利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽保障真空精煉裝置用汽的工程實例

利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽保障真空精煉裝置用汽的工程實例

1結(jié)構(gòu)調(diào)整器的開發(fā)目前，我國許多鋼層工具使用路橋外真空精煉手段，提高鋼格質(zhì)量，因此需要使用大量微熱蒸汽進行真空勘探。同時，由于低壓飽和蒸汽，大部分轉(zhuǎn)爐的蒸汽沒有得到有效利用。大量分散，影響了鋼的經(jīng)濟效益，污染了環(huán)境。如何將轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽用于真空精煉裝置,實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)余熱能源的梯級利用,節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟效益,是中冶京誠工程技術有限公司(以下簡稱京誠公司)長期研究的節(jié)能課題之一。實現(xiàn)將轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽用于真空精煉裝置必須解決兩個主要技術難題:一是蓄熱調(diào)節(jié);二是蒸汽微過熱。在總體蒸汽平衡的基礎上,既要克服轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽生產(chǎn)的間斷性、波動性,又要適應真空精煉裝置對蒸汽需要的間斷性、快速跟蹤性,同時保證蒸汽流量、壓力、微過熱溫度的穩(wěn)定。京誠公司經(jīng)長期研究,成功開發(fā)出利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽保障真空精煉裝置的成套技術及設備。2006年研發(fā)成功,在南京鋼鐵聯(lián)合有限公司中厚板卷廠RH真空精煉裝置蒸汽改造工程中建設,2006年12月11日熱試成功后投入使用,運行穩(wěn)定,效果良好。2蒸汽供應系統(tǒng)關鍵技術集成開發(fā)京誠公司針對南鋼中厚板卷廠蒸汽供應系統(tǒng)改造總承包工程,重點技術研發(fā)是裝置全線技術集成開發(fā)、流體分析及工藝技術開發(fā)、燃燒控制及保護技術集成開發(fā)、蒸汽濾潔技術開發(fā)、低阻損氣汽換熱技術開發(fā)、閥前閥后無擾動切換控制技術等集成開發(fā),研究成果最終應用于南鋼中厚板卷廠蒸汽供應系統(tǒng)改造總承包工程中。2.1低阻損氣—工藝流程(1)蒸汽流程——轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽由汽包送入蓄熱器充熱,蓄熱器供出的飽和蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥組后,以穩(wěn)定的壓力和流量進入具有專利技術的蒸汽濾潔器除水除垢后,再進入具有專利技術的低阻損氣—汽換熱器中熱交換升溫,達到設定過熱溫度后供給RH真空精煉裝置。富裕蒸汽通過送低壓蒸汽管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥定流量或定壓力向低壓蒸汽管網(wǎng)供應蒸汽。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽一機兩用。(2)煙氣流程——混合煤氣通過燃燒裝置在絕熱燃燒室內(nèi)安全、穩(wěn)定、充分燃燒,產(chǎn)生的高溫煙氣進入混合室,與混合風機送出的空氣在混合室內(nèi)混合后,煙氣進入具有專利技術的低阻損氣—汽換熱器熱交換后,經(jīng)煙囪排入大氣。采用低溫燃燒技術,廢煙氣達標排放。2.2風機特性節(jié)能技術主要技術特點即為專門開發(fā)的三項專利技術:低壓蒸汽燃氣式過熱裝置發(fā)明專利技術(200710080123.0)、蒸汽濾潔器實用新型專利技術(200620175617.8)、低阻損氣-汽換熱器實用新型專利技術(200620137192.1)。(1)分別設置助燃風機和混合風機,既較好地適應負荷變化,又保證燃燒室的燃燒穩(wěn)定和燃燒效率,同時避免助燃風機和混合風機二者相互干擾。(2)設置自動燃燒裝置,實現(xiàn)自動點火、自動升溫、自動調(diào)整負荷、自動熄火保護。(3)設置絕熱燃燒室,提高燃燒室的蓄熱量,使燃燒室內(nèi)的煙氣始終保持較高的溫度,改善了煤氣著火條件,提高了煤氣燃燒的穩(wěn)定性,對負荷的變化有較強的適應性。(4)設置煙氣混合室,對煙氣摻空氣,使混合煙氣溫度降至450℃左右,減少燃氣式蒸汽過熱裝置燒壞事故的發(fā)生。(5)設置蒸汽濾潔器,減少蒸汽帶水、帶垢,降低燃氣式蒸汽過熱裝置換熱管結(jié)鹽、結(jié)垢,提高換熱效率,延長燃氣式蒸汽過熱裝置的工作周期及設備壽命,蒸汽濾潔器過濾效率≥95%,蒸汽濾潔器阻損小于5kPa。(6)設置低阻損氣-汽換熱器,降低煙氣阻損,省去煙氣引風機,氣側(cè)阻損為0.5kPa;降低蒸汽阻損,充分利用余熱蒸汽的壓力,汽側(cè)阻損為17.35kPa。(7)設置機電一體化自控系統(tǒng),使用神經(jīng)網(wǎng)絡與迭代學習控制相結(jié)合的控制方法,采用具有遺忘因子的PD型迭代學習律,在線動態(tài)調(diào)整控制規(guī)則,達到最佳的控制效果。(8)采用送低壓蒸汽管網(wǎng)蒸汽調(diào)節(jié)閥閥前閥后無擾動切換控制技術,在首先滿足RH真空精煉裝置蒸汽需要的情況下,富裕蒸汽通過送低壓蒸汽管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥定流量或定壓力向低壓蒸汽管網(wǎng)供應蒸汽。2.3自動切換到正常供汽狀態(tài)(1)燃氣式蒸汽過熱裝置設置兩種工作狀態(tài)當RH真空精煉裝置短時不需要蒸汽時,燃氣式蒸汽過熱裝置自動切換到保溫狀態(tài),以避免造成過熱蒸汽溫度或壓力過高,同時節(jié)約煤氣。當RH真空精煉裝置需要蒸汽時,燃氣式蒸汽過熱裝置1~2s即可自動切換到正常供汽狀態(tài)。(2)微過熱蒸汽超壓保護措施燃氣式蒸汽過熱裝置在保溫狀態(tài)時過熱蒸汽系統(tǒng)可能出現(xiàn)超溫超壓,將自動打開電動閥對低壓蒸汽管網(wǎng)排放蒸汽。3南鋼的應用南鋼中厚板卷廠利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽保障RH真空精煉裝置的成套設備實際運行情況簡單介紹如下:3.1蒸汽蓄熱器(1)南鋼RH真空精煉裝置分汽缸處蒸汽參數(shù)蒸汽流量:19t/h;蒸汽溫度:205~210℃;蒸汽壓力:1.0MPa(G);(2)南鋼2×120t轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)工作參數(shù)汽包額定工作壓力:2.45MPa(G);汽包最高工作壓力:1.8~1.9MPa(G);汽包目前實際正常工作壓力:1.5~1.6MPa(G);平均蒸汽流量:~10.8t/h;蒸汽最大流量:~12t/h。轉(zhuǎn)爐數(shù):2座。(3)南鋼2×120t轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蓄熱器工作參數(shù)蓄熱器額定工作壓力:2.45MPa(G);蓄熱器最高工作壓力:1.8~1.9MPa(G);蓄熱器目前實際正常工作壓力:1.5~1.6MPa(G);蓄熱器容積:原有2×94m3蓄熱器;改造增加2×150m3蓄熱器。蓄熱器形式:濕式變壓式蓄熱器;(4)燃氣式蒸汽過熱裝置數(shù)量:1套(包括燃燒器、助燃風機、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、混合調(diào)節(jié)閥和速關閥、焦爐煤氣電磁閥、自動點火裝置、熄火保護裝置及其它附屬設施等)。蒸汽額定流量:25t/h;蒸汽正常流量:20t/h;蒸汽側(cè)設計壓力:1.8MPa(G);蒸汽工作壓力:1.2MPa(G)(任意可調(diào));入口蒸汽溫度:飽和;出口蒸汽設計溫度:250℃;出口蒸汽工作溫度:200~250℃(任意可調(diào));煙氣側(cè)設計壓力:0.1MPa(G);煙氣工作壓力:0.5kPa(G);入口煙氣工作溫度:450℃;出口煙氣工作溫度:250℃;露天布置。(5)其它輔助系統(tǒng)如混合風機、放散系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)等設施。3.2配套設施及水位控制對現(xiàn)有蓄熱器區(qū)進行改造,新增2臺150m3蓄熱器,解決了轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)生產(chǎn)的間歇性和波動性帶來的供汽間斷問題,在兩臺轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)因故無法供汽時滿足一爐RH真空精煉裝置生產(chǎn)需要,并對蓄熱器出口的蒸汽管網(wǎng)進行改造。對蓄熱器出口的蒸汽品質(zhì)進行改造,以滿足新增RH真空精煉裝置的用汽要求。新增一臺蒸汽濾潔器,設計壓力為1.8MPa,使蒸汽脫水除垢,保證過熱裝置長期穩(wěn)定運行。新增一臺低壓蒸汽燃氣式蒸汽過熱裝置包括:一臺低阻損氣-汽換熱器,一臺助燃鼓風機,一臺蒸汽濾潔器,一臺煙氣發(fā)生裝置、一套燃燒系統(tǒng)及其它輔助設施等。配套設施有:一臺混合調(diào)溫鼓風機,二臺150m3蓄熱器,一臺5m3定期排污擴容器,一套PLC機電一體化控制系統(tǒng)等。新增蒸汽供應設施的機電一體化控制系統(tǒng),蓄熱器在新增燃氣式蒸汽過熱裝置處控制,不再由轉(zhuǎn)爐控制室轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)PLC控制,每臺蓄熱器均新設平衡容器,自動調(diào)節(jié)水位,蓄熱器的工作壓力自動控制,閥前壓力大于1.8MPa時通過旁路調(diào)節(jié)閥向低壓管網(wǎng)送汽。供外網(wǎng)蒸汽壓力自動控制,減少轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)壓力波動過大對外網(wǎng)的沖擊。燃氣式蒸汽過熱裝置自動控制,其中蒸汽壓力、蒸汽溫度、點火及升溫、燃燒調(diào)節(jié)、熄火保護均為自動控制,RH真空精煉裝置工作時過熱裝置自動投入運行狀態(tài);RH真空精煉裝置不工作時過熱裝置自動切換成保溫狀態(tài)。蓄熱器蓄熱的關鍵是壓力控制和水位控制,因放熱壓力對應RH真空精煉裝置已經(jīng)確定,那么壓力控制的關鍵就是蓄熱器充熱壓力的控制。理論上蓄熱器充熱壓力越高越好,但受到設備能力及實際操作水平的影響,同時在滿足RH真空精煉裝置用汽的前提下,富裕蒸汽有出路。蓄熱器水位控制合適與否,也直接影響對RH真空精煉裝置供汽的穩(wěn)定性。蓄熱器水位偏低,效率下降,蓄熱量不足;蓄熱器水位偏高,蒸汽帶水嚴重,影響其有效利用。通過實際運行證明,南鋼RH真空精煉裝置蒸汽供應工程在2套轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)正常生產(chǎn)時,蓄熱器充熱蒸汽壓力1.5~1.6MPa(G)就能滿足RH真空精煉裝置蒸汽需要;蓄熱器水位控制在75%~80%最合適。當然蓄熱器水位、蓄熱量與蓄熱器結(jié)構(gòu)也有一定關系。3.3后投入使用運行指標利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽保障真空精煉裝置的成套設備2006年12月11日熱試成功后投入使用,各項運行指標均優(yōu)于設計值。過熱蒸汽溫度設定值為230℃,南鋼現(xiàn)場冶煉二爐實際記錄如表1:從表1上數(shù)據(jù)可以看出,該裝置出口蒸汽的流量、壓力、溫度均能滿足RH真空精煉裝置生產(chǎn)要求,系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定,對現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)正常運行沒有影響。3.4燃用高熱值煤氣南鋼利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽經(jīng)燃氣式蒸汽過熱裝置調(diào)壓過熱后保障RH真空精煉裝置與利用新建快速鍋爐保障RH真空精煉裝置運行成本比較:快速鍋爐需要燃用高熱值煤氣或輕柴油,南鋼為高壓焦爐煤氣,其運行成本為95.6元/t汽。低壓蒸汽燃氣式蒸汽過熱裝置燃用焦爐煤氣(也可燃用轉(zhuǎn)爐煤氣,),其運行成本為8.31元/t汽。南鋼120tRH真空精煉裝置年有效運行時間按4000h計算,則低壓蒸汽燃氣式蒸汽過熱裝置比用快速鍋爐供應蒸汽的年運行成本可節(jié)約:(95.6-8.31)×21×4000=733.2(萬元)由此可見,利用轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)蒸汽用于真空精煉的經(jīng)濟效益是十分顯著的。4有利于單位或行業(yè)低能耗汽壓差,節(jié)約能源低壓蒸汽燃氣式蒸汽過熱裝置在南鋼中厚板卷廠蒸汽供應系統(tǒng)改造工程中用于將轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的大量低壓飽和蒸汽進行濾潔和過熱處理,向RH真空精煉供應合格的蒸汽。該系統(tǒng)裝置投產(chǎn)以來,指標完全達到設計要求:出口蒸汽溫度穩(wěn)定,進出口蒸汽壓差小于設計值,蒸汽壓力、溫度、流量的控制可靠、自動、迅速,完全滿足RH要求,減少了富余蒸汽的大量向空排放,RH真空精煉的配套運行成本大幅度降低。低壓蒸汽燃氣式蒸汽過熱裝置利用鋼鐵廠富余煤氣作為燃料加熱轉(zhuǎn)爐