稳定热轧环保烟气排放指标和提高燃料热值稳定性的实践_刘强.pdf

3-1改善前图 1热轧混合站示意图稳定热轧环保烟气排放指标和提高燃料热值稳定性的实践刘强，王玉兴（首钢京唐联合有限责任公司，河北唐山063000）摘要：结合首钢京唐联合有限责任公司生产实际情况，从增大转炉煤气回收、优化热轧混合站运行方式两个路径对热轧环保烟气排放指标和燃料热值稳定性进行研究。通过利用京唐厂区空间、转炉煤气、天然气等清洁能源结合热轧混合站过程控制，达到热轧烟气脱硫脱硝环保设备投运前稳定热轧环保烟气排放指标和提高燃料热值稳定性的要求，实现环保指标达标、高产达效的目的。关键词：烟气环保指标；过程控制；稳定；达效中图分类号：TF526文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0131-041煤气混合站的简介1）煤气混合和加压是钢铁企业副产煤气输配系统的关键环节之一，其过程控制直接关系到煤气供应品质，是决定加热炉是否稳定运行的重要影响因素之一。2）煤气混合站和加压站的配送方式有先混合后加压、先加压后混合、单独混合或者单独加压三种。3）煤气混合站的混合煤气的主要指标是混合煤气压力和混合煤气热值。目前首钢京唐联合有限责任公司（全文简称京唐）有供热轧的一期混合站（如图 1 所示）、供中厚板、钢轧的二期混合站、套筒窑混合站、合成转炉煤气站。2增加转炉煤气发生量及稳定 CO 浓度含量2.1增加转炉煤气发生量转炉煤气是转炉炼钢冶炼过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。回收的顶吹氧转炉炉气中 （CO）为 60%80%、（CO2）为 15%20%，以及氮、氢和微量氧。因转炉煤气中含硫成分很低，甚至可以忽略不计，炉气量计算公式为：V0=G（C1-C2）22.41260t1（CO）+（CO2）.（1）式中：V0为产生的炉气量，m3/h；G 为转炉铁水装入量，kg；C1、C2分别是铁水和钢水中的含碳量（质量分数），%；t 为吹氧时间，min；（CO）、（CO2）分别是炉气中 CO 和 CO2含量（体积分数），%。根据式（1）、图 2、图 3，京唐在适当减少废钢加入量，一期炼钢 CO 起始回收浓度（体积分数）由 15%下调至 5%，调整前炼钢转气回收 114 m3/t，热轧混合站转气混入量平均为 5.154 万 m3/h。调整后炼钢转气回收增加至 116m3/t，热轧转气混入量提高至 6.029 万m3/h。达到了增加转炉煤气发生量的目的。2.2稳定转炉煤气 CO 浓度含量2.2.1转炉冶炼过程中影响因素下页图 4 为转炉冶炼过程 CO 浓度变化特性曲线，煤气回收 CO 浓度变化可分为前、中、后期三个阶段。前期：（吹炼开始阶段），熔池中 Si、Mn 等发热元素收稿日期：2022-11-30第一作者简介：刘强（1984），男，北京人，本科，毕业于北京科技大学，助理工程师，从事钢铁企业能源平衡、环保管理、燃气运行等工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.050天然气焦炉煤气高炉煤气高炉煤气焦炉煤气高转炉煤高转炉煤热轧一、二步总混合煤气一步混合煤气二步混合煤气120100806040200114120100806040200116140876543单独值1311观测值UCL=7.085LCL=3.223X?=5.1545791315171921232-1改善前2-2改善后图 2改善前后转炉煤气回收量对比生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷图 3热轧转炉煤气混入量对比3-2改善后9876543单独值16观测值UCL=7.613LCL=4.445X?=6.0291621263136414611改善前改善后806040200煤气中 （CO）/%02468101214吹氧时间/min915 kg/t 铁耗940 kg/t 铁耗图 4转炉煤气回收 CO 变化特性曲线100806040200（CO）/%BAt2t1吹炼开始吹炼结束C12Dt4t3吹炼周期/minE优先与氧气发生反应，极少量 C 发生反应，因此冶炼初期 CO 缓慢上升，此时 CO 浓度较低；中期，随着 Si、Mn 的全部氧化，熔池温度上升，碳氧反应速率上升，煤气中 CO 浓度逐渐提高，中期是 CO 浓度达到最高水平的阶段；后期，随着熔池中 C 浓度的降低，碳氧反应减弱，后期 CO 浓度迅速下降。影响煤气热值的主要因素包括原料条件（包括铁水比、碳质发热剂比例、铁水 C 浓度）、供氧强度、降罩操作、起止回收点 4 个因素，下面主要对存在变化调整的因素即原料条件和输配过程展开分析。2.2.1.1铁水比铁水比即铁水量占铁水和废钢总量的比例，铁水比影响 CO 浓度的机理主要有三方面：第一，CO 产生的来源为废钢和铁水中的 C，铁水比越大，熔池中 C浓度越多，产生的 CO 量就越多，相反废钢量越大，产生 CO 总量就越低；第二，废钢比例越大，冶炼前期温度越低，碳氧反应滞后，产生 CO 速率变慢，冶炼前期CO 浓度低；第三，废钢比越大，对于过程操作喷溅控制难度越大，吹炼过程提枪频率增加减弱碳氧反应，造成吹炼过程 CO 浓度偏低。2.2.1.2铁水中碳浓度如表 1 所示，京唐铁水碳浓度基本稳定 4.25%左右。铁水 C 浓度波动不大，对比 8 月 5 日和 8 月 7 日CO 浓度变化较大的两天，铁水 C 基本一致，但是 5 日铁耗高于 7 日，因此煤气中 CO 浓度平均值高于 7日，两日均发生调铁情况，造成了 CO 浓度波动较大。对比炼钢 940 kg/t 铁耗和 915 kg/t 铁耗条件下转炉煤气回收过程中煤气分析仪 CO 监测值，如图 5所示。从图 4 中可以看出 940 kg/t 铁耗条件下在煤气回收初期 CO 上升速率要高于 915 kg/t 铁耗条件下的CO 上升速率。通过影响 CO 浓度因素及实际数据分析，认为铁水及废钢量的调整、铁水热量条件的波动是造成 CO浓度波动较大的主要原因。同时铁水比（铁耗）与是否“全三脱”工艺冶炼对煤气回收浓度的影响原理相同，“全三脱”工艺因入炉铁水（半钢）中没有 Si、Mn 元素，碳氧反应发生迅速，CO 浓度上升迅速，使用“全三脱”工艺易提高煤气热值，但是不利于煤气回收总量。故是否进行“全三脱”冶炼也是影响煤气 CO 浓度变化的原因。2.2.2煤气输送过程中影响因素目前公司三座高炉生产稳定、产量较高，炼钢冶炼节奏较快，一期炼钢日冶炼 110 炉左右，转炉煤气发生量大幅提升，转炉煤气柜吞吐量大幅提升，转炉煤气柜长期处于高柜位运行，近 1 个月一期 3 座转气柜平均柜位在 5.2 万 m3，二期转气柜平均柜位 4.6 万m3，长期高柜位运行会造成转炉煤气在炼钢高节奏生产情况下存在限收，根据目前的限收操作，每一炉都是满足回收条件开始回收，当柜容达到上限报警时进行限收，这就可能造成回收了吹炼前段低品质的煤气，而限收了中后段高品质的煤气，也会影响转炉煤气的CO 浓度。按照目前公司转炉煤气产用户分布及工艺影响，考虑整体转炉煤气平衡及降低限收影响，一期转炉煤气需要通过一二期连通管送至二期用户，热轧使用的转炉煤气为一二期混合后的煤气。有时也会因炼钢节奏变化出现煤气柜低柜位情况，此时就需要调整一二期转气平衡量，调整平衡量时由于一二期转气的差异表 1各个时间段转炉冶炼指标情况日期（CO）/%炼钢钢轧最小值最大值平均值铁耗/（kg t-1）废钢量/（kg t-1）铁耗/（kg t-1）5 月 14 日 42514691262.59406 月 11 日 41504590962.49536 月 30 日 38484390757.39207 月 13 日 40514590463.78607 月 30 日 405346929638888 月 5 日40514594052.99178 月 7 日39474391957.5884均值40504591760909废钢量/（kg t-1）3540384947384642备注铁水量调整铁水条件差铁水量调整铁水量调整铁水量调整铁水量调整铁水量调整图 5一期转炉不同铁耗下煤气 CO 浓度变化对比1322023 年第 5 期性也会引起 CO 浓度的变化。统计 6 月 1 日至 8 月 10日一期送出量为 1.7 万 m3/h，最大 4.9 万 m3/h。所以，在煤气调配输送过程中煤气中 CO 浓度会有一定的变化，但主要还是受转炉冶炼过程的影响较大，主要是铁水装入量和废钢量调整的影响，造成熔池中 C 浓度变化，随之产生的 CO 浓度变化，同时废钢比例越大，冶炼前期温度越低，碳氧反应滞后，产生CO 速率变慢，导致冶炼前期 CO 浓度低，而且吹炼过程中喷溅控制难度较大，提枪频率增加会减弱碳氧反应，导致吹炼过程 CO 浓度偏低。2.2.3采取的措施1）调度加强沟通，提前掌握转炉冶炼生产节奏，避免转炉煤气柜柜位过低，保证转炉煤气在气柜中充分混合。2）加强关注公司铁包装入量变化情况，根据炼钢变化预判 CO 浓度趋势。3）当柜位高会发生限收时，尽量回收冶炼中间段的优质煤气（吹氧 612 min），限收前段和后段的低品质煤气。4）要求炼钢部增加炉口微差压控制，精细降罩操作，定期清理炉口黏渣；同时优化煤气处理回收系统，提高煤气品质，降低对煤气鼓风机的影响。3优化热轧混合站运行方式如图 1 所示，热轧混合站一步投自动运行（占热轧煤气总用量的 70%），主要负责热轧煤气供应及热值稳定，混合站二步投手动运行增加转气送出量（占热轧煤气总用量的 30%），在环保指标发生变化时及时增加二步转气配比。运行方式调整后：如图 6 所示，热轧使用煤气热值 CPK 由 0.55 提升至 1.38，达到较好水平；如图 7 所示，改善前热轧加热炉平均排放指标为 28.11，改善后热轧加热炉平均排放指标为 17.97，指标收窄 36%；如图 8 所示，改善前因混合煤气中焦气占比较高（含焦油、萘等杂质），静态混合器内部堵塞严重，影响转炉煤气混入量，给生产稳定、检修带来一定困难。改善后混合煤气中焦气占比明显下降，转炉煤气占比升高，图 6热轧使用煤气热值 CPK 指标对比6-2热轧混合站热值改善后的过程能力报告6-1热轧混合站热值改善前的过程能力报告过程数据规格下限望目规格上限样本均值样本 N标准差（整体）标准差（组内）1 850*2 0501 934.832453.679 151.881规格下限规格上限整体组内整体能力PpPPLPPUPpkCpm0.620.530.720.53*潜在（组内）能力CpCPLCPUCpk0.640.550.740.551 8501 9001 9002 0002 050性能观测41 666.670.0041 666.67预期整体57 010.1415 957.8772 968.00预期组内51 008.4813 215.3464 223.82PPM 规格下限合计 PPM过程数据规格下限望目规格上限样本均值样本 N标准差（整体）标准差（组内）1 850*2 0501 915.712426.351 315.841 8规格下限规格上限整体组内整体能力PpPPLPPUPpkCpm1.260.831.700.83*潜在（组内）能力CpCPLCPUCpk2.101.382.831.381 8601 9201 9502 0102 040性能观测0.00预期整体6 323.560.17预期组内16.790.00PPM 规格下限合计 PPM1 8901 9800.000.006 323.7316.79图 7热轧加热炉平均排放指标对比图 8煤气静态混合器堵塞情况对比5040302010混入量/（万 m3 h-1）1316191121 151 181 211 241 271观测点UCL=35.44LCL=20.79X?=28.117-1改善前热轧环保排放指标的单值控制图5040302010混入量/（万 m3 h-1）1改善前121211361 421观测点UCL=21.46LCL=14.49X?=17.97181301481 54161改善后7-2热轧环保排放指标对比的单值控制图8-1改善前8-2改善后混合煤气热值/kcal混合煤气热值/kcal刘强，王玉兴：稳定热轧环保烟气排放指标和提高燃料热值稳定性的实践133山西冶金E-mail:第 46 卷Practice on Stabilizing of Flue Gas Emission Index and Impriving Fuel Calorific Value in HotRollingLiu Qiang,Wang Yuxing（Shougang Jingtang United Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063000）Abstract:Based on the actual production situation of Shougang Jingtang United Co.,Ltd.,research is conducted on the environmentalprotection flue gas emission indicators and fuel calorific value stability of hot rolling from two paths:increasing converter gas recovery andoptimizing the operation mode of hot rolling mixing stations.Through the use of plant space,converter gas,natural gas and other clean energycombined with the process control of hot rolling mixing station,the requirements of improving the stability of hot rolling environmental fluegas emission index and fuel calorific value before the hot rolling flue gas desulfurization and denitrification environmental protectionequipment is put into operation are met.It can be used as a reference for the industry to achieve the goal of reaching the environmentalprotection target and achieving high yield and efficiency.Key words:flue gas environmental protection index;process control;stable and effective静态混合器堵塞情况明显改善，提升了生产稳定，降低了检修频次和难度，节约了检修费用。4结语通过提高炼钢转炉煤气发生量及 CO 浓度稳定，既落实国家碳减排战略，及唐山市下发的 钢铁企业一氧化碳减排管控工作实施方案 又为热轧稳定生产奠定了基础。通过对热轧混合站的优化调整，满足了烟气脱硫脱硝投用前热轧的生产稳定及烟气排放指标稳定合格，达到了预期目标。（编辑：苗运平）有助于优选设计符合项目需求和实际工程应用的产品。4结论1）变频柜不光要满足设备成套的需求，在容纳各个电气元件的基础上，还要保证其强度稳固可靠。各个电气部件在变频柜内部进行成套后，需要实现的功能有：符合电气安全规范；便于设备的生产与现场检修；电气部件的安装样式要尽量统一；要划分各个安装部件的功能区块；设备外形尽量美观、规整。2）机柜的典型结构一般可以分为满焊式结构、型材式结构，其中型材结构可以分为 C 型梁、九折型材、十六折型材、二十四折型材等，增加型材的折弯数可以显著提高型材的强度。在同样 1 000 N 载荷的作用下，其产生的应力分别为 C 型材 620 MPa、九折型材252MPa、十六折型材 154MPa、二十四折型材 127MPa。在设计不同承重强度的机柜时，根据承担重量的不同，优选合适的型材，有助于设计出符合现场使用强度需求的机柜。3）常用的变频柜钢材质可分为冷轧钢板、304 不锈钢、316 不锈钢、槽钢等，冷轧钢板强度大、硬度大，在二次加工成机柜零部件时，可以在垂直于板材的方向进行方向性小于 90的折弯加工；304 不锈钢能够实现较好的防腐等级，但是强度不如冷轧钢板；316不锈钢耐腐蚀性、耐高温性大大提高，除了 304 不锈钢的应用场景之外，316 不锈钢可以广泛应用在海水中运行的设备、海洋盐雾环境及化工、染料、造纸、肥料等化工产品的生产作业中；槽钢与工字钢也是机柜设计、机柜结构搭建时的常用原材料，可以实现较大的强度。机柜设计时，需要根据机柜的特点，优选相应的型材和材质。参考文献1冯霄.某舰用电子设备焊接机柜的结构设计J.电子机械工程，2011（4）：16-202曾晓虹，向凯，宋瑞艳.焊接应力和焊接变形控制J.石油化工设备，2009，38（2）：59-63.（编辑：武倩倩）Analysis of Structure and Performance of Cabinet Shapes and Steel Materials for VariableFrequency Cabinet ProductsWang Shengcheng,Miao Jie（Engineering Technology Branch of CNOOC Energy Development Co.,Ltd.,Tianjin 300452）Abstract:Offshore platforms generally use electric submersible pumps for oil extraction,and the driving method of the electric submersiblepumps is usually a frequency conversion cabinet.The frequency conversion cabinet not only needs to meet the requirements of the completeset of equipment,but also needs to accommodate various electrical components and have stable and reliable strength.The typical structure ofthe cabinet can generally be divided into full welded structure and profile structure,among which the profile structure can be divided intoC-shaped beam,9-fold profile,16-fold profile,24-fold profile,etc.When designing the cabinet,it is necessary to select the correspondingprofiles and materials based on the characteristics of the cabinet.In view of this,the focus is on exploring the strength and characteristics ofcabinet profiles for various frequency conversion cabinet products,and analyzing commonly used profile materials.Key words:frequency conversion cabinet;profile;steel material（上接第 83 页）134