炼钢饱和蒸汽回收利用技术

供稿|冯建英，张红旭，王惠芳

作者单位：1. 山西省节能监察总队，山西 太原 030001；2. 山西建邦集团有限公司，山西 临汾 043000

内容导读

本文通过提高蒸汽压力和温度，改造蒸汽管道，并对汽轮机结构进行技术改造，解决了原蒸汽回收量少、蒸汽品质差、汽轮机发电效率低、机组磨损严重的问题。蒸汽回收量比原来增加30 kg/t，发电效率提高了24%，日均发电量比原来提高了50000 kW·h，极大地提高了炼钢饱和蒸汽的回收利用效率。

山西建邦集团有限公司有三座80 t转炉，日产饱和蒸汽约500 t，吨钢产蒸汽量50 kg。与国内同炉型企业相比，蒸汽回收量较低，蒸汽的品质较差。为满足生产及节能需求，进一步挖掘炼钢能源潜力，提高企业效益，在吸取国内外先进技术经验的基础上，对炼钢的蒸汽回收进行节能改造，采用提高蒸汽压力和温度，改造蒸汽管道，并对汽轮机进行技术改造的办法，最终达到了日回收炼钢饱和蒸汽700 t，日发电95000 kW·h，同时炼钢的工序能耗(折算为吨钢标准煤消耗)下降到了-14 kg/t的水平。

原工艺技术存在的问题

饱和蒸汽现状

目前山西建邦集团有限公司炼钢车间现有3座80 t转炉，正常生产每座转炉产汽量为12 t/h，汽包出口蒸汽压力设计为1.2 MPa，安全阀设定蒸汽压力为1.0 MPa，因此正常情况下出口蒸汽压力为0.98 MPa；同时，棒材加热炉汽化冷却产汽6 t/h，汽包出口蒸汽压力0.7 MPa，线材加热炉汽化冷却产汽6 t/h；管网总蒸汽量为10～12 t/h，压力0.3～0.5 MPa，温度160 ℃，轧材厂饱和蒸汽因为压力低、含水量大，作为补汽直接进入汽轮机。饱和蒸汽各参数见表1。

表1 饱和蒸汽各参数

目前饱和蒸汽存在的问题

炼钢生产吹氧冶炼过程是间断的，吹氧时烟气温度高，瞬时产生大量的饱和蒸汽；而在不吹氧阶段，蒸汽的产生量明显降低，从而导致炼钢饱和蒸汽是间断和波动的，瞬时的产量比较大，因此需要利用蒸汽蓄热器来平衡调节蒸汽的供汽量和压力。

目前饱和蒸汽存在的问题：

(1) 压力和温度波动大。由于炼钢吹氧的间断性，炼钢产生的饱和蒸汽压力和温度也是波动的，压力范围：0.40～0.98 MPa，温度范围：150～180 ℃。

(2) 蒸汽的回收量少。汽包的压力设定需重点考虑安全，特别是烟道的材质不能承受较高的蒸汽压力，经常因蒸汽压力高导致烟道漏水，因此安全放散阀的设定压力较低导致蒸汽回收一旦到达安全压力时汽包会自动放散，蒸汽回收量少于同行业其他企业。

(3) 轧材加热炉的蒸汽量明显低于设计要求，主要是因为汽包的给水泵叶轮磨损，水泵漏水严重，当汽包的压力高时，补水不及时。因此轧材加热炉的压力安全阀设定值也较低导致蒸汽送出的压力较低。

解决措施及设计方案

解决措施

针对目前生产中存在的问题，拟定以下解决措施：

(1) 更换炼钢的烟道，利用检修时间，将炼钢的烟道更换为可承受压力23 kg/cm2的汽化冷却烟道，同时更换高级别的汽包，更换后将汽包设定压力调整为20 kg/cm2，保证出口蒸汽的品质，压力≥1.20 MPa。

(2) 重建一条φ320 mm的蒸汽管道，保证最大蒸汽量可达50 t/h，对蒸汽管道作保温措施，温度≥160 ℃；

(3) 对轧材厂的汽包给水泵进行更换，提高汽包的蒸汽压力不低于7 kg/cm2；

(4) 原炼钢蒸汽一部分用于冬季供暖，将供暖管道进行改造，利用冲渣水余热供暖，解决了蒸汽的浪费问题，改造后炼钢的蒸汽回收量日均可达700 t，吨钢蒸汽回收量达到了80 kg/t，比原来的50 kg/t提高了30 kg/t；

(5) 增加一台150 m3蓄热器，保证蒸汽的蓄热能力，同时更换汽轮机的汽水分离器，保证进入汽轮机前的蒸汽汽水分离彻底。

采用以上几条措施以后，炼钢、轧材供出的蒸汽品质有了明显改善，蒸汽出口的压力可保证在1.0 MPa以上。

汽轮机的设计方案

利用公司淘汰的一台N15-3.43中压汽轮机进行改造，增大了蒸汽的通流量，对汽轮机的叶片重组，将末级叶片前置，改变了动静叶片的角度。改造后的汽轮机参数：型号N6-0.6；进汽压力0.6 MPa；进汽温度170 ℃；额定转速3000 r/min；额定进汽量53.1 t/h；额定排汽压力<9.0 kPa；汽耗率7.98 kg/kW·h。将一台旧的15000 kW中温中压汽轮机改造成为6000 kW饱和蒸汽汽轮机，发电机功率6000 kW。循环冷却水采用原有的二台机力塔，循环水设计能力3000 m3/h。

主厂房位置利用棒材车间门口的一片空地，采用固定桩作基础，混凝土排架结构，钢结构屋面，运转层采用岛式布置，主厂房内设一台20/5 t双梁桥式起重机，供汽轮机检修使用。蓄热器放在主厂房旁边，二台蓄热器并联使用。

节能技术指标分析

汽轮机项目改造完成后，蒸汽品质有了明显提高(见表2)，汽轮机入口蒸汽压力可保证在0.6 MPa以上。充分回收了炼钢、轧材的饱和蒸汽，实现了日回收炼钢饱和蒸汽700 t、轧材补汽288 t、日发电95000 kW·h的良好指标，同时炼钢的工序能耗下降到了-14 kg/t。

表2 改造前后主要技术指标对比

经济效益分析

利用公司淘汰的一台N15-3.43中温中压汽轮机进行改造，增大了蒸汽的通流量，对汽轮机的叶片重组，将末级叶片前置，改变了动静叶片的角度。投用后，发电汽耗10.4 kg/(kW·h)，相比改造前的发电汽耗(13.7 kg/(kW·h))降低了3.3 kg/(kW·h)，发电效率提高了24%；日均发电量增加了50000 kW·h/d，每度电按0.6元，每年增加发电效益1666万元，投资1年即可回收成本。

结束语

对炼钢和轧材饱和蒸汽回收系统进行了改造，蒸汽量和蒸汽品质均得到了明显提升。通过将一台旧的15000 kW中温中压汽轮机改造成为6000 kW饱和蒸汽汽轮机，降低了投资成本，蒸汽的利用效率也得到大大提高，日均发电增加50000 kW·h，比原来增加发电量111%。项目的投用，提高公司自发电率，降低了综合产品能耗；尽管转炉生产的不均衡和波动性造成机组发电量波动较大，但通过蓄热器的扩大，蒸汽波动得到了控制，炼钢和轧材产生的蒸汽完全进行了回收利用。该项目投资回收期短，具有较强的盈利能力和抗风险能力。采用汽轮机发电，能够使炼钢工序能耗大大降低，同时使生产工序变得更加清洁高效。

【钢铁足迹】喻跃生