两座威金斯型气柜运行方式的探讨

陈红伟 王志峰 李卫东 宫 旺 李金亮 赖国辉

(安阳钢铁股份有限公司)

两座威金斯型气柜运行方式的探讨

陈红伟 王志峰 李卫东 宫 旺 李金亮 赖国辉

(安阳钢铁股份有限公司)

通过对现有10万m3威金斯型气柜的适配转炉吨位、煤气净化、风机外供能力的分析，探讨新建气柜后两柜的运行方式，以实现煤气的全收全供。

全收全供 运行方式 错峰发电

0 前言

转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，转炉煤气的回收利用，可降低企业生产成本，有效提高企业二次能源利用水平，为实现负能耗炼钢打下基础。应用威金斯型气柜回收转炉煤气是钢铁企业常用的一种设备，安钢10万m3威金斯型气柜(以下简称10万柜)自2007年11月开始回收二炼轧厂3×150 t转炉煤气以来，气柜运行平稳，吨钢回收率稳定在100 m3/t左右。2017年3月，随着65 MW发电机组的投运，日均转炉煤气的回收使用量稳定在160万 m3～180万 m3；自2017年3月中旬安钢二炼钢厂3×35 t转炉回收的转炉煤气也并入10万柜以来，回收与外供量迅速增大，安钢10万柜呈现出超负荷的运行状态。考虑到气柜离线检查或检修期间势必存在转炉煤气放散的情况，造成极大能源浪费。新建一座威金斯型气柜迫在眉睫，可有效提高转炉煤气的回收量、减少放散，提高能源利用率，就此对两座威金斯型气柜的运行方式进行探讨。

1 概况

1.1 工艺概况

安钢10万柜转炉煤气回收及外供系统包括二炼轧厂(3×150 t)及二炼钢厂(3×35 t)共6座转炉、一次风机、10万m3威金斯型气柜、电除尘器、二次风机、65MW发电机组及相关设备，转炉煤气的回收工艺如图1所示[1]。

图1 安钢10万柜转炉煤气的回收工艺

1.2 设备概况

安钢10万柜为两级运行，一级运行为活塞接触T型挡板前(0～38 000 m3)，运行压力为2 320 Pa；二级运行为活塞与T型挡板接触后同时上升(38 000 m3～100 000 m3)，运行压力为2 810 Pa。2008年6月通过设备改进，在气柜T型挡板走台上部设置有172块100 mm×100 mm×450 mm的钢坯配重块，用于气柜二级运行时活塞倾斜度的调整[2]。气柜主要参数见表1。

安钢10万柜区现有3台SDB28-14型湿式卧式板式箱型电除尘器，单台处理量为40 000 m3/h；5台D700-13型离心风机，单台外送量为42 000 m3/h。

2 问题及分析

安钢10万柜回收的转炉煤气原供给1#煤气混合加压站使用，随着二炼钢厂回收的转炉煤气并入气柜及65 MW发电机组的投运，转炉煤气的回收与外供量迅速增大，65 MW发电机组转炉煤气用量最大可达8万m3/h，转炉煤气的快速回收与外供，使气柜处于超负荷运行的状态，对气柜的调平系统的稳定运行影响较大。

2.1 适配吨位

安钢10万柜设计的适配转炉吨位(G)为：

(1)

(2)

式中：G——气柜适配转炉吨位，t； V——气柜容积，m3；

1.65——转炉煤气在67 ℃和2.5 KPa的相对压力时的饱和湿煤气的体积校正系数，m3/ m3；

120——转炉煤气的产率，m3/ t；

P——转炉吹炼周期，min(采用36 min)；

m——吹炼周期内的回收时间，min(采用10 min)。

由上式计算可知，当吨钢回收率为120 m3时，气柜适配吨位为490 T；吨钢回收率为130 m3时，气柜适配吨位为452 T；当吨钢回收率为140 m3时，气柜适配吨位为419 T。仅以二炼轧厂的3×150 t转炉为例，安钢10 万柜在回收转炉煤气的吨钢回收率超过130 m3时，已达到设计上限要求；目前回收的转炉吨位远高于设计适配吨位要求，活塞的高频率上下运行，使钢丝绳受到较大交变应力，同时对调平导轮的稳定性也有较大冲击，反映出气柜已处于超负荷运行状态。

2.2 煤气外送量现状

安钢10万柜的转炉煤气目前主要供给65 MW发电机组和1#煤气混合加压站， 2017年某时段的煤气外送量见表2。单台风机的外送量为42 000 m3/h，单套电除尘器的处理量为40 000 m3/h；生产中同时运行2台风机和2套电除尘器，小时处理量为80 000 m3/h，可知电除尘器的处理能力及风机的外送能力能够满足生产需要。

表2 2017年某时段的转炉煤气外送量

2.3 离线检查及检修

在2016年12月，安钢10万柜经历了40余天的气柜检修，期间转炉煤气无法实现回收；在气柜运行中，正常生产期间需定期进入气柜内部的活塞及T型挡板上部，对活塞、橡胶膜、T挡板等相关设备进行检查正常与否，检查时气柜需要停止回收与外供保持气柜活塞稳定，此时段内转炉煤气也无法回收；同时在气柜的调平系统需要更换诸如导轮、钢丝绳等部件时，转炉煤气也无法回收。以上几种情况下，势必造成转煤放散。

2.4 错峰发电

企业用电因时段的不同，电价有着较大的差别，(见表3)。由于安钢10万柜已呈现超负荷运行状态，回收量大，柜容小，为维持气柜正常柜容及下一步回收作业，回收的转炉煤气进入气柜后短时间内就送往65 MW发电机组，无法实现威金斯型气柜对转炉煤气的暂时储存功能，发电机组的效益只能即时计算。当新建一座气柜后，气柜柜容增加，可充分发挥气柜的谷吸峰吐功能，电价低谷期间提高柜容暂时存储煤气，电价峰段期间增加外供量，降低柜容，提高发电量，在此运行方式下，等量的转炉煤气即能产生更好的经济效益。

表3 每日各时段的电价

鉴于以上原因，新建一座威金斯型气柜不但可以缓解安钢10万柜运行超负荷状态，在气柜离线检查或检修时做为备用，增加转炉煤气的回收量，同时又可以利用错峰发电实现企业效益的最大化；因此需要对两座威金斯型气柜的运行方式进行设计。

3 解决措施

3.1 运行方式

新建气柜采取就近原则，可实现两座气柜共用原有的二次风机、电除尘净化及控制系统，同时也便于两座气柜的运行管理，若新建气柜选型为安钢8万m3威金斯型气柜(以下简称8万柜)，由公式(1)、(2)计算可得，两座气柜的适配转炉吨位为756 T，可满足现有的6座转炉的煤气回收需要。

两座气柜的运行方式有单柜运行、并联运行和串联运行三种方式，两座气柜的工艺布置如图2所示。

不同的运行方式应用于不同的生产现状，在单柜运行、并联运行和串联运行时的管网中各阀门的状态，见表4。

图2 两座气柜的回收工艺管网示意图

表4 气柜运行方式及各阀门的状态

注：★表示此阀门为程序控制。

3.2 单柜运行

单柜运行指在其中的一座气柜离线检查或检修时，单独运行另一座气柜。

3.3 并联运行

并联运行指两柜同时回收、外供转炉煤气；如表1所示，安钢8万柜的一级和二级运行压力小于安钢10万柜，并联运行时，安钢8万柜先进气活塞上升超过临界柜容31 000 m3后进入二级运行，随之安钢10万柜活塞开始上升，在安钢8万柜容积到达上限72 000 m3时关闭阀8，安钢10万柜仍然进气作业进入二级运行，在安钢10万柜容到达90 000 m3时，关闭阀1；期间安钢8万柜容小于50 000 m3时开启阀8，安钢8万柜开始进气作业；如此循环可实现同时进气、外供作业。

3.4 串联运行

串联运行必有一个气柜活塞先后动作的问题，如表1所示，安钢8万柜的一级和二级运行压力小于安钢10万柜，则安钢8万柜的活塞在上升过程中动作在先，两柜串联运行时活塞交替上升，如图3所示；在活塞下降过程中活塞运行的方向与上升过程相反。

采用并联或串联运行方式，因气柜有了较大的容纳余量，可发挥出威金斯型气柜对转炉煤气的暂时储存基本功能，实现气柜的谷吸峰吐调节能力。在每日的电价低谷期间，气柜暂时储存转炉煤气，保持气柜满柜容状态，进入电价峰值期间外供煤气实现发电，如此作业等量的转炉煤气即能产生更好的经济效益。例如在每日的2个峰段开始时间点前，提高柜容，保持满柜容进入电价峰值期间开始发电，每次暂时储存转炉煤气5万m3，每日则有10万m3煤气的高效发电应用，可在2个峰段发电6万kWh，节约外购电费=3×(0.9-0.59)+3×(0.9-0.32)=2.67万元。错峰发电年节约外购电费975万元，效益非常可观。

图3 串联运行时活塞动作次序与压力

4 结语

通过新建一座气柜，气柜适配转炉吨位得到大幅提高，可实现转炉煤气的全收，对气柜的单柜运行、并联运行和串联运行进行优化设计，可达到煤气的全供。转炉煤气的全收全供，兼顾错峰发电措施的应用，能实现转炉煤气效益的最大化，为企业的提质增效、环境保护提供保证。

1)根据具体的生产安排，实现单柜、并联和串联运行的任意切换；

2)新建气柜的就近原则，可实现两座气柜共用原有的一套电除尘净化、二次风机和控制系统，降低了设备投入；

3)气柜有了较多的离线检查和检修时间，便于设备维护；

4)可实现转炉煤气的全收全供；

5)并联或串联运行，气柜压力波动小，降低了气柜调平钢丝绳的交变应力；

6)在并联或串联运行中，发挥气柜的暂时储存功能，电价低谷期间储存的煤气在电价峰值期间发电利用，提质增效，错峰发电年节约外购电费975万元。

[1] 王志峰,张志忠,李献宏,等.高炉、焦炉混合煤气逆向引转炉煤气在安钢的应用[J].河南冶金,2008,16(5):26-28.

[2] 王志峰,张智勇,张志忠,等.威金斯气柜活塞倾斜度运行分析及改进[J]. 河南冶金,2012,20(1):30-31.

INVESTIGATION ON THE TWO DWIGGINS TYPE GAS TANK OPERATION MODE

Chen Hongwei Wang Zhifeng Li Weidong Gong Wang Li Jinliang Lai Guohui

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

Through the analysis of adaptation of converter gas purification, tonnage, fan for the ability of the existing 100 thousand m3Wiggins type gas tank, and discuss the way of operation of two new cabinet cabinet, in order to achieve the income for gas.

all inclusive operation mode peak power

志峰，工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司动力厂燃气二车间；

2017—4—10