攀成钢二烧余热回收工程

朱 强 熊泽民

(攀成钢炼铁厂,四川成都 610303)

攀成钢二烧余热回收工程

朱 强 熊泽民

(攀成钢炼铁厂,四川成都 610303)

本文介绍了攀成钢二烧环冷机余热回收的工艺流程,简述了余热回收软水器、除氧器、蒸发器等主要设备特点及工作原理,对试生产中出现的除氧器喷水、软水硬度不达标等问题进行了分析并总结了处理方法,对余热回收经济效益和社会效益进行了概算。

环冷机余热回收 软水器 除氧器 蒸发器 除氧器喷水 软水硬度

1 引言

随着经济的发展,全球能源消耗日益增加,现探明的资源存量日趋减少,如何更有效地提高能源利用率,减少CO2排放己成为经济发展的重要课题。我国己将节能减排确定为工业发展的重要目标,并提出了“低碳经济”这一新的发展模式。烧结生产是钢铁企业中主要耗能工序之一。烧结生产中有大量热量通过烧结矿显热(环冷机废气)和烧结机烟气显热外排,这部分热能占烧结生产总热能的50%左右,而这两种外排总热量的60%是由烧结矿显热(环冷机废气)带走的,如能利用这部分热能将有效地降低烧结工序能源损耗。目前,攀成钢共有两台30 m2烧结机、一台105 m2烧结机,余热均未有效利用。二烧车间的105 m2烧结机,其利用系数为1.65 t/h·m2,年入炉烧结矿118万吨,环冷机高温冷却风未经利用直接排入大气,造成了热量浪费。利用这部分热能已势在必行,其原因是:首先,随着钢铁行业竞争日益加剧,对降低钢铁生产成本的要求越来越高,节能是降低成本的必要手段;其次,随着二烧脱硫工程启动,脱硫工艺需要的4 t/h蒸汽量由动力厂提供存在一定困难。因此公司决定在二烧环冷机上余热回收工程,通过回收环冷机热风带走的热量生产蒸汽,将蒸汽并入公司主管网供各生产单位使用。

我公司余热回收工程委托南京圣诺公司设计、施工,工程于2008年开工建设,并于2009年9月进入试运行阶段。

2 工艺流程

二烧余热回收工程主要利用105 m2烧结机环冷机产生的高温废气余热加热软化水生产0.8 MPa、～12 t/h的饱和蒸汽。该工程包含烟气工艺流程、水系统流程、排污系统流程等主要流程,该工程的主要工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

现分别对主要工艺流程介绍如下:

2.1 烟气流程

余热回收装置采用环冷机外布置方式,环冷机废气分别由烟囱附近的1#、2#余热回收口引出,汇至总管后送至余热回收装置区,经蒸发器、预热器进行余热回收,然后通过引风机由烟囱排放至大气。风道上设有膨胀节,用于吸收运行中的风道热应力;为了方便设备检修,风道总管设有热风阀;为保证余热回收系统的正常运行,计划在原环冷机1#、2#烟囱上安装热风阀。因考虑到二烧生产任务紧张,决定择机安装。因本系统是以热风温度不高于400℃设计的,当热风温度高于400℃时可能对余热换热装置造成损坏,因此当热风温度高于设计温度时,须打开1#、2#烟囱上的热风阀,并闭总管上的热风阀。

考虑到系统积灰,在换热器下部风道集箱底部设有电动卸灰装置,通过人工定期清灰,并回收利用。

2.2 水系统流程

2.2.1 软水器工作原理

自来水(～0.1 MPa)经管道泵增压至～0.5 MPa,送至自动软水器处理,自动软水器共两台,一用一备,其基本原理是用树脂对经过的硬水进行离子交换以软化硬水,软水器工作流程可分为两步:软化处理流程和再生处理流程。

当硬水通过阳离子交换树脂时,水中的钙、镁离子与阳离子交换树脂上活性基团的钠离子发生交换并被吸附,使水软化:

口—(SO3Na)2+Ca2+→口→(SO3)2·Ca+2Na+(软化处理流程)

当阳离子交换树脂上的钠离子几乎全部被钙、镁离子所交换时就失去了交换离子的能力;必须通过再生恢复它的交换能力。本设备使用食盐为再生剂,再生过程中先用清水洗涤离子交换树脂,然后通入食盐水浸泡而使离子交换树脂吸附的钙、镁离子解吸下来,然后随废液排出。

口—(SO3)2Ca+2Na+→口—(SO3Na)2+Ca2+(再生处理流程)

在离子交换过程中,不仅钙、镁离子会被交换,水中含有的铁、锰、铝等金属离子也可同时被交换去除。当硬水先后通过交换树脂后,水中的电解质阳离子基本均可被去除,这种方法得到的软水再由软水泵送入热力除氧器除氧。

2.2.2 除氧器工作原理

除氧器的主要作用是除去给水中的氧气和其它不凝结气体,以保证给水的质量。若水中溶解有过量氧气,就会使与水接触的金属被腐蚀,同时在热交换器中若有气体聚积,将使传热的热阻增加,降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的,尤其是氧气,它将直接威胁设备的安全运行。我厂除氧器采用旋膜式除氧器,热力除氧器用蒸汽引自饱和蒸汽总管,经减压阀减压至0.3MPa后,作为一次蒸汽送入除氧器除氧头。自减压后的蒸汽管线引出2根支管,分别送至除氧器水箱,作为二次蒸汽及补充加热蒸汽。除氧过程:软水经起膜管呈螺旋状按一定的角度喷出,形成水膜裙,并与一次加热蒸汽接管引进的加热蒸汽进行热交换,形成一次升温除氧。经旋膜段粗除氧的水呈均匀雨雾状落到装在其下的液汽填料层上。填料液汽层是由许多拉丝环填料组成的一个圆筒体,其具有通量大,压降小等特点。经一次除氧的水在该填料液汽层与上升的二次蒸汽接触并充分热交换,以达到再次升温除氧的目的。除过氧的给水汇集到除氧头的下部容器即水箱内,除氧水箱内装有补充蒸汽管,该管可迅速提升水温,更深度除氧,除氧器内水温需控制在104℃以保证除氧率。

给水泵将除氧后的软水送至水预热器,软水在预热器升温后送入锅筒。软水泵、给水泵出口均设有回水管以作水量调节用。

2.2.3 蒸汽发生器与预热器的主要结构特点

蒸汽发生器及水预热器:采用热管式结构,热管的受热段置于烟气风道内,热风横掠热管受热段,热管元件的冷却段插在水—汽系统内,由于热管的存在使该水—汽系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体风道之外,水—汽不受热流体的直接冲刷,运行安全可靠。

图2 蒸发器与预热器结构示意图

热管蒸汽发生器及水预热器是由若干根特殊的热管元件组合而成,其基本结构见图2。

蒸发器的工作原理是:

热流体的热量由热管1传给水套2内的饱和水(饱和水由汽包下降管3输入水套管),并使其汽化,所产汽、水混合物经蒸汽上升管5达到汽包4,经汽、液分离后将蒸汽再送往蒸汽总管。汽包内的水由约104℃的除氧水经水预热器预热后供给。这样由于热管不断将热量输入水套管,通过外部汽-水管道的上升及下降完成基本的汽-水循环,达到将废气降温,并转化为蒸汽的目的。

蒸发器的基本结构特点:

由于采用热管作为传热元件,烟气和热管产汽套管部分分离,整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体风道以外,这就使本系统有别于一般余热锅炉。设备中热管元件相互独立,热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响,即使单根或数根热管损坏,也不影响系统正常运行,同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。

为方便观察通道内积灰情况和清除积灰,壳体一侧预留有吹灰器接口,便于以后清灰或设置吹灰器。

蒸发器与锅筒通过上升、下降管实现汽水循环,锅筒产生0.8 MPa饱和蒸汽,进入蒸汽总管,送出。

2.3 排污系统

锅炉锅筒设有连续排污和定期排污口,水预器,蒸汽发生器都设有排污出水口,可定期清除内部残留污物及水垢。自动软水器、软水箱排污管至排污总管。热力除氧器底部排水管接至软水箱,另自该管引出一管线至排污总管。汽包连续排污管接至连续排污扩容器,经扩容降温后排入排污总管。汽包底部设紧急放水管,排至排污总管后接入公司排污管网。

2.4 取样系统

本余热回收系统设有炉水取样,取样冷却采用界区的循环冷却水。

2.5 放空、放净系统

为保证系统安全,锅筒、除氧器、预热器出口总管、连续排污扩容器设有安全阀。锅筒项部设高空排汽管,并设有消音器。

2.6 自动控制

本套系统设计了一套PLC控制系统,并留有与烧结主控系统的以太网接口。

废气系统、水汽系统设有温度压力测量点,重要部位设有温度或压力报警,给水、出汽设有流量计,热力除氧器、水箱、汽包设液位显示及报警。主要调节回路有:汽包液位调节、汽包压力调节、热力除氧器液位调节、热力除氧器压力调节。

汽包水位调节是为了保持锅筒水位在一定的范围内,为三冲量调节系统(汽包水位、给水流量、蒸汽流量),其它三个调节均为P ID调节系统。

3 存在问题

二烧余热回收经过一段时间试运行,总体较为为正常,但仍存在一些问题,具体如下:

3.1 热力除氧器易发生“喷水”现象

热力除氧器易发生"喷水"现象;热力除氧器设计压力为0.02 MPa,但试运行期间压力时常达到0.08 MPa,当汽包补水阀关闭及除氧器补水阀打开时,大量水进入除氧器,与外排的气体相遇,造成“憋压”,引起除氧器抖动及大量水随气体外喷,可能造成人员烫伤。为解决该问题,临时采取了两项措施:

①关小汽包补水管线的回水管阀门,以减少单位时间内返回热力除氧器的水量。

②降低除热力除氧器的加热温度,将除氧器的水温控制在80～90℃。

从而减少了气体的产生,以降低热力除氧器内的压力。从生产情况来看,“喷水”现象发生频率明显降低,但因水温远低于104℃的控制要求,软水除氧率是达不到工艺要求的,如长期运行会对设备会造成损坏。

3.2 软水硬度不达标

软水硬度不达标;我厂余热回收所需水质须达到国标锅炉用水标准,根据《GB-2001工业锅炉水质》,软水总硬度应达到≤0.03 mmol/L,我厂自来水总硬度为1.5～3 mmol/L,经软水器处理后,软水总硬度仍然达到1.4 mmol/L左右,达不到锅炉用水标准。连续排污器处的污水明显混浊。软水器在使用过程中,还因控制器出现故障导致次软水器停止工作。

3.3 锅炉蒸汽产量未达到设计值

试运行期间,余热回收锅炉产汽量为6 t/h,与设计产汽量12 t/h相差较大;试运行期间热废气温度仅为220℃,低于300℃的设计值。主要原因是环冷机1#、2#烟囱上的热风阀未安装,余热回收锅炉运行时部分外部冷空气进行回收系统,造成热废气温度下降,影响了热的回收效率。

4 改进措施

4.1 除氧器喷水的解决

通过对除氧器喷水原因的分析,采取了以下措施:

1、将经预热器预热后回流的软水入口由除氧器的除氧头改至箱体,避免了大量热水回流时产生的憋压现象。

2、将一、二次蒸汽阀的启停由温度控制改为由压力调节,当除氧头压力高于设定值(目前为15 kPa)时自动关断蒸汽阀蒸汽,避免除氧头压力超压。

通过上述改进,“喷水”现象未再发生,除氧器水温能控制在104℃左右,除氧器“喷水”现象得到了解决。

4.2 软水不达标的处理

针对软水不达标的现象,南京圣诺组织相关设备提供厂家对软水器进行了检查,发现软水器内部分水管脱落,导致自来水在软水器内形成了短路,影响了自来水的软化效果。厂方对水管恢复后,并对树脂进行了清洗,延长了软水器吸盐时间。从目前使用情况来看,软水水质明显改善,软水硬度达到0.03～0.15 mmol/L,基本达到锅炉用水标准。

4.3 产量不达产的处理

环冷机1#、2#烟囱上的热风阀己开始安装,热风阀投入使用后将明显提高蒸汽产量。

5 效益计算

余热回收产生效益可分为经济效益及社会效益,现分别计算如下:

5.1 经济效益

自试生产以来,余热回收可产蒸汽约6 t/h左右(1#、2#热风阀安装后,蒸汽产量将有所上升,现仅以6 t/h进行计算),如以96%的作业率计算,可年产0.4 MPa蒸汽5.046万吨/年,以厂内蒸汽结算价80元/t计算,可产生效益403.68万元。

自试生产以来,每生产1 t蒸汽需消耗自来水2 t左右(随着水质改善,自来水消耗可适当降低,现以1 t蒸汽消耗2 t自来水计算)。自来水结算单价为1.5元/吨,年消耗水费为15.14万元。

该工程总投资400万元,锅炉主体设计使用寿命5年,因此每年的折旧费用约为80万元。

每年工人工资、设备维护费用以100万元计。

因此余热回收工程年经济效益为:

403.6 8-15.14-80-100=208.54(万元)

5.2 社会效益

根据《国家统计局标准》,0.3 MPa的1 kg蒸汽可折算0.094 kg标煤,二烧余热回收可年产0.4 MPa的蒸汽5.046万吨,以上述标准计算,可减少标煤消耗4743吨/年。根据发电厂统计,每减少1 kg标煤消耗可减少二氧化碳排放2.491 kg,以此计算,二烧余热回收工程可减少二氧化碳排放11814.81吨/年。

6 总结及建议

攀成钢余热回收工程自投产以来取得了良好的经济及社会效益。从生产实践来看,该工程的自动控制系统需进一步完善,如目前A与B软水泵、A与B给水泵无互保功能,当一泵因故无法给水时,另一泵不能自动开启补水,虽然主控机有低水位报警功能,但当操作人员因故未在控制室时可能造成锅炉水烧干。因此,建议完善水泵的互保及水泵与引风阀的互锁功能,以避免因此而引发重大安全生产事故。

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

朱强,男,工程师。