节能环保无缝钢管设计的探讨范文

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1绿色节能环保工厂设计理念与实施

1.1设计理念

无缝钢管生产企业节能减排主要依靠生产工艺的持续改进和各种节能设施的利用。一方面是充分挖掘内部潜力，降低各生产工序的能源单耗；另一方面在生产过程中充分利用、回收各生产环节散失的各种能量。（1）节能减排和集成优化。按照新一代示范钢铁厂“新功能、新技术、新流程”的要求，在设计理念、工艺技术、能源回收利用等方面进行了系统创新和集成优化，树立系统节能观点，对整个生产系统深入分析，提出了工程整体节能的措施，在无缝钢管厂实现了“先进的产品制造工艺、高效能源转换、消纳废弃物”3大功能目标的工程化创新。（2）能源及资源的循环利用。按照高效率、低成本、节能减排、清洁化生产以及循环经济和自主创新、企业与社会和谐发展等理念，在本项目的规划设计中，充分考虑工艺流程选择、上下工序衔接、能源的分配及利用等诸多因素，实现了在生产过程中能源循环利用、减少排放的总目标［3］。（3）“三废”（废气、废水、废渣）循环利用。对包钢Φ159mm无缝钢管机组生产过程产生的废物，采用“减量化、再利用、资源化、无害化”［4］的设计思路，坚持技术创新，发展循环经济，建立起科学的工业“三废”综合利用链。

1.2工艺设备主要节能技术及措施

包钢Φ159mm无缝钢管机组采用了新型的工艺设备，减少了单位产品的能源消耗，降低了“三废”的排放量及运营成本。（1）热轧生产线工艺设备采用了引进的高效新型锥形辊穿孔机、技术先进的6机架三辊限动芯棒连轧管机、24机架张力减径机、QAS质量保证系统，优化全部国产辅助设备结构，采用了“轻拿轻放”、快速运输、快速拨料、平稳放料等装置。这些先进设备在满足生产高节奏的同时，也保证了产品质量和成材率。（2）采用高效新型锥形辊穿孔机，不仅缩短了穿孔周期，而且与高效连轧管机配合，充分保证了高效稳定生产；自主集成设计的顶头与顶杆离线循环更换技术，使顶头、顶杆充分冷却，延长了使用寿命，降低了顶头、顶杆工具消耗。（3）采用6机架三辊限动芯棒连轧管机，在实现大压下的同时变形均匀，可轧制较高钢级的钢管，减少了轧制能耗；3个轧辊能够同时或单独进行调整，可以增大同规格芯棒的可轧钢管壁厚范围，减少了芯棒的规格数量（减少约1/3）及更换频率，既节约了芯棒消耗，也提高了生产效率［5］；轧辊侧向更换，减少了换辊时间；采用离线穿棒和在线穿棒两种工艺以提高轧制节奏，增加了有效作业时间。（4）热轧采用在线余热常化热处理技术，可实现在线补温和在线常化热处理。与线外热处理相比，不仅节约能源，而且节省了热处理设备与工程投资。（5）冷床采用全电动升降平移步进式结构，解决了传统冷床液压平移机构造成床体运行不平稳的问题，对冷床设备基础进行了设计优化，节约了30%的混凝土用量，缩短了建设工期［6］。（6）流程紧凑，生产高效，降低能耗。热轧及预精整生产线和精整热处理生产线布置在同一车间，整条工艺线在主厂房跨距固定的前提下统筹考虑流程设计、物流运输、生产组织、工艺布局合理分区等问题，工序紧密衔接，公辅设施配置紧凑，物流运输工序简化，减少了轧件运输环节，既减少轧件温降，降低了能耗，又缩短了运输时间，提高了节奏；生产组织上仓库存放、倒运交叉少，共用中间库，节省了用地面积，节约了工程投资。

1.3加热炉主要节能减排技术及措施

加热炉烟气余热在设计中得到了较为充分的合理利用，回收烟气余热进行蒸汽生产、芯棒预热等，节约了能源，降低了污染物的排放总量，取得了良好的经济效益和社会效益。（1）选用技术先进的中径38m环形加热炉及步进式再加热炉，可满足最大155根/h（170t/h）的高生产节奏，在保证高产能要求的同时，也保证了加热均匀性，使得成材率高，金属损失小。（2）助燃空气预热装置可回收烟气热量并预热助燃空气，高效回收热能，实现环形加热炉和再加热炉的烟气余热再利用。经上述利用后的废气再进行气水热交换，供车间采暖，减少烟气有害物质排出并有效利用余热。（3）芯棒预热炉利用环形加热炉的烟气余热作为加热介质，节约了能源。（4）加热炉冷却水系统均由过滤、净化系统处理后循环利用。

1.4给排水系统主要节能减排技术及措施

给排水设计采用内部多级循环系统，根据用水需要分系统控制，提高水循环的浓缩倍数，实现水资源消耗减量化。用水系统采用“以新补净、以净补浊、梯级使用”的设计原则，少用新水，节约能源，提高水的重复利用率。将所有工业废水收集处理后，实现循环再用，减少工业废水的排放量。首先，实现各工序的净环水、浊环水、冲渣水等的分类分级循环，串级使用；其次，建集中水处理设施（旋流池、平流池、综合水泵站等）对生产污水进行除渣、沉淀、净化处理，根据各使用点对水质的不同要求，利用综合水泵站等供水设施，将各种不同水质的水送往各生产工序循环利用。本项目中水的重复利用率达到97.58％。对于生活污水、雨水及经过处理的部分达标工业废水，分别与市政管网对接，从而全面实现外排水的达标排放。通过水处理设施，实现对浊环水中氧化铁皮等金属材料的回收利用，年回收利用量约为19108t，经收集后作烧结或炼钢配料使用。

1.5电气传动主要节能技术及措施

本项目电气传动部分均采用当今世界最先进的、成熟的交流传动方案，主辅传动装置采用ABBACS6000、ACS800和SIEMENSS120电压型交-直-交变频技术，全数字矢量控制和直接转矩控制方式，功率单元采用IGCT、IGBT元件。工程型交-直-交变频装置为模块化、直流公共母线结构，其公共整流器单元选用整流/回馈单元，具有四象限再生制动功能，可进行能量回馈，以实现系统的再生制动和能量回馈。特别是采用直流公共母线，可实现电机到电机的制动，电机到交流电源的再生制动，将能量回馈电网，以节约能源。交-直-交变频技术用于轧钢类主辅交流传动具有很好的技术经济指标，其技术性能指标先进，特别是可以取消动态无功补偿SVC装置，同时实现再生制动能量回馈电网，提高了效率，节约了能源，从而减少排放。

1.6通风除尘主要节能减排技术及措施

针对热轧生产过程中产生的大量烟尘，在穿孔机、连轧管机、脱管机及张力减径机等区域设置了排烟除尘设施，将产生的烟气收集起来，通过风管送到车间外烧结板脉冲除尘器内净化，净化后排放的气体低于国家排放标准（30mg/Nm3）的要求。用于钢管内部清理除尘的吹吸灰装置设除尘系统，捕集后的含尘气体经专用吸灰除尘装置净化；钢管涂漆、喷标、烘干装置产生的废气，由设备自带的集气回收装置处理后排放，废气处理装置包括除漆雾装置和吸附柜；净化后的气体符合大气污染物综合排放标准要求。

1.7采暖空调设计的节能技术及措施

（1）将环形炉低温烟气的余热蒸汽作为空调机组的动力，减少了空调机组能源消耗，符合节能降耗、循环经济的政策。本项目建筑物空调系统采用蒸汽与直燃混合型双效吸收式溴化锂制冷机组。环形炉空气预热器后的低温烟气由风机抽引经烟道支管进入溴化锂制冷机组中，通过烟气与制冷剂———溴化锂水溶液换热，为用户提供空调系统所需冷、热水。为了确保制冷机组安全运行，当环形炉低温烟气余热产生的蒸汽量不足时，可实现自动切换，由蒸汽改为天然气提供动力的方式，每年可节约空调运行费用约130万元。（2）为克服建设场地无蒸汽采暖的不利情况，首次在主厂房内采用了负压型燃气红外线辐射采暖系统。传统的空气对流散热器采暖方式，热效率极低，热量损失大，而燃气红外线辐射采暖系统热效率高达95%左右，比传统的空气对流采暖系统节能50%，是一种安全、高效、节能、环保、经济的采暖方式。（3）主厂房的主要通行大门设有热风幕。大门热风幕所需热源由环形炉低温烟气余热产生的蒸汽提供。

1.8主厂房建筑设计的节能技术及措施

主厂房为保温采暖厂房：墙面及屋面结构采用双层彩色保温压型钢板，保温和节能效果明显；门窗设计采用减少门窗面积，提高门窗的气密性，应用新型保温节能单框双玻塑钢门窗等节能措施；外墙和屋顶采用玻璃丝棉毡做保温隔热材料。从主厂房建筑设计上充分考虑自然采光，达到节能的效果。屋面设计采用屋面梁、纵横梁、冷弯薄壁型钢结构体系，整体用钢量较少，且屋面梁高度较小，仅为屋架结构体系的一半左右，不仅节省了用钢量，减少了结构维护费用，而且降低了采暖负担，节约了能源。采用包钢冶金废钢渣尾渣作为厂房地坪垫层，充分利用固体废料，节约了混凝土，减少了投资。

1.9工业“三废”循环综合利用链

在设计过程中遵循循环经济原则，建立起科学的工业“三废”综合利用链。遵守现行的工业企业设计卫生标准、工业“三废”排放标准和工业企业噪声标准等，采取了多项环境保护措施。例如：烟囱高度根据烟气中有害气体和烟尘含量，遵照相关标准的要求确定；采用低氮燃烧技术；在排烟系统中设置脱硫脱硝装置；助燃风机上安装消声器，采用减噪设备等措施。生产过程产生的烟尘、粉尘由排烟除尘设施收集、净化后排放，排出的气体符合国家排放标准，处理后的尘泥经公司回收处理后再利用。工业废水采用收集处理后循环再用，减少排放量，水重复利用率达到97.58％，实现了少用新水，节约能源的目的。在本工程设计中还采取一系列有效措施，对切头、切尾及轧废、废备品备件、除尘灰、废渣、氧化铁皮等固体废弃物全部实现回收利用，最后通过包钢整体回收后用作烧结或炼钢配料、水泥熟料、建筑原材料等，利用率达到100%，在公司系统内实现了循环经济。

2结论

（1）以典型的无缝钢管热轧车间工程设计为例，重点提出了“绿色工厂”设计理念，介绍了系统节能环保理念的工程化应用措施，从设计角度基本上实现了工程实践的系统节能，为无缝钢管行业实践绿色生产提供了“绿色”设计思路和实例。

（2）工程设计应用了一系列新工艺、新装备、新技术，为绿色节能环保理念的工程化应用提供了可能，在无缝钢管生产领域值得推广和参考。

（3）绿色节能环保工厂的建立是一个全系统全周期的系统工程，涵盖了钢铁生产的全流程，加速对钢铁生产的全流程节能技术研究才能生产真正意义的绿色钢铁产品；新工艺、新装备、新技术的投入使用，在一定程度上提高了生产率，降低了生产成本，降低了能耗，减少了排放，但也加大了工程的一次性投资和维护成本，在加速绿色环保的同时降低其投资成本和维护成本也迫在眉睫；绿色环保节能技术的发展离不开新工艺、新装备、新技术的广泛应用，也离不开高素质、高技能的人才和高效科学的管理，只有真正掌握了节能环保技术和科学的精细化管理才能充分发挥高效、节能的特性。

（4）项目投产运行2年来，各项指标均已达到设计水平，从节能降耗、废能废物利用和改善生产环境来说效果明显。

作者：朱燕玉饶维江单位：包头钢铁职业技术学院中冶东方工程技术有限公司