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  • 商品名稱: 蒸汽系統節能優化

熱電廠直供蒸汽在鋼水真空處理系統上的應用


魏子杰1  白潔 張宏星 袁艷杰
(中信重工技術研究中心,洛陽 471039)

摘要:本文闡述了通過減溫減壓裝置,引進電廠直供蒸汽應用于鋼水真空處理系統,解決了企業發展與節能減排指標、環境保護間的矛盾。
關鍵詞: 減溫減壓  蒸汽  真空處理 

  1. 問題的提出

為滿足日益增長的產能的需要,2007年,中信重工新建80t電弧爐一臺、150t LF/VD(VCD)在線精煉爐兩套,200t~600t鋼錠真空澆注罐六座,與之配套必須新建400kg/h、500kg/h蒸汽噴射真空泵兩臺。加上為原有煉鋼設備配套的250kg/h、300kg/h兩臺蒸汽噴射真空泵,共需過熱蒸汽最大流量40t/h。
公司鍋爐房原有兩臺10t燃煤鍋爐,所產蒸汽僅夠供給原有250kg/h、300kg/h蒸汽噴射泵使用。隨著400kg/h、500kg/h蒸汽噴射泵的建設,蒸汽需求增加,受節能減排指標和環境保護政策因素的影響,新建蒸汽設備受到制約。
二、鋼水真空處理用汽點對蒸汽品質及流量的要求
1、蒸汽使用點(四臺真空噴射泵專設汽包)蒸汽品質要求:
(1)蒸汽壓力:0.87MPa±0.02Mpa;
(2)蒸汽溫度:該壓力下過熱度(20~30℃)±2℃;
(3)蒸汽使用時間為隨機使用,四臺泵為隨機組合啟動、最多同時使用的泵數為三臺;
(4)相鄰兩次蒸汽的使用為不連續,其使用間隔時間為0.5~72h;
(5)蒸汽流量根據真空泵的啟動順序為跳躍式遞增,處理結束時由最大使用流量12t/h左右急劇降至3~4t/h或“0”;
2、蒸汽流量設計:
(1)各真空泵使用蒸汽流量見:(表一)


真空泵

最小流量(t/h)

最大流量(t/h)

250kg/h

 9

12

300kg/h

3

10.5

400kg/h

2.5

9

500kg/h

2.65

11

表一:各真空泵使用蒸汽流量
(2)流量設計:
最大流量:按任意三臺泵同時工作計算,按35~40t/h設計;
最小流量:按400kg/h真空泵單獨工作最小流量計算,按2.5t/h設計;
四、蒸汽供給解決方案
為保證項目的進行,經多方探討、論證,共提出了以下五套解決方案。見:(表二)


蒸汽解決方案

優點

缺點

1

20t 燃煤鍋爐

投資、運行成本較低

受節能減排指標和環境保護限制

2

80t電弧爐余熱鍋爐

余熱利用

蒸汽產量受限、余熱鍋爐投資大

3

20t燃氣鍋爐

投資低、適應性強,機動性好

蒸汽生產成本較高

4

電廠直供蒸汽

汽源供給可靠、蒸汽成本較燃煤鍋爐低15%。

管線長,需解決管線溫降、疏水、水錘等問題

5

混燃式蒸汽生成系統

結精簡單,投資節省,熱效率高達98 %

蒸汽成本高,產生蒸汽中含6.9%水不溶性氣體CO2 。

   表二  蒸汽供給解決方案
綜合上述分析可以看出,方案4:利用電廠蒸汽直供是最佳解決方案。
本地熱電廠有兩臺165MW抽氣式熱電聯產機組,設計抽氣量為1. 47Mpa、274 ℃、蒸
汽流量335×2=670t/h,單機最大抽汽量最可達400t/h。此蒸汽用于城市供熱,在城市供暖淡季,為保證兩臺165MW正常發電,采用一套 75NW汽輪發電機組作為調節蒸汽負荷使用。電廠蒸汽完全能夠滿足我公司40t/h的需求,蒸汽經管道輸送到減溫減壓站,再經減溫減壓裝置調整溫度和壓力,供給蒸汽噴射泵,使用電廠直供蒸汽的成本可比燃煤鍋爐低15%。
五、電廠直供蒸汽流程:
蒸汽由電廠出口至公司入口,蒸汽管道長度1200米(地埋),管徑D630×9。由公司入口至鋼水真空處理減溫減壓裝置處,蒸汽管道長度1100米(架空),管徑D426×9。蒸汽經減溫減壓后,由兩條支管分送至250kg/h、300kg/h真空泵和400kg/h 、500kg/h真空泵的四個用汽點,每條支管長約150~200m。據此,蒸汽進入管道達到使用點,根據使用的不同流量、用汽的時間間隔及各使用點蒸汽使用參數,需采取減溫、減壓或減壓處理以確保蒸汽使用點的蒸汽規定要求。
六、減溫減壓站的設計:
因該減溫減壓裝置對蒸汽品質要求高,且控制系統難度大,我公司通過對國內外方案的充分論證,最終選定性價比占綜合優勢的杭州美亞發電設備有限公司減溫減壓設備。
鋼水在真空處理過程中對蒸汽的品質要求很高,為保證汽源的穩定可靠,減溫減壓裝置的設計采用了一工一備并聯設計,當一路減溫減壓裝置發生故障時,設備能報警并自動迅速切換啟動另一臺備用減溫減壓裝置,保證系統的安全、穩定、可靠。
該工況對減溫減壓裝置及控制系統的提出了很高的要求。主要有以下幾個難點:1、裝置整體調節范圍大。一般減溫減壓裝置的流量調節范圍為1:10,而本裝置要求的范圍是2.5~40t/h,加上來自熱網的一次蒸汽在用汽高峰和低谷時段壓力、溫度參數也會波動,實際的調節范圍在1:20左右;2、負荷的階梯跳躍式變化。由于負載(真空泵)的特殊性,實際的蒸汽流量會產生最大10t/h的突變(三臺泵用汽量同時變化),變化時間僅為2~3S,閥門以及控制系統必須適應該工況,快速跟蹤穩定裝置出口壓力、溫度;3、泄漏量等級要求高。真空泵是間歇運行的,在所有泵停止用汽的瞬間,蒸汽流量已經接近于“0”,但關斷閥完全關閉需要1分鐘左右的時間,這段時間內必須由調節閥來緩沖,這要求泄漏量非常小;4、裝置在實際使用過程中必須是連續運行的,因為一旦由于故障造成蒸汽失控將導致真空泵無法正常運行以致于冶煉失敗將造成數十萬甚至百萬元的原料以及設備損失。所以工作狀態的裝置突然故障時,備用裝置必須馬上切換啟用,而且切換過程必須保證參數平穩,不影響用汽端的正常運行;5、全自動投運,系統要實現無人值守。
控制系統由直行程電動執行機構和PLC控制,并可實現遠程(真空控制室)和就地(減溫減壓站)操作,減溫減壓裝置出口壓力、溫度能自動連續調節。
設備主要參數:
進口蒸汽最大流量:Q=40t/h
進口蒸汽壓力:~1.4MPa  
進口蒸汽溫度:~270℃
出口蒸汽流量:Q= 2.5 ~40t/h 
出口蒸汽壓力:0.87 MPa
出口蒸汽溫度:該壓力下飽和溫度+過熱度(20~30)℃
出口壓力誤差:±0.02MPa
出口蒸汽溫度誤差:±2℃
為實現上述要求,我們與杭州美亞發電設備有限公司的研發人員經過多次交流、論證,分析了國內外先進案例,并做了大膽的創新設計最終確定該裝置采用如下配置:1、減壓閥采用Y948Y型直行程多級套筒調節閥。閥門設計成等百分比特性,具有寬范圍的良好的調節性能、很小的泄漏量和低噪音。2、減溫系統采用文丘里式,無可動部件,減溫霧化效果好,維護方便。給水閥采用TZAZP型單座調節閥。多種Kv值可選,調節范圍寬,一體式閥芯閥桿設計運行高效穩定,具有媲美截止閥的低泄漏量。3、減溫和減壓調節閥均配套智能變頻電動執行機構,運用先進的矢量變頻技術,除了具備完善的電氣保護外,還具有精準的力矩保護和無級變速控制,對閥門精心呵護的同時以3.5mm/s的高速和0.5%的高精度運轉,保證負荷突變時的快速響應和精確定位;4、水泵供水采用回水自動穩壓系統使減溫水始終保持合適的壓力,同時消除水泵憋壓的故障隱患;5、裝置進出口使用電動門用于正常停汽以及緊急關斷;6、設置電動快速疏水旁路,保證設備長時間不用后再次迅速自動投運;7、控制系統采用西門子S7-200高性能PLC,內部設計故障診斷報警、模糊控制、自動切換、信號調理等軟件模塊。除了就地觸摸屏監控外,再以高速的PROFIBUS總線(1.2Mbps波特率)連接真空控制室內的TP270觸摸屏實現遠程操作。8、控制柜主電源通過雙電源開關實現雙路供電,并且控制回路采用UPS供電,具備抗擊瞬間停電、電網浪涌的能力,滿足連續運行要求。
在實際運行過程中,裝置能夠快速適應負荷突變。在檢測到減壓和減溫故障時能快速響應,及時切換,切換時仍能保證正常用汽。上述設計得以充分發揮其效用,使系統實現了預期的控制功能,完全達到連續精確穩定運行的嚴苛要求。
七、應用效果:
項目2008年完成投產至今已5年,蒸汽管網及減溫減壓裝置運行可靠,蒸汽供給穩定,滿足了擴產后鋼水真空脫氣的需求。
自4臺真空噴射泵使用電廠直供蒸汽后,停用了原有2臺10t燃煤鍋爐,公司降低了節能減排指標。同時,電廠直供蒸汽價格較燃煤鍋爐蒸汽每噸低15元,按我公司現有真空脫氣鋼水產量計算,每年可節約上百萬元,一年即可收回減溫減壓裝置的投資。

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