宁钢实现全工序负能炼钢的措施及效果

宋永杰

(宁波钢铁有限公司)

宁钢实现全工序负能炼钢的措施及效果

宋永杰

(宁波钢铁有限公司)

负能炼钢在宁钢实际生产中取得了良好的进展，文中就降低炼钢工序能耗，提高转炉煤气，蒸汽回收率采取了一系列的措施经验进行了较深入的介绍和探讨。

负能炼钢 转炉煤气回收 蒸汽回收 炼钢工序能源消耗

0 前言

负能炼钢是指转炉炼钢工序消耗的总能量小于回收的总能量，即转炉炼钢工序消耗的电、氧、氮、氩、焦炉煤气、水等能源，与回收的转炉煤气、蒸汽之差为负值;全工序负能炼钢是指包括转炉、炉外精炼以及连铸在内的整个炼钢工序能耗小于零。实现负能炼钢特别是全工序负能炼钢是一个现代化钢铁企业工艺、设备、操作以及管理等诸方面先进水平的综合体现;是衡量钢铁企业生产技术水平的重要标志;也是节能减排、降低成本、提高企业综合竞争力的重要手段。

1 概况

炼钢厂主要工艺流程为:高炉铁水→混铁车→铁水倒罐站→铁水脱硫站→转炉→LF精炼炉→连铸机→热装热送，其涉及的主要耗能设备有:两套铁水脱硫处理设施、三座180 t顶底复吹转炉、两台二机二流板坯连铸机、一座LF精炼炉、钢包、中间包烘烤、转炉除尘风机等。主要能源介质包括:电、水、氧气、氮气、氩气、蒸汽、焦炉煤气，压缩空气。炼钢厂于2007年5月投产，在三座180 t转炉生产步入正轨，转炉煤气及蒸汽回收系统逐步投运后，为进一步提升转炉炼钢的操作水平及管理水平，达到降本增效、节能减排的目的，宁波钢铁开始实施负能炼钢公关，从降低炼钢工序能耗，提高转炉煤气和蒸汽回收率三大方面入手，针对具体问题制定了相关措施，并积极落实，经过努力宁钢2010年4月份炼钢全工序能耗为－1.657 kgce/t，首次实现全工序负能炼钢。

2 措施及实施

2.1 炼钢工序上节约能源消耗

1)建立能源考核制度，严格防止炼钢因操作原因致使钢水温度低而使用LF炉，造成电能的浪费，炼钢排程人员合理制定品种钢冶炼计划，尽量在用电低谷时使用LF炉。

2)能源调度及时掌握炼钢连铸机的生产状况，及时停运空压机减少炼钢空气的消耗。根据炼钢的生产节奏，及时调节转炉煤气用户的煤气使用量，避免因转炉煤气柜满造成转炉煤气的放散。

3)在实践中合理设定氧副枪的氮封压力，避免过高的压力造成氮气的浪费。

4)对炼钢的钢包，铁包烘烤器进行行技术改造，改为带蓄热器的烘烤器，节约焦炉煤气。

5)优化转炉低吹模式，合理分配氮气，氩气使用。

2.2 转炉煤气回收

宁波钢铁转炉煤气回收工艺为:来自汽化冷却烟道的转炉烟气→一级溢流文氏管→撞击式重力脱水器→二级环缝式可调喉口文氏管→900弯头脱水器→旋风脱水器→鼓风机→三通切换阀→水封逆止阀→U形水封→8万转炉煤气柜→电除尘器→转炉煤气加压机→转炉煤气用户。该工艺称为“OG”法回收煤气，即高温烟气通过烟气冷却系统后，烟气由1450℃降到1000℃以下，然后进入烟气净化系统。该系统包括两级文氏管、90℃弯头脱水器和水雾分离器。第一级文氏管采用手动可调喉口文氏管，烟气温度由1000℃降至饱和温度75℃，使大部分粗颗粒随污水进入90°弯头脱水器而排除，从而达到粗除尘的目的。第二级文氏管采用自调喉口文氏管，通过炉口微差压装置自动调节喉口开度，使适应烟气量的变化，以达到精除尘的目的。通过二级文氏管后的烟气温度继续下降，一般可达67℃左右。经二级文氏管除尘后的烟气，除通过90°弯头脱水器进行脱水外，再通过挡水板水雾分离器，进一步分离烟气中的剩余水分，然后通过流量计由引风机送入煤气回收系统。根据时间顺序装置，控制三通切换阀，对烟气控制回收、放散。吹炼初期和末期由于烟气中CO含量不高，所以通过放散烟囱燃烧后排入大气。在回收期，煤气经水封逆止阀、V形水封阀和煤气总管道送入煤气柜。完成了净化、回收的过程。宁钢2008年转炉煤气实现回收以来由于柜前氧含量超标，煤气含尘量大，回收时间短等问题严重制约了转炉煤气的回收，为此成立了能源部和炼钢部技术公关小组，通过从转炉煤气回收系统的工艺和设备改造，规范操作方式等方面入手，采取了一系列措施使转炉煤气的吨钢回收率提高到了100 m3/t钢。

2.2.1 转炉氮气吹扫和密封系统的改造

转炉氮气吹扫和密封系统的功能有二:一是氧枪孔、副枪孔、副原料孔进行氮气密封，防止生产中的烟气和火焰从这些孔中窜出，污染环境或损坏周围设备;二是对三通阀、旁通阀及三通阀和水封逆止阀之间的管道进行吹扫，把这些地方的残余煤气赶走，以免和下一炉生产初期进入的空气混合产生爆炸，宁钢的转炉氮气密封、吹扫系统的问题主要有二:一是除了三通阀与水封逆止阀之前一段管道外，其他各路都已有氮气，而这一部分管道对于安全生产来说还是一个盲区;二是各路氮气的检测只有压力检测而不是流量检测，这种方法是不科学的。因为靠压力检测只能知道氮封或是吹扫是否进行，但效果如何不得而知。例如吹扫系统，它是要靠一定量的氮气来置换管道里的残余气体的，所以需要对氮气流量进行检测。对转炉氮气吹扫和密封系统进行如下改造:

1)在三通阀与水封逆止阀之间增加一条氮气吹扫回路;

2)将原来的压力检测改为流量检测;

3)将原来的PLC系统的软件作相应修改。通过改进.增强了整个转炉氮气吹扫和密封系统的安全性与可靠性，并可以对整个系统的氮气消耗量进行统计，通过生产实际经验的累计可以在保证安全的前提下调整流量，减少了氮气的消耗量。

2.2.2 增加激光型氧分析仪

宁钢原先采用化学式的氧分析仪，该氧分析仪对氧气的分析存在滞后性，而激光型氧分析仪对氧气的分析灵敏度较高，宁钢在化学式氧分析前增加一套激光型氧分析仪，转炉煤气回收时以该分析仪对氧含量的测定为准。

通过转炉氮气吹扫和密封系统的改造和增加激光型氧分析仪，转炉煤气回收结束后转炉气柜柜前氧含量超标问题基本得到了解决。

2.2.3 烟气分析系统的改造

宁钢烟气分析系统存在的问题是实时性差，烟气的分析结果远远滞后于实际气体的成分，经过相关技术人员对某钢厂的分析系统比较发现是设计上的欠缺造成，宁钢烟气分析系统与某钢厂的烟气分析系统其主要区别在于:某钢厂分析系统的抽气泵后设了一路旁通，作放散用，取样器加上样气管路总容积估算约2升。宁钢:分析仪用气量为30 L/h～60 L/h，实际常用在 50 L/h，约合 0.83 L/min，无旁通放散。某钢厂:分析仪用气量为0.5+1+1=2.5 L/h，旁通放散约是25 L/min。两者气体的总流量是27.5 L/min。采样气体进入采样器到达分析仪就必须把取样器和管路中的气体全部排去。下面就是两个系统排气所花费的时间:

宁钢:2 L/0.83 L=2 min;

某钢厂:2 L/27.5 L=0.07 min。

两者相差两分多钟，所以宁钢在转炉开始吹炼到煤气回收要比某钢厂多两分多钟。计算结果与实际相符。宁钢采取以下方案:

1)和某钢厂一样增设一路旁通放散，需设备玻璃转子流量计一台，带手阀，其量程为0～50 L/min;

2)原来的抽气泵能力太小，需要更换。宁钢现场的抽气泵为100 L/h，应改用30 L/min～35 L/min(即1800 L/h～2100 L/h)左右的抽气泵;

3)采样气体管路的直径太小，影响样气的流通能力，现宁钢样气管路为Φ6 mm×1不锈钢管，直径仅4 mm，改用Φ10 mm×1不锈钢管。

4)考虑到采样气体流量的增加会影响脱湿效果，现有的脱湿器能力不够，需更换并在脱湿器前增设一台气体预冷器。通过上述改善，明显地提高转炉烟气分析的实时性，使转炉煤气回收时间大幅提前，转炉煤气的回收时间达到了10 min，提高了转炉煤气的回收量。

2.2.4 根据实际运行经验合理设定转炉煤气柜柜位上限

转炉气柜投运初期，考虑气柜运行的安全性，转炉气柜柜位上限设定为6.5万m3，即柜位达到6.5万时三通阀自动切换至放散，转炉气柜停止回收，为了充分发挥转炉气柜的储存性能，对气柜进口阀门及自动控制系统进行了性能测定，将转炉气柜柜位上限设定为7.0万m3，通过对气柜上限的重新设定，极大地缓和了柜满拒收现象。

2.2.5 规范冶炼操作水平

1)减少空气吸人。转炉冶炼过程中.在活动烟罩与炉口的间隙处会有少量的空气进入，易造成煤气的二次燃烧，降低煤气的发生量。因此要求冶炼开吹前必须降罩。

2)增加供氧强度。转炉冶炼进入中后期，熔池内开始大量氧化.此时炉内反应以脱碳为主，脱碳速度主要取决于供氧强度供氧强度提高，可提高CO含量在吹炼初期的上升速率和末期的下降速率。从而延长吹炼中后期时间。提高煤气回收量。若将转炉供氧强度从 3.17m3/(min·t)提高到3.57 m3/(min·t)，冶炼时间可缩短到 12.5 min。吨钢转炉煤气回收量可提高4 m3。

3)提高操做水平控制不必要异常中断回收现象，减少转炉喷溅和“双渣”次数。

4)通过二文重砣调整使炉口微压差控制在±5 Pa，减少空气的吸入量，使CO燃烧率降低，以提高煤气热值。

5)由于转炉吹炼过程中常发生炉口结渣现象，直接影响了活动烟罩和转炉间的接合，影响了转炉煤气的回收，因此需要加强炉口结块的清除。

2.3 回收蒸汽

转炉蒸汽工艺流程如下:软水→给水泵→汽包(水)→汽化冷却烟道→汽包(汽)→蓄热器→分汽缸→公司管网→用户。即转炉通过汽化冷却烟道产生蒸汽后，经上升管进入汽包，该汽包最高压力可达3.0 MPa，然后再进入蓄热器，从蓄热器出来的蒸汽通过调节阀，把蒸汽压力从 1.5 MPa以上变为1.1 MPa，送入低压管网。宁钢为提高蒸汽回收率，采取的措施有以下几点。

1)蒸汽的输送应以最短的距离、合适的管径、最小的压力降和最少的热损失为原则，检查厂区中的管道布置情况，寻找不合理的地方，并进行了整改。

2)因受余热蒸汽产生量不稳定的影响，蒸汽带水严重，管网压力波动大，为此提高了汽包和蓄热器放散压力，充分发挥蓄热器的缓冲能力。稳定了管网压力，并提高了蒸汽的回收量。

3)加强蒸汽系统管理，优化蒸汽管网，对疏水器进行及时维护，完善保温管道，以此降低蒸汽管网损失率。

4)从规划和设计用汽的源头，制定相应的企业用能规划及考核等管理制度，改善或去掉不合理的用汽方式。

5)完善蒸汽压力，流量表仪表设施，达到蒸汽发生、使用、放散及损耗的明确化，随时找出用能不合理、蒸汽损耗大的用户，并实施蒸汽统一调配，

6)开发新用户。由于宁钢低压蒸用户用量不足，造成了蒸汽的极大放散，制约着炼钢蒸汽的回收率，为此宁钢与宁波宝新等用户签订的供气协议，通过低压蒸汽外供的方式，有效的提高OG锅炉蒸汽外送量，避免了OG蒸汽放散。保证了4月实现“负能炼钢”，产生了一定的经济效益。

7)动力调度根据管网压力及生产情况及时调整管网压力及供北仑热电蒸汽流量，以多利用余热回收蒸汽，降低热力锅炉供出蒸汽量为原则，当管网压力大于0.9 MPa时，热力锅炉不向管网供蒸汽，同时考虑炼钢恢复吹炼时间，炼钢恢复吹炼后及时指令热力锅炉逐步减少供管网蒸汽量，直至停供。

3 负能炼钢效果

宁波钢铁通过对转炉煤气回收系统改造，转炉OG系统优化，炼钢工序消耗上加强管理等方面公关，采取相应的措施，取得了显著的效果。2010年1～5月份吨钢转炉煤气回收率，吨钢蒸汽回收率统计见表1，2010年4～5月份实现负能炼钢的能耗指标统计见表2。

表1 2010年1～5月份转炉煤气，蒸汽回收率

表2 2010年4～5月份炼钢工序能耗

由表1看以看出，通过对转炉煤气回收系统，蒸汽回收系统改造优化，炼钢工序消耗上加强管理等公关，吨钢转炉煤气，吨钢蒸汽回收率显著提高，终于在4月份实现了负能炼钢的初步目标，工序能耗目标为－1.657 kgce/t。五月份炼钢工序能耗相比四月份有所下降，且吨钢转炉煤气回收达到了102.13 m3，吨钢蒸汽回收达到了73.28 kg，工序能耗为－6.32 kgce/t，负能炼钢向前又迈出了一大步。

4 结语

节能是钢铁企业的生命线，实现持续的负能炼钢需做的工作还很多，下一步与炼钢沟通协调研究在保证吨钢回收率的基础上提高转炉煤气的热值的措施，炼钢如何优化操作提高转炉冶炼一倒命中率，降低氧耗，优化转炉溅渣护炉降低氮耗，如何进一步解决蒸汽的放散问题，如何进一步节约电耗和水耗，建立健全的能源管理制度，能源绩效考核制度，推进精细化管理和加强工艺和设备改进的的同时提高转炉煤气，蒸汽的回收率仍是负能炼钢的关键所在。

［1］ 蒲国庆.八钢120吨转炉负能炼钢实践.宝钢技术，2009(6):14－17.

［2］ 朱辉文，范才红.广钢转炉炼钢厂负能炼钢探索与实践.冶金丛刊.2009(2):39－42.

［3］ 周全开.三安实现转炉“负能炼钢”的现状与措施.四川冶金，2009，31(4):65 －67.

［4］ 杨家国.实现转炉负能炼钢的措施.能源研究与利用，2007(6):7－9.

MEASURES AND RESULTS OF FULL NEGATIVE ENERGY STEELMAKING IN NINGBO STEEL

Song Yongjie
(Ningbo Iron and Steel Co.，Ltd)

Negative energy steelmaking has achieved good progress in Ningbo Steel.A series of measures and experiences for reducing energy consumption ，improving recycle rate of converter gas and steam are investigated in the paper.

negative energy steelmaking gas recycle steam recycle converter energy consumption

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2011—9—21