邯鋼低壓余熱蒸汽綜合利用的探索與實踐

張永波+弭遠(yuǎn)志

摘 要：隨著國家新環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的實施，鋼鐵企業(yè)面臨節(jié)能減排的壓力愈來愈嚴(yán)重，開展節(jié)能減排工作是確保鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。近年來，邯鋼加大節(jié)能減排工作，通過優(yōu)化蒸汽平衡、加強(qiáng)實時管控等手段，采用分流錯峰降壓穩(wěn)壓和加熱爐復(fù)合相變換熱等先進(jìn)技術(shù)，不斷探索和實踐低壓余熱蒸汽的綜合利用。本文對邯鋼低壓余熱蒸汽綜合利用生產(chǎn)實踐過程中遇到的問題和取得的成效進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：低壓；余熱蒸汽；綜合利用

中圖分類號：F426.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0003-02

1 引言

根據(jù)對部分大中型企業(yè)的統(tǒng)計，蒸汽能耗占鋼鐵企業(yè)總能耗的10%左右，而可回收利用的余熱資源所占比例也很高，占整個企業(yè)能耗的7%左右[1]。低壓余熱蒸汽的回收利用已成為鋼鐵行業(yè)挖掘節(jié)能潛力、提高節(jié)能水平的主要手段。目前，我國多數(shù)大、中型鋼鐵企業(yè)基本實現(xiàn)了低壓余熱蒸汽的回收，主要途徑是利用余熱進(jìn)行發(fā)電和供熱。近年來，邯鋼積極響應(yīng)“節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展”的要求，不斷運用新技術(shù)、新方法、新設(shè)備加大低壓余熱蒸汽的綜合利用。在提高能源利用效率、降低生產(chǎn)運行成本、減少污染物排放的同時，更創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 邯鋼低壓余熱蒸汽利用現(xiàn)狀

目前，邯鋼擁有煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的余熱蒸汽，可利用的有干熄焦、燒結(jié)機(jī)、高爐渣、轉(zhuǎn)爐、加熱爐等低壓余熱蒸汽。但是，通過余熱回收裝置得到的低壓余熱蒸汽只能滿足邯鋼生產(chǎn)、生活蒸汽總量的53%，虧口部分必須通過發(fā)電機(jī)組的抽汽來彌補(bǔ)。經(jīng)過多年的發(fā)展，邯鋼基本形成了統(tǒng)一完整的低壓余熱蒸汽回收利用系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了低壓余熱蒸汽的全部回收，利用率達(dá)到76%。（參見表1所示）。

雖然邯鋼在余熱蒸汽利用方面取得了可喜的成效，但是與國際先進(jìn)企業(yè)相比還有很大的差距。據(jù)統(tǒng)計，日本新日鐵公司的余熱蒸汽回收率已達(dá)到92%以上，其企業(yè)能耗費用占產(chǎn)品成本的14%。結(jié)合當(dāng)前“節(jié)能減排”的嚴(yán)峻形勢，讓寶貴的蒸汽資源得到充分有效的利用，邯鋼低壓余熱蒸汽綜合利用的工作還需要深入進(jìn)行。

3 影響因素

低壓余熱蒸汽是工礦企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二次能源，因其具有低溫、低壓、低熵、產(chǎn)量不穩(wěn)定等特點，一直難以全部有效充分利用[2]。邯鋼通過多年來的生產(chǎn)實踐總結(jié)，發(fā)現(xiàn)影響低壓余熱蒸汽回收利用的因素主要有以下幾方面：

3.1 供需不平衡

低壓余熱蒸汽的產(chǎn)生單位隨著生產(chǎn)情況的正常調(diào)整，將會造成蒸汽的產(chǎn)量發(fā)生變化，加之蒸汽用戶的加、減量，勢必導(dǎo)致蒸汽的階段性緊缺和過剩，造成蒸汽的供需不平衡。例如，煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽具有間斷性的特點，蒸汽回收不能持續(xù)供應(yīng)。另外，由于煉鐵、焦化、軋鋼等生產(chǎn)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)聯(lián)系不及時、啟停或檢修不同步，導(dǎo)致蒸汽產(chǎn)銷分配存在偏差和滯后，嚴(yán)重時會破壞蒸汽平衡造成蒸汽的停送或放散。

3.2 回收波動

由于煉鐵、焦化、軋鋼等生產(chǎn)系統(tǒng)的波動，加上受工藝特點、回收設(shè)備、季節(jié)氣候等方面的影響，造成所產(chǎn)出的蒸汽存在壓力、流量、溫度、品位的波動。例如，煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽具有間斷性、波動大、回收率低等特點，在回收期間造成管網(wǎng)壓力波動大，所產(chǎn)生的飽和蒸汽含水率在3%～13%，蒸汽品位波動很大。又如，燒結(jié)機(jī)廢氣溫度下降時會導(dǎo)致余熱蒸汽壓力和溫度的降低，影響發(fā)電量，尤其在冬季發(fā)電負(fù)荷低一直是行業(yè)難題[3]。

3.3 管網(wǎng)不合理

由于用戶地域、蒸汽品位、使用規(guī)劃等方面的差異，低壓余熱蒸汽的產(chǎn)生單位和用戶之間的蒸汽管網(wǎng)分布和使用存在不合理的情況。例如，蒸汽系統(tǒng)普遍存在著聯(lián)用同路蒸汽的情況，即生產(chǎn)用汽與采暖、生活用汽聯(lián)用同路蒸汽，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的組織與調(diào)整。另外，余熱蒸汽的使用僅局限于某個單位和地域，相對獨立，互補(bǔ)性差[4]。例如，煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的含水率較大的余熱飽和蒸汽，基本不適宜遠(yuǎn)距離傳輸只能就近使用，嚴(yán)重限制了該蒸汽的并網(wǎng)和使用。

3.4 非正常損耗

蒸汽在產(chǎn)生、輸送和消耗的過程中必然出現(xiàn)一定的損耗，有些是無法避免的，有些是可以控制的。用戶用能及供汽方式不合理、保溫不完善、維護(hù)不及時、蒸汽管網(wǎng)不合理等情況造成蒸汽的損失則屬于非正常損耗，是可以通過控制調(diào)整而減少的。例如，由于生產(chǎn)工藝方面的原因，需減溫減壓運行，造成大量浪費。又如，在冬季采暖期時，蒸汽管道保溫維護(hù)不足，加之運行負(fù)荷增加及環(huán)境低溫，易造成漏點出現(xiàn)“跑冒滴漏”的實際情況，造成大量排汽浪費。如果蒸汽疏水閥疏水效果差也會造成蒸汽損耗。

4 改進(jìn)實踐

邯鋼通過多年來的探索結(jié)合實際生產(chǎn)情況，制定改進(jìn)措施消除不利因素，實現(xiàn)低壓余熱蒸汽的綜合利用，主要有以下幾方面：

4.1 加強(qiáng)平衡管控

合理安排各生產(chǎn)系統(tǒng)的啟停和檢修，避免余熱蒸汽的階段性緊缺或過剩，保證蒸汽供應(yīng)和消耗的穩(wěn)定。同時，優(yōu)化蒸汽動態(tài)平衡，加強(qiáng)與煉鐵、焦化、煉鋼、軋鋼以及各用戶的協(xié)調(diào)聯(lián)系，全面掌握蒸汽產(chǎn)銷情況。并且還通過蒸汽管網(wǎng)使邯鋼新老兩區(qū)蒸汽平衡互補(bǔ)，最大限度地保證各單位余熱蒸汽的回收和利用。另外，邯鋼以能源管控中心為管理平臺，通過以自動化控制技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的監(jiān)管控制，提高蒸汽系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平，提升余熱蒸汽資源管理水平及綜合利用效率，實現(xiàn)余熱蒸汽的“零放散”。

4.2 蒸汽管網(wǎng)調(diào)整

做好蒸汽管網(wǎng)壓力控制及室外管網(wǎng)、設(shè)備保溫蒸汽使用管理。充分利用汽包上閥門的調(diào)節(jié)作用，進(jìn)行二次調(diào)整控制管網(wǎng)壓力，即保證生活用汽在0.2～0.5MPa、生產(chǎn)用汽在0.6～1.2MPa安全運行范圍內(nèi)。同時，根據(jù)區(qū)域余熱蒸汽回收情況，調(diào)整區(qū)域管網(wǎng)壓力，保證余熱蒸汽最大限度的回收到主管網(wǎng)。當(dāng)余熱蒸汽出現(xiàn)富裕時，通過減少自備電廠發(fā)電機(jī)組的抽汽來降低蒸汽管網(wǎng)的壓力，防止蒸汽放散。反之，當(dāng)余熱蒸汽出現(xiàn)緊缺時，尤其是進(jìn)入冬季采暖期蒸汽用量大量增加時，合理調(diào)整蒸汽資源及運行方式，根據(jù)用戶用汽壓力不同的情況，分區(qū)域、分等級供應(yīng)用戶蒸汽。

4.3 增加余熱回收

4.3.1 分流錯峰降壓穩(wěn)壓技術(shù)

煉鋼轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽具有間斷性、波動大、回收率低等特點，在回收期間造成管網(wǎng)壓力波動大。同時，煉鋼干法除塵系統(tǒng)蒸發(fā)冷卻器使用蒸汽除塵也加劇了生產(chǎn)蒸汽管網(wǎng)波動幅度，此外還造成了發(fā)電廠汽輪機(jī)負(fù)荷波動影響發(fā)電量。為解決此難題，經(jīng)過探索和生產(chǎn)實踐，利用先進(jìn)的變壓式蓄熱器和蒸汽脫水器，采取“循序漸進(jìn)、穩(wěn)壓穩(wěn)量”運行方式進(jìn)行回收，使轉(zhuǎn)爐在煉鋼期間的間斷、波動蒸汽等變?yōu)檫B續(xù)、穩(wěn)定、蒸汽干度適宜的蒸汽源，連續(xù)不斷地送入生產(chǎn)蒸汽管網(wǎng)。另外，對煉鋼生產(chǎn)蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，成功實現(xiàn)“雙線供煉鋼生產(chǎn)蒸汽”。并且，針對煉鋼使用和自產(chǎn)蒸汽“間斷性”特點，創(chuàng)新煉鋼余熱蒸汽回收技術(shù)，采取“分流錯峰降壓穩(wěn)壓技術(shù)”，使煉鋼的余熱蒸汽通過“雙線”供煉鋼生產(chǎn)蒸汽管道，一部分送煉鋼蒸發(fā)冷卻器使用，另一部分通過蓄能器送煉鋼RH精煉爐抽真空使用，多余的生產(chǎn)蒸汽送焦化和煉鐵使用。

依靠技術(shù)控制平衡了生產(chǎn)蒸汽用量，大幅降低了煉鋼蒸汽回收期間對生產(chǎn)蒸汽管網(wǎng)劇烈波動。目前，煉鋼余熱蒸汽回收由以前的42kg/t增加到75kg/t，即蒸汽回收增加15.2t/h，居國內(nèi)先進(jìn)水平，并在國內(nèi)首次實現(xiàn)煉鋼干法除塵工藝蒸汽“部分”自產(chǎn)自用，年增效益410余萬元。

4.3.2 加熱爐復(fù)合相變換熱技術(shù)

復(fù)合相變換熱技術(shù)多應(yīng)用于電力、化工等行業(yè)的燃油和燃煤鍋爐的煙氣余熱回收，與其他類型的余熱回收裝置相比，該技術(shù)可使煙氣排放溫度更低，回收煙氣余熱更充分產(chǎn)生更多蒸汽，同時還可較長時間保持系統(tǒng)較高的余熱回收效率，延長設(shè)備的使用壽命。之前，邯鋼中板廠1#加熱爐排入大氣的煙氣溫度達(dá)到300℃以上，煙氣余熱白白浪費。為減少煙氣帶走熱量損失，通過技術(shù)攻關(guān)，成功運用復(fù)合相變換熱技術(shù)。經(jīng)過生產(chǎn)實踐后觀察，該余熱回收系統(tǒng)可使排入大氣的煙氣溫度下降到150℃，有效減少大氣污染，同時產(chǎn)生壓力為0.6～1.2MPA、流量為8.3t/h的蒸汽，年增效益240余萬元。此舉標(biāo)志著國內(nèi)首例在軋鋼加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中，應(yīng)用復(fù)合相變換熱技術(shù)進(jìn)入正式運行階段。

4.3.3 其他余熱回收

經(jīng)過探索和實驗，邯鋼成功開發(fā)應(yīng)用燒結(jié)余熱發(fā)電工藝環(huán)冷機(jī)配風(fēng)模型技術(shù)，基本解決了燒結(jié)余熱發(fā)電在冬季發(fā)電負(fù)荷低的行業(yè)難題，使燒結(jié)余熱發(fā)電負(fù)荷提高了1倍，日增發(fā)電量約11萬KWH。此外，將汽輪機(jī)的低壓加熱器和鍋爐定排連排的余熱回收裝置全部投運，降低鍋爐度電的煤氣氣耗，日增發(fā)電量約1.3萬KWH。另外，將干熄焦汽機(jī)全部采用抽汽方式外送蒸汽，避免通過減溫減壓外送時的能量損失，增加發(fā)電量。同時，在保證各蒸汽用戶壓力和熱量的基礎(chǔ)上，根據(jù)季節(jié)和每日氣溫的變化情況，適時調(diào)整蒸汽管網(wǎng)壓力，并加強(qiáng)對蒸汽管網(wǎng)疏水器進(jìn)行日常檢查，杜絕蒸汽浪費。

5 結(jié)語

近年來，邯鋼積極開展節(jié)能減排工作，最大限度地利用低壓余熱蒸汽能源。目前，邯鋼低壓余熱蒸汽回收流量為463t/h，回收利用率達(dá)到76%。通過對多年來的生產(chǎn)實踐進(jìn)行總結(jié)，取得了幾點成功的經(jīng)驗，主要有：

（1）深度優(yōu)化蒸汽平衡，實時進(jìn)行低壓余熱蒸汽能源的管控，合理安排各生產(chǎn)系統(tǒng)的啟停和檢修，避免低壓余熱蒸汽的階段性緊缺或過剩，保證蒸汽供應(yīng)和消耗的穩(wěn)定，提升低壓余熱蒸汽資源管理水平及綜合利用效率。（2）根據(jù)區(qū)域余熱蒸汽回收情況，通過調(diào)整區(qū)域管網(wǎng)壓力，保證低壓余熱蒸汽最大限度的回收到蒸汽主管網(wǎng)。（3）冬季采暖期蒸汽用量超量時，合理調(diào)整蒸汽資源及運行方式，根據(jù)用戶用汽壓力不同的情況，分區(qū)域、分等級供應(yīng)用戶蒸汽。（4）加大技術(shù)攻關(guān)，增加低壓余熱蒸汽的回收。

參考文獻(xiàn)

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