钢铁企业全厂热力系统诊断及优化

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文章的分析对象为钢产量300万t/a的国内某钢铁企业，该钢铁企业的主要生产工序包括原料场、焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢和轧钢。由于该钢铁企业的产能逐步扩大，生产工艺数次调整，因此具有复杂的热力系统。

1钢铁企业热力系统现状

1.1高温高压蒸汽

该钢铁企业现有高温高压(9.8MPa，540℃)煤气锅炉4台。其中，2台110t/h锅炉产生的蒸汽用于2台25MW汽轮发电机组发电，25MW汽轮发电机组设置低压抽汽并入厂区低压蒸汽管网;1台130t/h锅炉产生的蒸汽用于30MW汽轮发电机组发电;1台80t/h锅炉产生的蒸汽用于拖动1号高炉的AV63汽动鼓风机组，该汽动鼓风机组设置2.7MPa、380℃抽汽供1号烧结机的主抽汽轮机。8.8～9.8MPa高压蒸汽平衡见表1。

1.2中温中压蒸汽

该钢厂现有中温中压(3.82MPa，450℃)煤气锅炉3台。其中，1台35t/h煤气锅炉产生的蒸汽用于拖动2号高炉的AV45汽动鼓风机组;另外2台75t/h煤气锅炉与干熄焦余热锅炉产生的蒸汽混入中压蒸汽母管进行再分配，主要为15MW发电机组和3号高炉AV63汽动鼓风机组提供动力源。中压蒸汽管道上设有2套减温减压装置，1套减温减压装置产生1.0MPa低压蒸汽用于焦化工序;1套减温减压装置产生2.0MPa次中压蒸汽作为8MW烧结余热发电机组的汽源，以保障8MW发电机组的稳定运行。3.4～3.8MPa中压蒸汽平衡见表2。

1.3余热回收

(1)干熄焦余热回收蒸汽焦化厂现有75t/h干熄焦余热锅炉1台，产生的中温中压蒸汽并入中压蒸汽母管。

(2)焦化烟气余热回收蒸汽焦化厂设18t/h焦化烟气余热锅炉1台，产生0.6MPa低压蒸汽主要供应焦化蒸汽用户。

(3)烧结余热回收蒸汽1号烧结环冷机、3号烧结环冷机余热回收的2.0MPa次中压蒸汽并入现有8MW发电系统;0.6MPa低压蒸汽并入公司蒸汽管网。次中压蒸汽管网上设有1套减温减压装置作为低压蒸汽备用汽源，一般情况下不投运。2号烧结带冷机回收的0.8MPa低压蒸汽直接并入厂区蒸汽管网，厂区蒸汽管网富裕蒸汽用作现有8MW发电系统补汽汽源。

(4)转炉汽化冷却现有炼钢系统均设有转炉汽化冷却，产生的低压蒸汽满足炼钢自用汽后并入厂区蒸汽管网。

(5)轧钢加热炉汽化冷却现有轧钢车间均设有加热炉汽化冷却，产生的低压蒸汽并入厂区蒸汽管网。(6)低品位余热高炉冲渣水和焦炉初冷器循环水余热均已考虑回收，产生的热水供全厂采暖，除了极寒天气需要蒸汽补汽以外，全厂基本上已实现余热供暖。全厂0.6～1.3MPa低压蒸汽平衡见表3。1.8～25MPa次中压蒸汽平衡见表4。

2热力系统诊断

2.1减温减压造成发电量损失

10t/h中温中压蒸汽被直接减压到低压，供焦化车间使用，合计减温减压蒸汽量9万t/a，与汽轮机抽汽相比，损失发电量约为930万kWh/a。13t/h中温中压蒸汽被直接减压到2.0MPa，供8MW余热发电，合计减温减压蒸汽量9万t/a，与汽轮机抽汽相比，损失发电量约为940万kWh/a。

2.2烧结余热回收系统效率低

1号126m2烧结系统和3号126m2烧结系统现有余热锅炉为双压、单进气、无补燃、立式水—汽自然循环余热水管锅炉，单烟道布置结构，锅炉低压汽包兼具除氧器功能。2号72m2烧结余热锅炉为单压、单进气、无补燃、机上布置热管锅炉。1号炉年平均蒸汽回收量为76.7kg/t，3号炉年平均蒸汽回收量为62.5kg/t，余热回收效果不佳，相对于国内先进指标120kg/t，改进提升的空间较大。(1)126m2烧结余热回收系统现有余热回收系统仅利用了环冷机废气余热，余热回收烟气系统风箱与台车之间、台车与取风罩之间的漏风严重，约45%～50%;环冷三段100～150℃的热风未利用;机尾高温烟气余热没有加以利用而直接排入大气，造成环境热污染，同时还浪费了宝贵的余热资源。(2)72m2烧结余热回收系统现有余热锅炉采用机上布置形式，利用带冷鼓风机余压将冷却矿料后的热废气通过余热锅炉回收。据现场调研，回收0.6MPa的饱和蒸汽5t/h。该烟气系统为开式系统，余热利用率低，粉尘排放量大。

2.3自发电系统未高效利用

该钢铁企业共4个煤气发电机组，其中包括1×15MW中温中压发电机组、2×25MW高温高压发电机组和1×30MW高温高压发电机组，实际运行参数见表5。高温高压30MW发电机组由于负荷率约为50%，效率较低，而中温中压15MW发电机组负荷率为100%，煤气的利用明显不合理，发电效率高的机组应优先消耗煤气。

2.4煤气锅炉参数低，能源转换效率低

该钢铁企业目前有7个煤气锅炉，其中包括2×75t/h中温中压锅炉、1×35t/h中温中压锅炉、2×110t/h高温高压锅炉、1×130t/h高温高压锅炉和1×80t/h高压锅炉，煤气消耗情况见表6。全厂平均煤气单耗为4.0m3/kWh，单耗偏高，能源利用效率低。相对于市场上广泛应用的超高温超高压发电机组，全厂平均煤气单耗高1m3/kWh，发电效率低30%。

2.5转炉汽化冷却蓄热器容积偏小

每套60t转炉汽化冷却系统配置1台40m3蓄热器，蓄热器几乎无法发挥蓄热作用，而是依靠现场运行人员手动调节汽包后调节阀控制蒸汽压力，汽化冷却系统夏季运行均有蒸汽放散的情况出现。

2.6蒸汽系统计量不完善

有些地方蒸汽计量数值不准确，部分车间内部蒸汽分配无计量。由于计量设施缺失和不完善，造成对蒸汽用户的无序管理，很难为进一步优化蒸汽系统提供依据。

3热力系统优化

3.1烧结余热系统优化

(1)126m2烧结余热回收系统常规环冷余热回收仅回收环冷一段、二段的热量，温度为100～150℃的热量不回收。烧结恒温复合循环系统采用回风恒温调节技术、落尘管烟气恒温调节技术，既提高机尾烟气余热回收的稳定性，又实现高参数蒸汽恒温控制;融合了热风密闭循环、双压汽水系统等先进成熟的技术，提高锅炉回收的火用效率。烧结恒温复合循环系统［1］不仅能够回收环冷一段、二段的热量，而且还能回收温度为100～150℃的热量，实现了在不影响烧结工艺生产的前提，最大限度增加余热发电量。

(2)72m2烧结余热回收系统采用废气密闭循环系统代替现有的直排系统，提高回风温度及增加热废气风量;采用双进气余热锅炉，提高高温风的火用效率，使锅炉出口蒸汽参数趋于稳定。

(3)利用烧结动密封组烧结冷却机密封效果不仅影响余热回收系统的蒸汽量，而且与蒸汽参数(温度、压力)及电耗都息息相关。烧结动密封系统［2］能够提高环冷机密封性能，减少烟罩与台车、台车与风箱之间的漏风量，使得漏风率由原有的45%～50%下降至15%左右。优化后，每个126m2烧结系统蒸汽回收量(中、低压合计)24t/h;72m2烧结系统蒸汽回收量(中、低压合计)8t/h;吨矿蒸汽回收量可达约120kg/t。每年增加的低压蒸汽回收量和次中压蒸汽回收量分别为6.3万和9.5万t/a，低压蒸汽按供焦化考虑，烧结余热外供电量可增加1397万kWh/a。

3.2转炉汽化冷却系统优化

现有3套炼钢系统，分别是一炼钢45t转炉系统、二炼钢60t转炉系统和三炼钢60t转炉系统。一炼钢45t转炉即将进行产能升级改造，对此转炉文章不进行分析。二炼钢60t转炉年产钢水102.89万t/a，吨钢蒸汽回收量为68.10kg/t(已扣除除氧器加热用消耗蒸汽);三炼钢60t转炉年产钢水107.81万t/a，吨钢蒸汽回收量为66.43kg/t(已扣除除氧器加热用蒸汽)。吨钢蒸汽回收量基本达到国内平均值。二炼钢和三炼钢60t转炉汽化冷却系统配置:烟道直径为2200mm;烟道分为活动烟罩、Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段和Ⅳ段，除活动烟罩与除氧器、循环水泵组成强制循环系统外，其余烟道各段与汽包组成自然循环系统。汽包额定工作压力1.25MPa，每套转炉汽化冷却系统配置1台40m3蓄热器。现有炼钢系统配套汽化冷却系统夏季运行均有蒸汽放散的情况发生。为消除蒸汽放散及减小转炉吹炼时，蒸汽量的骤增对蒸汽管网的冲击，2台60t转炉汽化冷却系统需要新增1套80m3蒸汽蓄热系统。

3.3蒸汽网络优化

应避免蒸汽的高能低用，尽量利用电站抽汽供生产用汽和余热发电机组。原烧结系统用约15t/h蒸汽预热烧结混合料，蒸汽网络优化后，用高炉冲渣水代替蒸汽，可节省蒸汽量11.73万t/a，增加外供电量2666万kWh/a。

3.4富裕煤气利用优化

该钢铁企业目前可支配富裕煤气量约35.8万m3/h(折合高炉煤气)，增产及优化后富裕煤气量约47.7万m3/h(折合高炉煤气)。该部分煤气为全厂所有锅炉的可消耗的煤气量，按照效益最大化原则，拟定了煤气利用方案。方案一:淘汰所有中温中压煤气锅炉，中温中压汽动鼓风机改成电动鼓风机，一期新建1台35MW超高温超高压煤气发电机组，增产及优化后二期再新建1台35MW超高温超高压发电机组。方案二:淘汰所有中温中压煤气锅炉及高温高压煤气锅炉，所有汽动鼓风机改成电动鼓风机，一期新建2台65MW超高温超高压煤气发电机组，增产及优化后二期再新建1台65MW超高温超高压发电机组。方案一和方案二技术经济指标见表7。考虑到方案二投资较大，而且现有变电所容量较小，并网困难，推荐采用方案一。采用方案一后，年增加外供电量43050万kWh/a。

3.5富裕蒸汽利用

考虑到全厂蒸汽系统有放散，为充分节能降耗，建议新建1座4000kW饱和蒸汽发电站，可增加外供电量2400万kWh/a。

4结语

该钢铁企业的热力系统可提升空间较大，针对当前的能源现状优化改进，可大幅提高能源利用水平，降低能耗，总外供电量可增加49513万kWh/a，经济效益和社会效益可观。

参考文献

［1］王元新.一种烧结余热回收恒温复合循环系统［J］．冶金动力，2017，(8):39－40.

［2］北京京诚科林环保科技有限公司.用于烧结环冷机中的台车密封系统［P］:中国，201510920509．2．2017－09－01.

作者:王颖洁 丁勇山 王元新 单位:中冶京诚工程技术有限公司