馬鋼特鋼電爐余熱回收系統改造實踐

曹天明，李保運

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司特鋼公司，安徽馬鞍山 243100）

引言

當馬鋼電爐具備連續生產的條件以后，為了使電爐向低碳綠色低成本的方向發展，帶動電爐綜合經濟指標全面提升，隨即開啟了對電爐余熱回收進行改造的進程。

1 馬鋼余熱回收工程簡介

1.1 余熱回收的技術方案

1.1.1 電爐冶煉的基本數據（見表1）

表1 余熱回收設計所依據的電爐冶煉基本數據

1.1.2 余熱回收基本技術方案

由于是改造工程，而改造必須不能影響生產。為此，采用了余熱回收管路與原有的電爐水冷煙道共存并可以互相切換的模式。

（1）將原有的電爐燃燒沉降室延長一倍，便于接新的汽化煙道，并形成通路。燃燒沉降室與汽化煙道、燃燒沉降室與水冷煙道的接口處各設一高溫插板閥，用于汽化煙道與水冷煙道的切換。

（2）電爐的加料期，所吸入煙氣溫度低，無余熱回收價值，讓其走水冷道。電爐冶煉時期，高溫煙氣走汽化煙道，以多產蒸汽。

（3）設計余熱回收的蒸汽用來供給特鋼RH、VD真空系統使用。如果再有富余，則并入公司蒸汽管網。

（4）出于嚴格控制二噁英的目的，鑒于二噁英的生成是一個可逆反應，生成二噁英主要集中在350 ℃至800 ℃溫度區間內。余熱回收的技術方案作了如下優化：

燃燒沉降室作了改造。主要是加強了燃燒沉降室的保溫效果。讓燃燒沉降室內的溫度控制在850 ℃以上，加上燃燒沉降室的截面寬大，氣流速度低，可讓二噁英在此溫度下充分分解。

充分計算水冷煙道與絕熱煙道的長度，控制鍋爐入口處的煙氣溫度在800 ℃左右。再經過余熱鍋爐快速冷卻至200 ℃左右，這樣就使二噁英來不及生成，從而可控制煙氣中二噁英含量遠低于國標規定的1.0 ng-TEQ/m3的標準。

（5）余熱回收系統的工藝參數見表2。

表2 余熱回收系統工藝參數

1.2 余熱回收系統的設備布局

1.2.1 立式鍋爐和臥式鍋爐的區別與選擇

立式鍋爐具有占地面積小，結構緊湊的優點，但也有施工難度大、不易清灰、風阻大的缺點。而臥式鍋爐雖有占地面積大的缺點，但是其具有氣流通暢，積灰清理相對容易，風阻小等一系列優點，可使余熱回收系統較好地適應電爐冶煉煙氣溫度以及流量變化范圍大的特點，加上特鋼公司現有的場地因素，所以該項目最終選擇了臥式鍋爐。

1.2.2 主要設計計算［1-2］

（1）設計任務書要求確定原始數據；

（2）根據煙氣特性參數和鍋爐總體布置結構，選定各出口受熱面的進出口過量空氣系數，進行理論空氣量煙氣量的計算，并編制煙氣性質表和溫焓表；

（3）假定排煙溫度進行熱平衡計算；

（4）按煙氣流動方向，對煙道內的各個受熱面進行熱力計算；

（5）對熱力計算的數據進行修正，使其與這平衡計算的吸收質量誤差在一定的范圍內；

（6）列出整個余熱鍋爐的主要熱力計算數據的匯總表，見表3。

表3 余熱回收主要熱力數據匯總

1.2.3 主要設備組成和設備布局

余熱鍋爐的主要設備有：電爐IV 孔煙道，水冷屏風，煙氣調節機構，燃燒室入口汽化煙道，燃燒沉降室，燃燒室出口汽化煙道，絕熱煙道，余熱鍋爐本體及輸灰系統，汽包與蓄熱器，軟水供應系統、強制循環系統等。布局圖見圖1。

圖1 馬鋼余熱回收系統布局

2 馬鋼余熱回收工程提效改造

2.1 電爐IV孔煙道的改造

2.1.1 IV孔截面積的擴大與爐蓋進行適應性改造

隨著電爐冶煉節奏加快，電爐供氧強度加大，電爐煙氣量也隨之加大。原有的電爐IV 孔截面積顯得過小，風阻過大，氣流不暢。為此必須加大IV孔的截面積。根據對原有大爐蓋的研究，在不破壞原有結構強度與冷卻水路的情況下，把電爐IV 孔的截面積由原來的1.02 m2加大到3.26 m2（見圖2），解決了IV孔排煙不暢的問題。

圖2 馬鋼IV孔改造圖

2.1.2 IV孔屏風的適應性改造

主要解決了兩件事，一是電爐在向出渣側傾動8°的情況下灌砂的安全性問題。即在此傾動角度下，依然可依靠IV 孔煙道保持爐內負壓，從而使灌砂期間沒有高溫氣體從爐內噴涌出來，危及崗位人員的安全。二是可以使電爐每爐出鋼可盡可能多地留鋼，從而可以加快電爐的冶煉節奏，進一步提升了電爐的經濟指標。

2.2 一次除塵煙道與水冷滑套的改造

2.2.1 煙道改造

抬高對接口的高度（見圖3），加大IV 孔煙道的斜度，讓泡沫渣留在電爐內，對于最大程度減少電爐熱量損失、加速電爐除P，提高冶煉節奏、提高電爐冶煉的綜合經濟指標起到了關鍵的作用。

圖3 IV孔與煙道改造示意圖

2.2.2 水冷滑套的改造

經研判，IV 孔屏風與水冷滑套之間的間隙不宜過大，此間隙在冶煉期間只需要控制在50 mm 以下即可。而燃燒室入口煙道入口的位置只需不影響爐蓋的提升與旋轉動作即可。這樣，滑套調節機構的行程可以短一些。需要保證的是滑套機構調節的高度可靠性，以及滑套的密封性。于是重新設計了一套全新的滑套調節機構，并對原SMC 氣缸進行了徹底的改型，氣缸的調節精度、靈敏度以及可靠性的增強，使機構的調節性能有了質的提高。該機構可以根據溫度與殘氧量的要求，使滑套與IV 孔屏風之間保持適當的間隙。一來可使電爐燃燒沉降室內不會吸入過多的冷風，可始終保持650 ℃以上的高溫，高于CO 的燃點，這樣可以使CO 得到充分的氧化，從而放出潛熱，使可回收的熱量大大增加，從而使得余熱回收的蒸汽量大大提高。二來，控制水冷滑套的調節精度，使煙氣內加入適當量的氧氣，維持反應后的殘氧量，可保證煙氣無害排出。如此一來，既提高了余熱回收效率，也保證了電爐煙氣的無害排放，見圖4。

圖4 滑套機構改造示意圖

水冷滑套改造的主要特點如下：

（1）采用SMC 定位氣缸，機構工作可靠，故障率極低。

（2）移動小車采用上下導軌運行，保證滑套與煙道口的相對位置。

（3）整個機構密封在堅固的護罩內，并通壓縮空氣維持罩內正壓，杜絕了灰塵進入，消除了機構故障隱患。

（4）設計封閉絲桿調節機構，增加事故應急處理手段。

2.2.3 余熱鍋爐與尾氣風管局部改造

增加鍋爐省煤器，進一步回收了煙氣的顯熱。煙氣溫度從220 ℃降到180 ℃以下。

強化了省煤器清灰的設計。增加灰塵收集斗，增加激波清灰的頻率。使進入余熱鍋爐本體的灰塵都得以及時排出。

尾氣風管的局部改造，減少了彎頭的數量，使風道通暢，風阻降低。保證了電爐IV 孔的除塵效果，促進了余熱回收系統與正常的除塵系統之間的參數匹配。

2.2.4 根據電爐的冶煉階段以及除塵需要進行控制參數優化

結合電爐冶煉的特點，根據電爐的冶煉階段合理調整余熱風機的轉速、屋頂大閥的開度、主風機的轉速等等。并在不影響環保效果的情況下，對各個參數進行優化。

3 實施效果

（1）蒸汽回收量增加。

余熱回收系統改造于2021 年2 月底得到實施。改造前后的回收的蒸汽量跟蹤對比見圖5。

通過圖5 可以直觀看出，優化后的電爐余熱回收系統熱轉換效率大幅提升，在安全運行前提下蒸汽噸鋼回收量突破250 kg/t 將是常態，經統計測算，僅余熱回收一項每年可為特鋼公司降低成本約4 000萬元。

圖5 改造前后電爐噸鋼蒸汽回收量的對比

（2）電爐車間除塵效果達到歷史最好水平。一方面，由于改造后電爐的IV 孔煙道截面積擴大，并且通過滑套機構與余熱煙道結合緊密，并通過控制參數的優化，使得電爐爐內呈現微負壓狀態，電爐產生的含塵煙氣都被IV 孔吸走，因而消除了電爐車間最大的污染源。另一方面，由于IV 孔吸入的是熱煙氣，混入的冷風量小，總的煙氣量較小，除塵系統的負荷顯著降低，因而除塵系統可以將更多的風量分配給精煉區域的除塵點，從而促使整個電爐車間除塵效果改善。

（3）電爐多項經濟指標提升明顯，見表4。

表4 改造前后電爐經濟指標的對比

（4）電爐IV 孔產生的廢棄物達到歷史最低水平，現場作業環境得到根本改觀。未改造前，由于電爐IV 孔屏風與滑套之間混入的冷風較多，使得從電爐IV 孔吸出的泡沫渣快速形成固態渣。固態渣容易積存在煙道入口或掉落到滑套下方的電爐平臺上。不僅影響電爐爐內形成不了微負壓，產大量的含塵氣體污染環境，而且掉落的渣子清理工作大，作業環境差。改造后，少量泡沫渣以液態形式吸入煙道，不積存，現場無需清理，作業環境得到根本改善。

4 結束語

電爐余熱回收系統改造，全面提升了電爐運行經濟指標，改善了電爐的節能環保性能，降低了人工勞動強度，優化美化了現場環境，收到了較好的改造效果。