攀成鋼二燒余熱回收工程

朱 強(qiáng) 熊澤民

(攀成鋼煉鐵廠,四川成都 610303)

攀成鋼二燒余熱回收工程

朱 強(qiáng) 熊澤民

(攀成鋼煉鐵廠,四川成都 610303)

本文介紹了攀成鋼二燒環(huán)冷機(jī)余熱回收的工藝流程,簡述了余熱回收軟水器、除氧器、蒸發(fā)器等主要設(shè)備特點(diǎn)及工作原理,對試生產(chǎn)中出現(xiàn)的除氧器噴水、軟水硬度不達(dá)標(biāo)等問題進(jìn)行了分析并總結(jié)了處理方法,對余熱回收經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行了概算。

環(huán)冷機(jī)余熱回收 軟水器 除氧器 蒸發(fā)器 除氧器噴水 軟水硬度

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,全球能源消耗日益增加,現(xiàn)探明的資源存量日趨減少,如何更有效地提高能源利用率,減少CO2排放己成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要課題。我國己將節(jié)能減排確定為工業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo),并提出了“低碳經(jīng)濟(jì)”這一新的發(fā)展模式。燒結(jié)生產(chǎn)是鋼鐵企業(yè)中主要耗能工序之一。燒結(jié)生產(chǎn)中有大量熱量通過燒結(jié)礦顯熱(環(huán)冷機(jī)廢氣)和燒結(jié)機(jī)煙氣顯熱外排,這部分熱能占燒結(jié)生產(chǎn)總熱能的50%左右,而這兩種外排總熱量的60%是由燒結(jié)礦顯熱(環(huán)冷機(jī)廢氣)帶走的,如能利用這部分熱能將有效地降低燒結(jié)工序能源損耗。目前,攀成鋼共有兩臺30 m2燒結(jié)機(jī)、一臺105 m2燒結(jié)機(jī),余熱均未有效利用。二燒車間的105 m2燒結(jié)機(jī),其利用系數(shù)為1.65 t/h·m2,年入爐燒結(jié)礦118萬噸,環(huán)冷機(jī)高溫冷卻風(fēng)未經(jīng)利用直接排入大氣,造成了熱量浪費(fèi)。利用這部分熱能已勢在必行,其原因是:首先,隨著鋼鐵行業(yè)競爭日益加劇,對降低鋼鐵生產(chǎn)成本的要求越來越高,節(jié)能是降低成本的必要手段;其次,隨著二燒脫硫工程啟動,脫硫工藝需要的4 t/h蒸汽量由動力廠提供存在一定困難。因此公司決定在二燒環(huán)冷機(jī)上余熱回收工程,通過回收環(huán)冷機(jī)熱風(fēng)帶走的熱量生產(chǎn)蒸汽,將蒸汽并入公司主管網(wǎng)供各生產(chǎn)單位使用。

我公司余熱回收工程委托南京圣諾公司設(shè)計(jì)、施工,工程于2008年開工建設(shè),并于2009年9月進(jìn)入試運(yùn)行階段。

2 工藝流程

二燒余熱回收工程主要利用105 m2燒結(jié)機(jī)環(huán)冷機(jī)產(chǎn)生的高溫廢氣余熱加熱軟化水生產(chǎn)0.8 MPa、～12 t/h的飽和蒸汽。該工程包含煙氣工藝流程、水系統(tǒng)流程、排污系統(tǒng)流程等主要流程,該工程的主要工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

現(xiàn)分別對主要工藝流程介紹如下:

2.1 煙氣流程

余熱回收裝置采用環(huán)冷機(jī)外布置方式,環(huán)冷機(jī)廢氣分別由煙囪附近的1#、2#余熱回收口引出,匯至總管后送至余熱回收裝置區(qū),經(jīng)蒸發(fā)器、預(yù)熱器進(jìn)行余熱回收,然后通過引風(fēng)機(jī)由煙囪排放至大氣。風(fēng)道上設(shè)有膨脹節(jié),用于吸收運(yùn)行中的風(fēng)道熱應(yīng)力;為了方便設(shè)備檢修,風(fēng)道總管設(shè)有熱風(fēng)閥;為保證余熱回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行,計(jì)劃在原環(huán)冷機(jī)1#、2#煙囪上安裝熱風(fēng)閥。因考慮到二燒生產(chǎn)任務(wù)緊張,決定擇機(jī)安裝。因本系統(tǒng)是以熱風(fēng)溫度不高于400℃設(shè)計(jì)的,當(dāng)熱風(fēng)溫度高于400℃時(shí)可能對余熱換熱裝置造成損壞,因此當(dāng)熱風(fēng)溫度高于設(shè)計(jì)溫度時(shí),須打開1#、2#煙囪上的熱風(fēng)閥,并閉總管上的熱風(fēng)閥。

考慮到系統(tǒng)積灰,在換熱器下部風(fēng)道集箱底部設(shè)有電動卸灰裝置,通過人工定期清灰,并回收利用。

2.2 水系統(tǒng)流程

2.2.1 軟水器工作原理

自來水(～0.1 MPa)經(jīng)管道泵增壓至～0.5 MPa,送至自動軟水器處理,自動軟水器共兩臺,一用一備,其基本原理是用樹脂對經(jīng)過的硬水進(jìn)行離子交換以軟化硬水,軟水器工作流程可分為兩步:軟化處理流程和再生處理流程。

當(dāng)硬水通過陽離子交換樹脂時(shí),水中的鈣、鎂離子與陽離子交換樹脂上活性基團(tuán)的鈉離子發(fā)生交換并被吸附,使水軟化:

口—(SO3Na)2+Ca2+→口→(SO3)2·Ca+2Na+(軟化處理流程)

當(dāng)陽離子交換樹脂上的鈉離子幾乎全部被鈣、鎂離子所交換時(shí)就失去了交換離子的能力;必須通過再生恢復(fù)它的交換能力。本設(shè)備使用食鹽為再生劑,再生過程中先用清水洗滌離子交換樹脂,然后通入食鹽水浸泡而使離子交換樹脂吸附的鈣、鎂離子解吸下來,然后隨廢液排出。

口—(SO3)2Ca+2Na+→口—(SO3Na)2+Ca2+(再生處理流程)

在離子交換過程中,不僅鈣、鎂離子會被交換,水中含有的鐵、錳、鋁等金屬離子也可同時(shí)被交換去除。當(dāng)硬水先后通過交換樹脂后,水中的電解質(zhì)陽離子基本均可被去除,這種方法得到的軟水再由軟水泵送入熱力除氧器除氧。

2.2.2 除氧器工作原理

除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣和其它不凝結(jié)氣體,以保證給水的質(zhì)量。若水中溶解有過量氧氣,就會使與水接觸的金屬被腐蝕,同時(shí)在熱交換器中若有氣體聚積,將使傳熱的熱阻增加,降低設(shè)備的傳熱效果。因此水中溶解有任何氣體都是不利的,尤其是氧氣,它將直接威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。我廠除氧器采用旋膜式除氧器,熱力除氧器用蒸汽引自飽和蒸汽總管,經(jīng)減壓閥減壓至0.3MPa后,作為一次蒸汽送入除氧器除氧頭。自減壓后的蒸汽管線引出2根支管,分別送至除氧器水箱,作為二次蒸汽及補(bǔ)充加熱蒸汽。除氧過程:軟水經(jīng)起膜管呈螺旋狀按一定的角度噴出,形成水膜裙,并與一次加熱蒸汽接管引進(jìn)的加熱蒸汽進(jìn)行熱交換,形成一次升溫除氧。經(jīng)旋膜段粗除氧的水呈均勻雨霧狀落到裝在其下的液汽填料層上。填料液汽層是由許多拉絲環(huán)填料組成的一個(gè)圓筒體,其具有通量大,壓降小等特點(diǎn)。經(jīng)一次除氧的水在該填料液汽層與上升的二次蒸汽接觸并充分熱交換,以達(dá)到再次升溫除氧的目的。除過氧的給水匯集到除氧頭的下部容器即水箱內(nèi),除氧水箱內(nèi)裝有補(bǔ)充蒸汽管,該管可迅速提升水溫,更深度除氧,除氧器內(nèi)水溫需控制在104℃以保證除氧率。

給水泵將除氧后的軟水送至水預(yù)熱器,軟水在預(yù)熱器升溫后送入鍋筒。軟水泵、給水泵出口均設(shè)有回水管以作水量調(diào)節(jié)用。

2.2.3 蒸汽發(fā)生器與預(yù)熱器的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

蒸汽發(fā)生器及水預(yù)熱器:采用熱管式結(jié)構(gòu),熱管的受熱段置于煙氣風(fēng)道內(nèi),熱風(fēng)橫掠熱管受熱段,熱管元件的冷卻段插在水—汽系統(tǒng)內(nèi),由于熱管的存在使該水—汽系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱源分離而獨(dú)立存在于熱流體風(fēng)道之外,水—汽不受熱流體的直接沖刷,運(yùn)行安全可靠。

圖2 蒸發(fā)器與預(yù)熱器結(jié)構(gòu)示意圖

熱管蒸汽發(fā)生器及水預(yù)熱器是由若干根特殊的熱管元件組合而成,其基本結(jié)構(gòu)見圖2。

蒸發(fā)器的工作原理是:

熱流體的熱量由熱管1傳給水套2內(nèi)的飽和水(飽和水由汽包下降管3輸入水套管),并使其汽化,所產(chǎn)汽、水混合物經(jīng)蒸汽上升管5達(dá)到汽包4,經(jīng)汽、液分離后將蒸汽再送往蒸汽總管。汽包內(nèi)的水由約104℃的除氧水經(jīng)水預(yù)熱器預(yù)熱后供給。這樣由于熱管不斷將熱量輸入水套管,通過外部汽-水管道的上升及下降完成基本的汽-水循環(huán),達(dá)到將廢氣降溫,并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

蒸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

由于采用熱管作為傳熱元件,煙氣和熱管產(chǎn)汽套管部分分離,整個(gè)汽水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱流體隔離而獨(dú)立存在于熱流體風(fēng)道以外,這就使本系統(tǒng)有別于一般余熱鍋爐。設(shè)備中熱管元件相互獨(dú)立,熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響,即使單根或數(shù)根熱管損壞,也不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行,同時(shí)水、汽也不會由于熱管破損而進(jìn)入熱流體。

為方便觀察通道內(nèi)積灰情況和清除積灰,殼體一側(cè)預(yù)留有吹灰器接口,便于以后清灰或設(shè)置吹灰器。

蒸發(fā)器與鍋筒通過上升、下降管實(shí)現(xiàn)汽水循環(huán),鍋筒產(chǎn)生0.8 MPa飽和蒸汽,進(jìn)入蒸汽總管,送出。

2.3 排污系統(tǒng)

鍋爐鍋筒設(shè)有連續(xù)排污和定期排污口,水預(yù)器,蒸汽發(fā)生器都設(shè)有排污出水口,可定期清除內(nèi)部殘留污物及水垢。自動軟水器、軟水箱排污管至排污總管。熱力除氧器底部排水管接至軟水箱,另自該管引出一管線至排污總管。汽包連續(xù)排污管接至連續(xù)排污擴(kuò)容器,經(jīng)擴(kuò)容降溫后排入排污總管。汽包底部設(shè)緊急放水管,排至排污總管后接入公司排污管網(wǎng)。

2.4 取樣系統(tǒng)

本余熱回收系統(tǒng)設(shè)有爐水取樣,取樣冷卻采用界區(qū)的循環(huán)冷卻水。

2.5 放空、放凈系統(tǒng)

為保證系統(tǒng)安全,鍋筒、除氧器、預(yù)熱器出口總管、連續(xù)排污擴(kuò)容器設(shè)有安全閥。鍋筒項(xiàng)部設(shè)高空排汽管,并設(shè)有消音器。

2.6 自動控制

本套系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套PLC控制系統(tǒng),并留有與燒結(jié)主控系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口。

廢氣系統(tǒng)、水汽系統(tǒng)設(shè)有溫度壓力測量點(diǎn),重要部位設(shè)有溫度或壓力報(bào)警,給水、出汽設(shè)有流量計(jì),熱力除氧器、水箱、汽包設(shè)液位顯示及報(bào)警。主要調(diào)節(jié)回路有:汽包液位調(diào)節(jié)、汽包壓力調(diào)節(jié)、熱力除氧器液位調(diào)節(jié)、熱力除氧器壓力調(diào)節(jié)。

汽包水位調(diào)節(jié)是為了保持鍋筒水位在一定的范圍內(nèi),為三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(汽包水位、給水流量、蒸汽流量),其它三個(gè)調(diào)節(jié)均為P ID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

3 存在問題

二燒余熱回收經(jīng)過一段時(shí)間試運(yùn)行,總體較為為正常,但仍存在一些問題,具體如下:

3.1 熱力除氧器易發(fā)生“噴水”現(xiàn)象

熱力除氧器易發(fā)生"噴水"現(xiàn)象;熱力除氧器設(shè)計(jì)壓力為0.02 MPa,但試運(yùn)行期間壓力時(shí)常達(dá)到0.08 MPa,當(dāng)汽包補(bǔ)水閥關(guān)閉及除氧器補(bǔ)水閥打開時(shí),大量水進(jìn)入除氧器,與外排的氣體相遇,造成“憋壓”,引起除氧器抖動及大量水隨氣體外噴,可能造成人員燙傷。為解決該問題,臨時(shí)采取了兩項(xiàng)措施:

①關(guān)小汽包補(bǔ)水管線的回水管閥門,以減少單位時(shí)間內(nèi)返回?zé)崃Τ跗鞯乃俊?/p>

②降低除熱力除氧器的加熱溫度,將除氧器的水溫控制在80～90℃。

從而減少了氣體的產(chǎn)生,以降低熱力除氧器內(nèi)的壓力。從生產(chǎn)情況來看,“噴水”現(xiàn)象發(fā)生頻率明顯降低,但因水溫遠(yuǎn)低于104℃的控制要求,軟水除氧率是達(dá)不到工藝要求的,如長期運(yùn)行會對設(shè)備會造成損壞。

3.2 軟水硬度不達(dá)標(biāo)

軟水硬度不達(dá)標(biāo);我廠余熱回收所需水質(zhì)須達(dá)到國標(biāo)鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)《GB-2001工業(yè)鍋爐水質(zhì)》,軟水總硬度應(yīng)達(dá)到≤0.03 mmol/L,我廠自來水總硬度為1.5～3 mmol/L,經(jīng)軟水器處理后,軟水總硬度仍然達(dá)到1.4 mmol/L左右,達(dá)不到鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)排污器處的污水明顯混濁。軟水器在使用過程中,還因控制器出現(xiàn)故障導(dǎo)致次軟水器停止工作。

3.3 鍋爐蒸汽產(chǎn)量未達(dá)到設(shè)計(jì)值

試運(yùn)行期間,余熱回收鍋爐產(chǎn)汽量為6 t/h,與設(shè)計(jì)產(chǎn)汽量12 t/h相差較大;試運(yùn)行期間熱廢氣溫度僅為220℃,低于300℃的設(shè)計(jì)值。主要原因是環(huán)冷機(jī)1#、2#煙囪上的熱風(fēng)閥未安裝,余熱回收鍋爐運(yùn)行時(shí)部分外部冷空氣進(jìn)行回收系統(tǒng),造成熱廢氣溫度下降,影響了熱的回收效率。

4 改進(jìn)措施

4.1 除氧器噴水的解決

通過對除氧器噴水原因的分析,采取了以下措施:

1、將經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后回流的軟水入口由除氧器的除氧頭改至箱體,避免了大量熱水回流時(shí)產(chǎn)生的憋壓現(xiàn)象。

2、將一、二次蒸汽閥的啟停由溫度控制改為由壓力調(diào)節(jié),當(dāng)除氧頭壓力高于設(shè)定值(目前為15 kPa)時(shí)自動關(guān)斷蒸汽閥蒸汽,避免除氧頭壓力超壓。

通過上述改進(jìn),“噴水”現(xiàn)象未再發(fā)生,除氧器水溫能控制在104℃左右,除氧器“噴水”現(xiàn)象得到了解決。

4.2 軟水不達(dá)標(biāo)的處理

針對軟水不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象,南京圣諾組織相關(guān)設(shè)備提供廠家對軟水器進(jìn)行了檢查,發(fā)現(xiàn)軟水器內(nèi)部分水管脫落,導(dǎo)致自來水在軟水器內(nèi)形成了短路,影響了自來水的軟化效果。廠方對水管恢復(fù)后,并對樹脂進(jìn)行了清洗,延長了軟水器吸鹽時(shí)間。從目前使用情況來看,軟水水質(zhì)明顯改善,軟水硬度達(dá)到0.03～0.15 mmol/L,基本達(dá)到鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 產(chǎn)量不達(dá)產(chǎn)的處理

環(huán)冷機(jī)1#、2#煙囪上的熱風(fēng)閥己開始安裝,熱風(fēng)閥投入使用后將明顯提高蒸汽產(chǎn)量。

5 效益計(jì)算

余熱回收產(chǎn)生效益可分為經(jīng)濟(jì)效益及社會效益,現(xiàn)分別計(jì)算如下:

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

自試生產(chǎn)以來,余熱回收可產(chǎn)蒸汽約6 t/h左右(1#、2#熱風(fēng)閥安裝后,蒸汽產(chǎn)量將有所上升,現(xiàn)僅以6 t/h進(jìn)行計(jì)算),如以96%的作業(yè)率計(jì)算,可年產(chǎn)0.4 MPa蒸汽5.046萬噸/年,以廠內(nèi)蒸汽結(jié)算價(jià)80元/t計(jì)算,可產(chǎn)生效益403.68萬元。

自試生產(chǎn)以來,每生產(chǎn)1 t蒸汽需消耗自來水2 t左右(隨著水質(zhì)改善,自來水消耗可適當(dāng)降低,現(xiàn)以1 t蒸汽消耗2 t自來水計(jì)算)。自來水結(jié)算單價(jià)為1.5元/噸,年消耗水費(fèi)為15.14萬元。

該工程總投資400萬元,鍋爐主體設(shè)計(jì)使用壽命5年,因此每年的折舊費(fèi)用約為80萬元。

每年工人工資、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用以100萬元計(jì)。

因此余熱回收工程年經(jīng)濟(jì)效益為:

403.6 8-15.14-80-100=208.54(萬元)

5.2 社會效益

根據(jù)《國家統(tǒng)計(jì)局標(biāo)準(zhǔn)》,0.3 MPa的1 kg蒸汽可折算0.094 kg標(biāo)煤,二燒余熱回收可年產(chǎn)0.4 MPa的蒸汽5.046萬噸,以上述標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,可減少標(biāo)煤消耗4743噸/年。根據(jù)發(fā)電廠統(tǒng)計(jì),每減少1 kg標(biāo)煤消耗可減少二氧化碳排放2.491 kg,以此計(jì)算,二燒余熱回收工程可減少二氧化碳排放11814.81噸/年。

6 總結(jié)及建議

攀成鋼余熱回收工程自投產(chǎn)以來取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會效益。從生產(chǎn)實(shí)踐來看,該工程的自動控制系統(tǒng)需進(jìn)一步完善,如目前A與B軟水泵、A與B給水泵無互保功能,當(dāng)一泵因故無法給水時(shí),另一泵不能自動開啟補(bǔ)水,雖然主控機(jī)有低水位報(bào)警功能,但當(dāng)操作人員因故未在控制室時(shí)可能造成鍋爐水燒干。因此,建議完善水泵的互保及水泵與引風(fēng)閥的互鎖功能,以避免因此而引發(fā)重大安全生產(chǎn)事故。

THE PANGANG GROUP CHENGDU STEEL'S SECOND SINTER RING COOLERWASTE HEAT RECOVERY PROCESS

Zhu Qiang Xiong Zemin
(Iron-making Facility,Pangang Group Chengdu Iron&Steel Co.,Ltd.,Chengdu,Sichuan 610303,China)

This paper described the Pan Gang Group Cheng Du Steel's second Sinter ring cooler waste heat recovery process,a summary of waste heat recovery process Soft water device,deaerator,evaporator and other major equipment features and working principle,Analyze the reasons such as deaerator spraying water,soft water hardness is not Compliance in the trial productionsuch,economic and social benefits of waste heat recovery for the estimate.

annular cooler waste heat recovery,water softener,deaerator,evaporator,deaerator spray water,soft water hardness

2010-02-26

朱強(qiáng),男,工程師。