安钢转炉饱和蒸汽利用的改造与应用

杨四龙

（安阳钢铁股份有限责任公司）

0 前言

安钢第二炼轧作业部（以下简称“二连轧”）现有3 台150 t 炼钢转炉，其汽化冷却系统产生大量低压饱和蒸汽。饱和蒸汽主要有两部分用途，一部分饱和蒸汽通过燃气式过热装置加热后供VD炉或RH 炉抽真空，供汽不足时由动力作业部鼓风机站提供的中温中压蒸汽补充；另一部分饱和蒸汽用于生活供汽。由于饱和蒸汽用户较少，当生产节奏调整时，会出现饱和蒸汽供大于求的情况，不得不进行放散处理。

安钢焦化区域蒸汽需求量大（100 t/h）、压力低（0.3 MPa），气源为新老两个减温减压站，两站由公司两台240 t/h 高温高压锅炉、140 t 干熄焦余热锅炉、190 t 干熄焦余热锅炉供应蒸汽，以上锅炉蒸汽压力均在9 MPa 以上，考虑用户需求和管网安全不得不降压至0.3 MPa 使用，高品质蒸汽的大幅度降级使用，造成极大的能源浪费。

笔者结合安钢现有蒸汽管网系统，通过对转炉饱和蒸汽富余量和焦化区域蒸汽需求量进行平衡计算，利旧部分蒸汽管网，打通输汽节点，延长饱和蒸汽供气线路，实现了饱和蒸汽全收全用，减少了高压蒸汽降级使用，避免了能源浪费，从而提高了能源利用率。

1 转炉饱和蒸汽回收、输送、利用存在的问题

二连轧3 座转炉配套设置3 台余热锅炉，在转炉冶炼过程中锅炉产生饱和蒸汽，外供蒸汽参数为：压力1.2～1.8 MPa、温度180～195 ℃。转炉炼钢并不连续，一个冶炼周期为30 min，在炼钢期间和炼钢间隙，余热锅炉蒸产量波动大（10～30 t/h）。3 座转炉生产模式下，生产节奏并不同一，累计蒸汽产量波动可达40～80 t/h。

为了收集、储存饱和蒸汽，二炼轧设置有3 台蒸发蓄热器，大部分饱和蒸汽经过加热后供VD 炉或RH 炉抽真空使用，小部分（＜3 t/h）用于生活供汽。由于二炼轧炼钢冶炼节奏加快，锅炉蒸汽发生量增加，蓄热器蓄热能力有限，无法全部回收饱和蒸汽，不得不将部分蒸汽放散，放散量约10 t/h。2022 年，二连轧VD 炉水环真空泵投入使用，饱和蒸汽抽真空系统停止使用，新增20～30 t/h 的转炉饱和蒸汽放散，因此二炼轧转炉饱和蒸汽利用改造显得尤为紧迫和必要。

2 改造方案对比

余热蒸汽利用的总原则是，根据余热资源的参数和用户需求，尽量做到能级匹配，在负荷技术经济的条件下，选择适宜的系统和设备，使余热蒸汽发挥最大的效益。对于转炉低压饱和蒸汽的利用有以下几个方案。

2.1 送至环冷锅炉加压后供余热发电

从二炼轧蓄能器出来的余热蒸汽主管（DN300）沿着现有的蒸汽管网支架送至360/400 环冷余热发电主厂房外变径成两根DN250 的支管分别与360/400 烧结余热锅炉低压蒸汽主管（DN250）相连。蓄能器至胜利大道1#分汽箱路口处，蒸汽管道可以利旧现有的一根闲置的余热蒸汽管道。

动力作业部360/400 环冷余热发电机组为补汽式凝汽式汽轮机。设计参数为：额定功率26.55 MW，主汽压力1.56～2.16 MPa，主汽温度320～390 ℃，气源为过热蒸汽。二炼轧饱和蒸汽需要进入锅炉升温升压后再供汽轮机使用 。

由于汽轮机对蒸汽品质要求较高，环冷发电机组采用除盐水作为循环介质，转炉余热锅炉采用反渗透水，二者水质并不匹配，转炉余热蒸汽的混入可能造成环冷锅炉和汽轮机的腐蚀，实施可行性不大。

2.2 利用溴化锂机组制冷

将转炉饱和蒸汽用于溴化锂制冷机组制冷，该技术成熟可靠、应用广泛，主要优势在于溴化锂制冷机组对蒸汽的压力要求较低；缺点是设备投资大、溴化锂价格较高、建设投资大。考虑二炼轧及附近作业区生产工序暂无低温制冷需求，同时结合安钢厂区场地布置，分析认为改造意义不大。

2.3 饱和蒸汽替代部分管网蒸汽

通过调研，焦化作业区蒸汽使用量大，品质要求不高，改用饱和蒸汽可以满足生产需求。二炼轧和焦化作业区之间距离约1 400 m，沿管廊输汽可利旧原蒸汽管道，且沿线有1#和5#分汽包可以作为缓冲，具备饱和蒸汽替代改造的可行性。该方案经过充分的论证和研究，最终作为二炼轧饱和蒸汽回收利用改造方案。

3 具体方案

安钢厂区蒸汽管网为环网连接状态，通过6 台分布于公司各个区域的分汽箱实现蒸汽调配，管网内为过热蒸汽，压力0.3～0.5 MPa，温度大于250 ℃。其中，二炼轧转炉和蓄热器位于1#、2#分汽包联络管线路上，5#分汽包位于气柜区域，距离焦化区域最近，结合管网现状进行改造。

具体方案：

（1）利用现有管道将饱和蒸汽引至1#～2#分汽包联络管中，同时把2#分汽包中1#和2#分汽包联络门关闭，使饱和蒸汽进入1#分汽包，沿途考虑管道疏水，蓄热器出口处增加脱水器；

（2）利用现有1#～5#分汽包联络管将蒸汽送至5#分汽包附近，增加脱水器，并和5#分汽包供北线管道连接，送至焦化老减温减压器处，同时将5#分汽包上的1#～5#连接管供北线手动阀关闭，使之成为饱和蒸汽专管；

（3）在焦化区老减温减压器后增加脱水器，焦化区按照饱和蒸汽使用进行系统优化调整；

（4）对沿途管道疏水进行优化改造，保证管道积水及时彻底排出，对管道系统进行重新保温，满足最新规范要求，减少热量损失；

（5）考虑另一热用户蒸汽使用需求，从5#分汽包连接设置一路备用汽源。

改造完成后，实现了转炉饱和蒸汽替代管网蒸汽为焦化区域供汽，改造如图1 所示。

4 风险分析及应对措施

4.1 蒸汽发生量和存储能力不匹配

二炼轧转炉饱和蒸汽产汽量不稳定，当3 座转炉同时炼钢时，现有的3 座蓄热器负荷不能满足蒸汽的回收要求，存在多余蒸汽放散情况，造成能源浪费。

优化措施：根据炼钢周期，调整蓄热器水位，释放蓄热器最大蓄热能力；转炉饱和蒸汽管网投运后，新增并联一台蓄热器，提高回收蒸汽量回收能力，对调节稳定蒸汽管网系统压力也具有一定的意义。

4.2 管网蒸汽泄漏

转炉饱和蒸汽压力波动频繁，对管网冲击较大，利旧蒸汽管道投运已接近15 年，易造成系统泄漏。

控制措施：对利旧管道全面检查，薄弱环节进行加固处理，后期考虑重新铺设转炉饱和蒸汽直供焦化区使用的蒸汽专管（约1 400 m）。

4.3 蒸汽输送过程热量损失

原管网蒸汽管道保温为超细玻璃棉（δ=80 mm）外加镀锌铁皮保温，管道散热量大。由于饱和蒸汽放热极易凝结，且气化潜热巨大，在输送过程中蒸汽凝结会造成能源和介质损失，大量凝结水可能会造成管道堵塞。

控制措施：将利旧和新建管道保温材料改为硅酸钙瓦块120mm 厚（δ=60 mm×2 层），外层使用镀锌铁皮保护，对于管网低点设置排水装置，定期排水，保证供汽畅通。

5 经济效益

（1）2022 年改造完成，焦化区域的蒸汽供应以转炉饱和蒸汽为主，部分高品质过热蒸汽作补充，置换出的高压蒸汽进行发电创效。转炉按照日生产120 炉工况计算，每小时可外供30 t/h 饱和蒸汽，饱和蒸汽在传输过程中因沿途疏水、脱水等造成的损耗较大，以损耗率40%计算，可置换18 t/h高压蒸汽，按照4.0 kg/kW 的蒸汽发电效率计算，每小时可以多发电4 500 kWh，转炉运行时间每年按7 000 h 计算，则每年多发电31 500 000 kWh。如果按电购价0.58 元/kWh 计算，则每年发电机组多创经济效益1 827 万元。

（2）减少软水浪费，改造完成后，饱和蒸汽不再放散，蒸汽利用可以回收凝结水，按70%的回收率，每小时可回收21 t 软水，按照6 元/t，年运行7 000 h 计算，每年可节省费用88 万元。

6 结论

经过调试和运行验证，转炉饱和蒸汽并入综合管网，配合管网中段过热蒸汽补充，实现了远距离输送和使用，从而解决了转炉饱和蒸汽放散和过热蒸汽降级使用的问题，合理调配全厂蒸汽，减少不合理使用造成的㶲损失以及热能品质的贬值，使全厂蒸汽系统高效经济运行。在冶金企业能源结构持续优化总体形势下，合理地利用低压饱和蒸汽，减少生产过程中的消耗、降低碳排放量，不仅能给企业带来降本和减排的双重效益，而且符合国家节能减排、低碳发展的政策。