复合平面建筑工艺设计的创新范文

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本设计为大型炼钢、铸钢，锻造、热处理及其循环冷却水联合泵站等3项工程，总建筑面积72km2，年产大型铸钢件25kt、锻件50kt，于2012年12月全面建成投产。现已成功生产出440t超大型优质铸钢件、215t双真空处理大型优质钢锭及其汽轮机转子锻件。本项目的突出特点是主厂房用地为原平炉炼钢辅助厂区，可用面积仅约为94km2，建筑系数高达77%，厂区面积之奇缺史无前例，犹如在螺丝壳里做道场。为此创造性地提出了双类Г型复合平面建筑总图布置形式，使本项设计得以圆满完成。本项设计的创新可归纳为“集约、用余、纳新”3个创新面及其相应的8个创新点，茲分别加以简要阐述。

1集约

所谓“集约”系指采用了“热加工双类Г型复合平面建筑总图形式”、“大型炼钢辅助设施四合一特构”、“大型循环冷却水联合泵站”、“重钢结构厂房山墙悬挑结构”等4项集约化的设计创新点，以使本项目与国内外同行业相比主厂房用地减少70%，辅助设施用地减少50%以上，在用地奇缺的条件下得以建成；总图布置与铁路运输的传统设计模式得以打破；流量为17675m3/h的大型循热加工环冷却水集中泵站得以实现；锻热厂房对厂区道路的影响得以迎刃而解。

1.1热加工双类Г型复合平面建筑总图形式的创新所谓Г型建筑是由一个纵向厂房和一个横向厂房所组成的直角形大型联合厂房，双类Г型复合平面建筑，系其纵向和横向分别有2个相平行的厂房，且在平面上脱开布置的超大型复合厂房，是大型热加工厂区总图布置的一种新形式，用于土地资源奇缺老厂的升级改造，当然也可用于同类新建项目以节约日益稀缺的土地资源，参见图1。从图1看，本项创新是将炼钢、铸钢车间分别布置于双类Г型复合平面建筑纵向左右2个厂房，热处理、锻造车间分别布置于其横向上下2个厂房；在两相平行厂房中间设1露天跨以存放工模具、毛配件和改善通风条件；在炼钢与铸钢、锻造与热处理车间内各设2条蓄电池电动平车运输线以解决内部的运输，其延长线可与邻近车间相连以解决与外部的运输；将设在纵向厂房内的1条平车线延伸到老炼钢厂区，以调运钢液用于大件大锭的生产；将设在横向锻造与热处理车间左边的蓄电池电动平车线延伸到纵向左边炼钢厂房铸锭跨内，以供炽热锻造钢锭的运输；在露天跨端头增设电动平车，增加毛坯件与加工车间的运输途径。这样炼钢、铸钢、锻造、热处理4个大型新车间与老厂区在总图上，既自成一体互不干扰，又融为一有机整体相得益彰。本双类Г型复合平面建筑替代了传统总图按铁路拐弯半错落有致的布置，在厂区用地面积仅约为88km2，力保炼铸锻热车间主厂房轴线面积约61.5km2得以满足，其建筑系数高达70%，与某重机厂相比减少用地约70%，开创了国内外同行业总图布置的先河。本双类Г型复合平面建筑通过4条蓄电池电动平车过跨运输线，替代了铁路长距离的迂回运输，使传统的物流模式得以突破。其物流之快捷通畅是国内外大型铸锻企业所无法比喻的，如某重机厂铸钢到清理、锻造到热处理铁路迂回线均长达1km及其以上。

1.2大型炼钢辅助设施四合一特构的创新本项创新是将2台500kg/h大型真空泵房、80t炼钢炉高大余热锅炉房、2台15t/h燃气锅炉房、1430km3/h大型炼钢除尘器室等4项辅助设施，组合成为1个多层砼框架特构，使之占地仅1404m2，约为可用地76%，在没有新的土地资源的情况下，确保了项目的成立。其不仅减少用地50%以上，还使相关管线的敷设和介质用点的布置得以充分优化、管道的长度得以大幅度缩短。

1.3大型循环冷却水联合泵站的创新本联合泵站担负新老5个车间26台套设备和装置所需冷却水的循环冷却，最大流量17675m3/h，当分别独立建设时需设循环泵系统22套，用地12km2以上，而实际可用地仅约为6km2，为此将循环泵系统按水质要求集约成13套集中进行建设，并按调频电机+总管末端压力及其冗、简、散、集的方式进行控制，使26台套设备和装置冷却水以不同的组合方式进行循环冷却。其水质分为自来水、中水、净水3种，并进行充分优化以使水资源得以合理利用。本设计自来水流量最少约占8.77%，中水最多约占57.43%，净水约占33.80%。对净水还采用软化制水与自来水进行勾兑，以把软化制水用量降低到最低程度约为30%。其调频电机以控制泵的流量。此外由于电机转速的降低还可减少泵的电耗量，因其电耗为实际速率的2次方倍。其控制的“冗”即对主控室PLC系统的电源、CPU采取冗余配置，并辅以输入输出组件在线插拨、信号光电隔离、自动寻检、故障报警等措施，以确保系统安全可靠地运行“;简”即在多种运行参数中，择其总管末端压力作为控制参数，以使繁杂的过程控制得以简化“;散”即在5个车间分别设置协议转换单元（即分控制器），并将各自采集的信息数据，通过服务器上传到一体化的数据库，以使主控制器数据不断得到更新和优化处理，再将优化的指令通过服务器回传到分控制器以执行之，并可免除大量控制线的敷设“；集”即将上述协议转换单元信息数据，集中在主控室进行监视与管理，并预留上传接口以供全厂总控制室对数据的采集和监控。

1.4重型钢构厂房山墙悬挑结构的创新锻热车间柱距按常规标准设计，南山墙将超出厂区道路边界线，在总图布置无法再进行调整的情况下，而在国内外同行业首创重钢结构厂房山墙排架柱中心向北移2.0m，山墙起重机梁底以上部分结构从排架柱中心向外悬挑3.5m，以使山墙下部结构避开对厂区道路的影响。本项创新是一种特例，但对结构设计是一大挑战。

2用余

所谓“用余”系指采取了“间歇炼钢电炉余热锅炉+燃气锅炉联产蒸汽工艺”、“循环冷却水热泵制热采暖工艺”等2项余热利用的创新工艺，以使本项目与国内外同行业相比，间歇炼钢电炉余热利用能得以实现，且吨钢可产蒸汽约100kg用于真空脱气；循环水余热再利用采暖30km2能得以应用。

2.1间歇炼钢电炉余热锅炉+燃气锅炉联产蒸汽工艺的创新大型电炉炼钢生产中，由于炉内除尘工艺的需要，其炉顶第4孔所排出的高温高浓度CO烟气饱含着大量的物理热和化学热，已在连续炼钢电炉得以利用，其工艺流程如图2所示。图2中的余热锅炉蒸发器为重力热管式，属于国家专利。余热锅炉中压蒸发器蒸汽的产量约为100kg/t钢，用于钢液的真空脱气，可形成平衡生产。低压蒸发器所产蒸汽用于补充水的除氧，因此余热锅炉无需额外蒸汽的补给。图2所示工艺在连续炼钢钢厂的利用虽日臻完善，但在国内外机械厂间歇炼钢电炉上，由于余热供给的不平衡尚未获得应用。为此本设计在此基础上并联增设了燃气锅炉，并使之1台处于热备状态，以对用汽系统随时进行蒸汽的补给，这样间歇炼钢电炉余热锅炉+燃气锅炉联产蒸汽的创新工艺得以形成，参见图3。从图3可见，通过对余热锅炉蓄热器压力的监测，对余热锅炉和燃气锅炉供汽系统流量进行联合自动渐变控制，当余热锅炉蓄热器的压力达到一定供汽条件时，在保持蒸汽流量不变的前提下，先由蓄热器从满负荷到渐变减少至零，再由燃气锅炉同步从零渐变增大到满负荷的方式进行运行，即可实现对间歇炼钢电炉余热所产蒸汽的利用；燃气锅炉还可为蓄热器进行预充汽，当炼钢炉从冷启熔开始所产蒸汽的压力只要达到设定值之后即可加以利用，以提高余热的利用率；余热锅炉与燃气锅炉的分汽缸合二为一，可使2台乃至3台蒸汽喷射泵能同时处于工作状态，以满足大型双真空锻造钢锭的生产要求；在分汽缸的出口设有调压装置，以满足远距离真空泵的正常使用；另外在分汽缸上预留了旁路出口，以备生活或其他生产之用。总之该系统的创新做到了尽可能的完善。

2.2循环冷却水热泵制热采暖工艺的创新本项创新不在于水源热泵制热技术本身，而在于水源为炼钢循环冷却水，属于余热的再利用；热泵的水源系统为炼钢炉自流回水系统的二次开放式循环系统的旁路，不需另设水源供水泵；热泵水源旁路系统与二次开放循环冷却系统处于并联状态，互为备用安全可靠别无它虑；旁路系统中还串接了管道增加泵，以满足热泵对水源压力的要求；采暖面积大，为30km2。根据我国目前水源热泵的制热水平及其可靠性，本设计选用一级电驱式能效比为3.68的中温机组，热水温度为65~57℃，总制热量为4100kW，水源流量为576m³/h，一个采暖期可节标煤约1700t。本创新设计说明，循环冷却水系统蕴藏着巨大的热力资源，本设计所用水源的流量仅为资源量的3.26%，如何进一步开发利用应引起重视；当高温热泵机组运行可靠性和能效比进一步得到提高后，其对余热的利用会比中温机组更好。

3纳新

所谓“纳新”系指采取了“地沟轴流式通风方式”、“工业炉排烟方式及其余热利用”等2项纳新以吐故的创新技术，以使本项目与国内外同行业相比，高温区通风条件能得以根本性改善；地下庞大烟道和地上高大烟囱能得以消除；加热炉能耗能降低约40%～50%，烧损率、氮氧化物（NOn）排放率能得以大幅减少。

3.1地沟轴流式通风方式的创新本项创新不在于地沟轴流式通风方式技术本身，而在于在国内外同行业首次采用了流体力学模型计算（CFD）技术。面对炼铸钢多连跨厂房恶劣的通风条件，采用传统的通风方式已难于满足要求，为此就车间的温度场进行了流体力学模型计算，以寻求新的解决方案。但限于计算机的能力和软件的水平，只作了最高温度场的模拟计算，从而得到了其相应温度场的分布趋势。据此针对最高温度区设置了2条地下通风地沟，以人为地进行新空气的补给。采用轴流式通风机，总风量为1350km3/h，亦取得了十分满意的效果。其中1条通风地沟设在连续混砂机轨道基础之下，以免占据宝贵的生产面积。

3.2工业炉排烟方式及其余热利用的创新本项创新在于对全部工业炉采用上排烟方式和余热的利用，这样地上的高大烟囱、地下的庞大烟道得以消除，使企业形象和厂区面貌焕然一新；所有加热炉都采用了亚高速蓄热式烧嘴及其U型布置形式、时序脉冲式控制燃烧、套筒单座式换向阀、纤维气动压紧软密封等新技术，使节能达到40%～50%、烧损由4%～5%降低到1.3%及其以下、氮氧化物（NOn）排放由约200×10－6降到125×10－6及其以下[3]；所有热处理炉都采用了炉顶烟气余热装置及其相应新技术，使其能耗、烧损、降排大幅减少。

4与国内外同类企业对比

本项目与国内外同类企业相比，除上述设计创新外，还在设备选型上有所改进，茲将其与上述主要创新点汇总于表1。由于表1中表述较为清晰不另进行赘述。

作者：朱吉禄 郝立文 单位：中国中元国际工程有限公司