淺談鋼鐵企業節能減排

王菁 趙華

摘 要：煉鋼過程中能量的回收利用及對排放物的處理對節能減排有著重大的意義。文章通過具體實例提出了具體的轉爐改造中可能遇到的實際問題，并列舉了節能降耗和減排的具體措施。

關鍵詞：節能減排；能量回收；轉爐汽化冷卻系統

近年來隨著環境問題日益嚴峻，能源逐漸枯竭，鋼鐵企業的節能減排勢在必行。到2015年，我國要淘汰落后煉鐵能力2億噸，煉鋼能力6500萬噸，鋼鐵企業轉型升級過程中將面臨結構調整、轉型升級、兼并重組、淘汰落后、化解過剩產能的問題。

近幾年鋼鐵企業的減排措施有燒結機煙氣脫硫、各種爐窯燃煤改燃氣，節能措施有高爐煤氣干式除塵TRT、干熄焦、轉爐煤氣干法除塵、轉爐及加熱爐產生的低溫低壓蒸汽發電、燒結余熱發電等。

鋼鐵企業是我國的耗能大戶，尤其轉爐煉鋼在不同的環節上都存在著能源利用不足，排放超標問題，特別是轉爐汽化冷卻系統，作為轉爐煉鋼的主要節能環節，它的設計是否合理在整個煉鋼工藝中起著舉足輕重的作用。

1 轉爐汽化冷卻節能降耗與減排的綜合措施

隨著國家節能減排政策的實施，國內眾多鋼鐵企業都需要通過采用新技術和新工藝來實現節能減排的目標。

（1）活動煙罩的改造

轉爐煤氣回收占整個轉爐工序能量回收總量的80%左右，其熱值可達8200kJ/m3左右，是較優質的燃料。用微壓差跟蹤調節系統，加上變頻調速，最大限度地控制過剩空氣系數，減少煙氣在爐口處的燃燒。

（2）轉爐汽化冷卻蒸汽替代燃氣鍋爐

VD真空精煉爐所用的真空泵為間歇運行，抽真空前蒸汽負荷為零，開機后幾分鐘內達到滿負荷，但真空泵工作期間要求蒸汽連續穩定，以往是專設一臺鍋爐供蒸汽，目前利用蓄熱器替代燃氣鍋爐房的技術已經很成熟，此法不但可以節省建設鍋爐房的費用，而且可以將轉爐汽化冷卻所產生的蒸汽有效利用。

（3）低溫低壓蒸汽的利用

前幾年，轉爐煉鋼產生的蒸汽一般為0.4～0.8Mpa，很多鋼鐵廠夏天因無熱用戶而將蒸汽全部放散，不但造成大量的軟水被排放，而且蒸汽的潛能也沒被利用。

近幾年，利用低溫低壓蒸汽發電的技術日趨成熟，與火力發電廠發出的同等電量相比，即可節約能源又可減少二氧化碳及污染物的排放。此外，低溫低壓蒸汽還可用于制冷機組、空調等，運行一兩年后效益就可回收。

2 汽化冷卻系統的現狀及問題

在鋼鐵冶煉過程中產生的廢氣、煙塵也是對大氣環境質量造成不利影響的重要因素之一。目前煉鋼生產過程中的汽化冷卻系統仍存在下列問題。

（1）很多鋼廠為了快速增產，只將轉爐容量增大，汽化冷卻煙道和汽包不變，縮短冶煉時間，增加冶煉強度，從而提高供氧強度和煤氣發生量。實例表明，當供氧強度每提高1m3/min·噸，煤氣發生量會提高11.91m3/噸。因此瞬時煙氣量增大，而在同樣的風機功率下，會造成風機抽力嚴重不足，從而導致煙氣大量外溢。

（2）水質不達標。雖然采用軟水，但由于水質管理不善，加之煙道受熱管底部排污較困難，當熱負荷很高時，受熱管內壁也會結垢，使管子傳熱效果大大降低，造成超溫破壞。

（3）爐塵對受熱管的磨損。爐氣中含有大量的氧化鐵粉塵，粉塵與受熱面管子產生摩擦而使受熱管磨損。尤其當煙道直徑過小時，煙氣流速過高，有時能達到35m/s，煙道的壽命大幅度減少。

（4）制造工藝差。在煙道制造過程中，管子與隔板間的大量焊縫均采用手工焊接，不易保證焊接質量，時有漏水現象發生，既浪費了軟水又造成不安全隱患。

（5）由于活動煙罩使用一段時間后性能下降，因此很多鋼廠將活動煙罩的高度一次性調節好并將其固定，以后不再升降，從而導致煙氣在爐口外燃燒的份額增多，回收質量不高。

以上問題如不解決，將會制約我國能源政策的實施，很多鋼廠面臨停產的局面，因此鋼廠的技改迫在眉睫。

3 轉爐汽化冷卻改造中的實際問題

鋼鐵企業一方面要淘汰落后小轉爐，在原有基礎上整合擴建，另一方面要進行節能減排的技術改造。

例如，某鋼廠要改造原有85t轉爐，欲在節省投資的基礎上進行改造。原則上盡量保留原有設備、廠房，僅對吊車梁及柱子進行加固，以達到滿足轉爐最大裝爐量120 t的要求。經過對原吊車梁校核后，由于原來選擇的吊車有一定的余量，能滿足轉爐最大裝爐量的要求，故僅對柱子進行加固。由于吊車梁及各層平臺的高度已經定型，不易拆除重建，改造應在不碰吊車梁及柱的情況下，盡量擴大汽化冷卻煙道的直徑。

3.1 汽化冷卻煙道的校核分析

通過計算發現：

（1）現僅校核爐口段煙道的直徑，在脫碳速度為0.5%/min時，爐氣量為100760標m3/h，煙氣平均流速為28m/s，末端煙道出口溫度高達950℃。靠增大一文的噴水量解決高溫會造成水資源的進一步浪費，最終決定改為干法除塵。

（2）煙道直徑影響傳熱效果和煙氣沖刷磨損煙流攜帶爐塵量，而加大直徑有限，只能把末段加粗到直徑2.3m，將煙道加長1.5m，同時將汽包提高1.5m。

（3）汽包作用是用來分離汽水混合物的，能保證蒸汽的品質，同時儲存一定的水量，當給水因事故中斷時，用來保證轉爐吹煉順利結束和安全停爐。

汽包小了有兩點不利：一是蒸汽含汽率較高，蒸汽品質差；二是為防止干燒水位提高接近上升管口，吹煉時汽包水位上下波動劇烈，周期性地與上升管內的汽水混合物相撞，導致汽水循環不暢，產生周期性脈動，燒漏水冷壁。

經過以上分析決定將汽包更換，直徑由2m改為2.4m，提高了生產安全性。

3.2 轉爐汽化冷卻系統對后部工序的影響

由于裝爐量的增大非常有限，為了增大出鋼量，就要減少吹煉時間以增強冶煉強度，在開罩吹煉中期瞬時最大爐氣量有大幅度增加，而通風除塵系統風機不能滿足需要，煙氣外溢，汽化冷卻煙道與風機排煙量之間互相制約，如不匹配就會造成過剩空氣系數過大，煙氣量增多，為此決定重建鼓風機房。

由此可以看出，本改造通過盡可能加長汽化冷卻煙道，擴大汽包直徑，加大風機風量等方法，滿足了工藝要求，且實際運行也達到了預期的效果，在一定程度上達到了節能減排的目的。

參考文獻

[1]徐向陽.氧氣頂吹轉爐高速冶煉技術實踐[J].鞍鋼技術，2009，（3）：39-43.

[2]黃衛超，馬林.轉爐煤氣的回收及利用[J].寶鋼技術，2009，（3）：17-20.

（作者單位：1.合肥工業大學宣城校區建筑工程系2013給排水；2.中冶東方工程技術有限公司秦皇島研究設計院熱力）