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1綠色節能環保工廠設計理念與實施

1.1設計理念

無縫鋼管生產企業節能減排主要依靠生產工藝的持續改進和各種節能設施的利用。一方面是充分挖掘內部潛力，降低各生產工序的能源單耗；另一方面在生產過程中充分利用、回收各生產環節散失的各種能量。（1）節能減排和集成優化。按照新一代示范鋼鐵廠“新功能、新技術、新流程”的要求，在設計理念、工藝技術、能源回收利用等方面進行了系統創新和集成優化，樹立系統節能觀點，對整個生產系統深入分析，提出了工程整體節能的措施，在無縫鋼管廠實現了“先進的產品制造工藝、高效能源轉換、消納廢棄物”3大功能目標的工程化創新。（2）能源及資源的循環利用。按照高效率、低成本、節能減排、清潔化生產以及循環經濟和自主創新、企業與社會和諧發展等理念，在本項目的規劃設計中，充分考慮工藝流程選擇、上下工序銜接、能源的分配及利用等諸多因素，實現了在生產過程中能源循環利用、減少排放的總目標［3］。（3）“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）循環利用。對包鋼Φ159mm無縫鋼管機組生產過程產生的廢物，采用“減量化、再利用、資源化、無害化”［4］的設計思路，堅持技術創新，發展循環經濟，建立起科學的工業“三廢”綜合利用鏈。

1.2工藝設備主要節能技術及措施

包鋼Φ159mm無縫鋼管機組采用了新型的工藝設備，減少了單位產品的能源消耗，降低了“三廢”的排放量及運營成本。（1）熱軋生產線工藝設備采用了引進的高效新型錐形輥穿孔機、技術先進的6機架三輥限動芯棒連軋管機、24機架張力減徑機、QAS質量保證系統，優化全部國產輔助設備結構，采用了“輕拿輕放”、快速運輸、快速撥料、平穩放料等裝置。這些先進設備在滿足生產高節奏的同時，也保證了產品質量和成材率。（2）采用高效新型錐形輥穿孔機，不僅縮短了穿孔周期，而且與高效連軋管機配合，充分保證了高效穩定生產；自主集成設計的頂頭與頂桿離線循環更換技術，使頂頭、頂桿充分冷卻，延長了使用壽命，降低了頂頭、頂桿工具消耗。（3）采用6機架三輥限動芯棒連軋管機，在實現大壓下的同時變形均勻，可軋制較高鋼級的鋼管，減少了軋制能耗；3個軋輥能夠同時或單獨進行調整，可以增大同規格芯棒的可軋鋼管壁厚范圍，減少了芯棒的規格數量（減少約1/3）及更換頻率，既節約了芯棒消耗，也提高了生產效率［5］；軋輥側向更換，減少了換輥時間；采用離線穿棒和在線穿棒兩種工藝以提高軋制節奏，增加了有效作業時間。（4）熱軋采用在線余熱常化熱處理技術，可實現在線補溫和在線常化熱處理。與線外熱處理相比，不僅節約能源，而且節省了熱處理設備與工程投資。（5）冷床采用全電動升降平移步進式結構，解決了傳統冷床液壓平移機構造成床體運行不平穩的問題，對冷床設備基礎進行了設計優化，節約了30%的混凝土用量，縮短了建設工期［6］。（6）流程緊湊，生產高效，降低能耗。熱軋及預精整生產線和精整熱處理生產線布置在同一車間，整條工藝線在主廠房跨距固定的前提下統籌考慮流程設計、物流運輸、生產組織、工藝布局合理分區等問題，工序緊密銜接，公輔設施配置緊湊，物流運輸工序簡化，減少了軋件運輸環節，既減少軋件溫降，降低了能耗，又縮短了運輸時間，提高了節奏；生產組織上倉庫存放、倒運交叉少，共用中間庫，節省了用地面積，節約了工程投資。

1.3加熱爐主要節能減排技術及措施

加熱爐煙氣余熱在設計中得到了較為充分的合理利用，回收煙氣余熱進行蒸汽生產、芯棒預熱等，節約了能源，降低了污染物的排放總量，取得了良好的經濟效益和社會效益。（1）選用技術先進的中徑38m環形加熱爐及步進式再加熱爐，可滿足最大155根/h（170t/h）的高生產節奏，在保證高產能要求的同時，也保證了加熱均勻性，使得成材率高，金屬損失小。（2）助燃空氣預熱裝置可回收煙氣熱量并預熱助燃空氣，高效回收熱能，實現環形加熱爐和再加熱爐的煙氣余熱再利用。經上述利用后的廢氣再進行氣水熱交換，供車間采暖，減少煙氣有害物質排出并有效利用余熱。（3）芯棒預熱爐利用環形加熱爐的煙氣余熱作為加熱介質，節約了能源。（4）加熱爐冷卻水系統均由過濾、凈化系統處理后循環利用。

1.4給排水系統主要節能減排技術及措施

給排水設計采用內部多級循環系統，根據用水需要分系統控制，提高水循環的濃縮倍數，實現水資源消耗減量化。用水系統采用“以新補凈、以凈補濁、梯級使用”的設計原則，少用新水，節約能源，提高水的重復利用率。將所有工業廢水收集處理后，實現循環再用，減少工業廢水的排放量。首先，實現各工序的凈環水、濁環水、沖渣水等的分類分級循環，串級使用；其次，建集中水處理設施（旋流池、平流池、綜合水泵站等）對生產污水進行除渣、沉淀、凈化處理，根據各使用點對水質的不同要求，利用綜合水泵站等供水設施，將各種不同水質的水送往各生產工序循環利用。本項目中水的重復利用率達到97.58％。對于生活污水、雨水及經過處理的部分達標工業廢水，分別與市政管網對接，從而全面實現外排水的達標排放。通過水處理設施，實現對濁環水中氧化鐵皮等金屬材料的回收利用，年回收利用量約為19108t，經收集后作燒結或煉鋼配料使用。

1.5電氣傳動主要節能技術及措施

本項目電氣傳動部分均采用當今世界最先進的、成熟的交流傳動方案，主輔傳動裝置采用ABBACS6000、ACS800和SIEMENSS120電壓型交-直-交變頻技術，全數字矢量控制和直接轉矩控制方式，功率單元采用IGCT、IGBT元件。工程型交-直-交變頻裝置為模塊化、直流公共母線結構，其公共整流器單元選用整流/回饋單元，具有四象限再生制動功能，可進行能量回饋，以實現系統的再生制動和能量回饋。特別是采用直流公共母線，可實現電機到電機的制動，電機到交流電源的再生制動，將能量回饋電網，以節約能源。交-直-交變頻技術用于軋鋼類主輔交流傳動具有很好的技術經濟指標，其技術性能指標先進，特別是可以取消動態無功補償SVC裝置，同時實現再生制動能量回饋電網，提高了效率，節約了能源，從而減少排放。

1.6通風除塵主要節能減排技術及措施

針對熱軋生產過程中產生的大量煙塵，在穿孔機、連軋管機、脫管機及張力減徑機等區域設置了排煙除塵設施，將產生的煙氣收集起來，通過風管送到車間外燒結板脈沖除塵器內凈化，凈化后排放的氣體低于國家排放標準（30mg/Nm3）的要求。用于鋼管內部清理除塵的吹吸灰裝置設除塵系統，捕集后的含塵氣體經專用吸灰除塵裝置凈化；鋼管涂漆、噴標、烘干裝置產生的廢氣，由設備自帶的集氣回收裝置處理后排放，廢氣處理裝置包括除漆霧裝置和吸附柜；凈化后的氣體符合大氣污染物綜合排放標準要求。

1.7采暖空調設計的節能技術及措施

（1）將環形爐低溫煙氣的余熱蒸汽作為空調機組的動力，減少了空調機組能源消耗，符合節能降耗、循環經濟的政策。本項目建筑物空調系統采用蒸汽與直燃混合型雙效吸收式溴化鋰制冷機組。環形爐空氣預熱器后的低溫煙氣由風機抽引經煙道支管進入溴化鋰制冷機組中，通過煙氣與制冷劑———溴化鋰水溶液換熱，為用戶提供空調系統所需冷、熱水。為了確保制冷機組安全運行，當環形爐低溫煙氣余熱產生的蒸汽量不足時，可實現自動切換，由蒸汽改為天然氣提供動力的方式，每年可節約空調運行費用約130萬元。（2）為克服建設場地無蒸汽采暖的不利情況，首次在主廠房內采用了負壓型燃氣紅外線輻射采暖系統。傳統的空氣對流散熱器采暖方式，熱效率極低，熱量損失大，而燃氣紅外線輻射采暖系統熱效率高達95%左右，比傳統的空氣對流采暖系統節能50%，是一種安全、高效、節能、環保、經濟的采暖方式。（3）主廠房的主要通行大門設有熱風幕。大門熱風幕所需熱源由環形爐低溫煙氣余熱產生的蒸汽提供。

1.8主廠房建筑設計的節能技術及措施

主廠房為保溫采暖廠房：墻面及屋面結構采用雙層彩色保溫壓型鋼板，保溫和節能效果明顯；門窗設計采用減少門窗面積，提高門窗的氣密性，應用新型保溫節能單框雙玻塑鋼門窗等節能措施；外墻和屋頂采用玻璃絲棉氈做保溫隔熱材料。從主廠房建筑設計上充分考慮自然采光，達到節能的效果。屋面設計采用屋面梁、縱橫梁、冷彎薄壁型鋼結構體系，整體用鋼量較少，且屋面梁高度較小，僅為屋架結構體系的一半左右，不僅節省了用鋼量，減少了結構維護費用，而且降低了采暖負擔，節約了能源。采用包鋼冶金廢鋼渣尾渣作為廠房地坪墊層，充分利用固體廢料，節約了混凝土，減少了投資。

1.9工業“三廢”循環綜合利用鏈

在設計過程中遵循循環經濟原則，建立起科學的工業“三廢”綜合利用鏈。遵守現行的工業企業設計衛生標準、工業“三廢”排放標準和工業企業噪聲標準等，采取了多項環境保護措施。例如：煙囪高度根據煙氣中有害氣體和煙塵含量，遵照相關標準的要求確定；采用低氮燃燒技術；在排煙系統中設置脫硫脫硝裝置；助燃風機上安裝消聲器，采用減噪設備等措施。生產過程產生的煙塵、粉塵由排煙除塵設施收集、凈化后排放，排出的氣體符合國家排放標準，處理后的塵泥經公司回收處理后再利用。工業廢水采用收集處理后循環再用，減少排放量，水重復利用率達到97.58％，實現了少用新水，節約能源的目的。在本工程設計中還采取一系列有效措施，對切頭、切尾及軋廢、廢備品備件、除塵灰、廢渣、氧化鐵皮等固體廢棄物全部實現回收利用，最后通過包鋼整體回收后用作燒結或煉鋼配料、水泥熟料、建筑原材料等，利用率達到100%，在公司系統內實現了循環經濟。

2結論

（1）以典型的無縫鋼管熱軋車間工程設計為例，重點提出了“綠色工廠”設計理念，介紹了系統節能環保理念的工程化應用措施，從設計角度基本上實現了工程實踐的系統節能，為無縫鋼管行業實踐綠色生產提供了“綠色”設計思路和實例。

（2）工程設計應用了一系列新工藝、新裝備、新技術，為綠色節能環保理念的工程化應用提供了可能，在無縫鋼管生產領域值得推廣和參考。

（3）綠色節能環保工廠的建立是一個全系統全周期的系統工程，涵蓋了鋼鐵生產的全流程，加速對鋼鐵生產的全流程節能技術研究才能生產真正意義的綠色鋼鐵產品；新工藝、新裝備、新技術的投入使用，在一定程度上提高了生產率，降低了生產成本，降低了能耗，減少了排放，但也加大了工程的一次性投資和維護成本，在加速綠色環保的同時降低其投資成本和維護成本也迫在眉睫；綠色環保節能技術的發展離不開新工藝、新裝備、新技術的廣泛應用，也離不開高素質、高技能的人才和高效科學的管理，只有真正掌握了節能環保技術和科學的精細化管理才能充分發揮高效、節能的特性。

（4）項目投產運行2年來，各項指標均已達到設計水平，從節能降耗、廢能廢物利用和改善生產環境來說效果明顯。

作者：朱燕玉饒維江單位：包頭鋼鐵職業技術學院中冶東方工程技術有限公司