为了能随时对钢厂的生产能源消耗进行分析,自行编制了《二炼钢厂能源分析系统》,实现了对全厂各主要能源消耗数据的日分析、月统计、年累计,使厂内各级领导和管理人员随时掌握全厂动态的工序能耗情况,及时采取措施进行调整。
3.5 建立能源数据的日分析
利用湘钢公司建立的Internet网,程序按各能源项目计算出吨钢单耗、吨钢标煤、吨钢费用、月累计吨钢单耗,与上月的吨钢单耗比较和费用比较等,形成《二炼钢厂能源日报》,用于指导生产。
3.6 注重环境保护,提高转炉除尘效率
湘钢在回收转炉煤气过程中注重环境保护,实现可持续性发展,不断开发对转炉烟气的除尘技术,使除尘效率达到99.95%,烟囱排放的废气含尘浓度≤25mg/Nm3(国家规定≤150mg/Nm3)。转炉烟气二次能源的回收率达90%,基本实现无废热污染,社会效益显著。
4 结 语
二炼钢厂通过先进技术的开发和应用,紧紧抓住能源与节流两项重点工作,一方面不断提高转炉煤气、蒸汽回收水平,另一方面降低转炉的能源消耗,采用各种节能新技术,利用科技进步,优化用能模式,使转炉工序能耗逐年大幅下降。截止2003年,转炉炼钢工序能耗已由1997年的56.78kg标煤/吨钢,2002年的11.48kg标煤/吨钢,降到-0.08kg标煤/吨钢,从2003年2月开始实现负能炼钢,一年共创经济效益900多万元,达到国内较好水平。这是先进炼钢技术重要的标志之一,是炼钢工艺、装备、操作及管理诸方面先进水平的综合体现。2004年该厂预期将蒸气回收提升至95kg/t钢,转炉煤气回收提升至90Nm3/t钢,氧气消耗降至55m3/t钢,达到负能炼钢-5kg标煤/t钢
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