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本設計為大型煉鋼、鑄鋼，鍛造、熱處理及其循環冷卻水聯合泵站等3項工程，總建筑面積72km2，年產大型鑄鋼件25kt、鍛件50kt，于2012年12月全面建成投產。現已成功生產出440t超大型優質鑄鋼件、215t雙真空處理大型優質鋼錠及其汽輪機轉子鍛件。本項目的突出特點是主廠房用地為原平爐煉鋼輔助廠區，可用面積僅約為94km2，建筑系數高達77%，廠區面積之奇缺史無前例，猶如在螺絲殼里做道場。為此創造性地提出了雙類Г型復合平面建筑總圖布置形式，使本項設計得以圓滿完成。本項設計的創新可歸納為“集約、用余、納新”3個創新面及其相應的8個創新點，茲分別加以簡要闡述。

1集約

所謂“集約”系指采用了“熱加工雙類Г型復合平面建筑總圖形式”、“大型煉鋼輔助設施四合一特構”、“大型循環冷卻水聯合泵站”、“重鋼結構廠房山墻懸挑結構”等4項集約化的設計創新點，以使本項目與國內外同行業相比主廠房用地減少70%，輔助設施用地減少50%以上，在用地奇缺的條件下得以建成；總圖布置與鐵路運輸的傳統設計模式得以打破；流量為17675m3/h的大型循熱加工環冷卻水集中泵站得以實現；鍛熱廠房對廠區道路的影響得以迎刃而解。

1.1熱加工雙類Г型復合平面建筑總圖形式的創新所謂Г型建筑是由一個縱向廠房和一個橫向廠房所組成的直角形大型聯合廠房，雙類Г型復合平面建筑，系其縱向和橫向分別有2個相平行的廠房，且在平面上脫開布置的超大型復合廠房，是大型熱加工廠區總圖布置的一種新形式，用于土地資源奇缺老廠的升級改造，當然也可用于同類新建項目以節約日益稀缺的土地資源，參見圖1。從圖1看，本項創新是將煉鋼、鑄鋼車間分別布置于雙類Г型復合平面建筑縱向左右2個廠房，熱處理、鍛造車間分別布置于其橫向上下2個廠房；在兩相平行廠房中間設1露天跨以存放工模具、毛配件和改善通風條件；在煉鋼與鑄鋼、鍛造與熱處理車間內各設2條蓄電池電動平車運輸線以解決內部的運輸，其延長線可與鄰近車間相連以解決與外部的運輸；將設在縱向廠房內的1條平車線延伸到老煉鋼廠區，以調運鋼液用于大件大錠的生產；將設在橫向鍛造與熱處理車間左邊的蓄電池電動平車線延伸到縱向左邊煉鋼廠房鑄錠跨內，以供熾熱鍛造鋼錠的運輸；在露天跨端頭增設電動平車，增加毛坯件與加工車間的運輸途徑。這樣煉鋼、鑄鋼、鍛造、熱處理4個大型新車間與老廠區在總圖上，既自成一體互不干擾，又融為一有機整體相得益彰。本雙類Г型復合平面建筑替代了傳統總圖按鐵路拐彎半錯落有致的布置，在廠區用地面積僅約為88km2，力保煉鑄鍛熱車間主廠房軸線面積約61.5km2得以滿足，其建筑系數高達70%，與某重機廠相比減少用地約70%，開創了國內外同行業總圖布置的先河。本雙類Г型復合平面建筑通過4條蓄電池電動平車過跨運輸線，替代了鐵路長距離的迂回運輸，使傳統的物流模式得以突破。其物流之快捷通暢是國內外大型鑄鍛企業所無法比喻的，如某重機廠鑄鋼到清理、鍛造到熱處理鐵路迂回線均長達1km及其以上。

1.2大型煉鋼輔助設施四合一特構的創新本項創新是將2臺500kg/h大型真空泵房、80t煉鋼爐高大余熱鍋爐房、2臺15t/h燃氣鍋爐房、1430km3/h大型煉鋼除塵器室等4項輔助設施，組合成為1個多層砼框架特構，使之占地僅1404m2，約為可用地76%，在沒有新的土地資源的情況下，確保了項目的成立。其不僅減少用地50%以上，還使相關管線的敷設和介質用點的布置得以充分優化、管道的長度得以大幅度縮短。

1.3大型循環冷卻水聯合泵站的創新本聯合泵站擔負新老5個車間26臺套設備和裝置所需冷卻水的循環冷卻，最大流量17675m3/h，當分別獨立建設時需設循環泵系統22套，用地12km2以上，而實際可用地僅約為6km2，為此將循環泵系統按水質要求集約成13套集中進行建設，并按調頻電機+總管末端壓力及其冗、簡、散、集的方式進行控制，使26臺套設備和裝置冷卻水以不同的組合方式進行循環冷卻。其水質分為自來水、中水、凈水3種，并進行充分優化以使水資源得以合理利用。本設計自來水流量最少約占8.77%，中水最多約占57.43%，凈水約占33.80%。對凈水還采用軟化制水與自來水進行勾兌，以把軟化制水用量降低到最低程度約為30%。其調頻電機以控制泵的流量。此外由于電機轉速的降低還可減少泵的電耗量，因其電耗為實際速率的2次方倍。其控制的“冗”即對主控室PLC系統的電源、CPU采取冗余配置，并輔以輸入輸出組件在線插撥、信號光電隔離、自動尋檢、故障報警等措施，以確保系統安全可靠地運行“;簡”即在多種運行參數中，擇其總管末端壓力作為控制參數，以使繁雜的過程控制得以簡化“;散”即在5個車間分別設置協議轉換單元（即分控制器），并將各自采集的信息數據，通過服務器上傳到一體化的數據庫，以使主控制器數據不斷得到更新和優化處理，再將優化的指令通過服務器回傳到分控制器以執行之，并可免除大量控制線的敷設“；集”即將上述協議轉換單元信息數據，集中在主控室進行監視與管理，并預留上傳接口以供全廠總控制室對數據的采集和監控。

1.4重型鋼構廠房山墻懸挑結構的創新鍛熱車間柱距按常規標準設計，南山墻將超出廠區道路邊界線，在總圖布置無法再進行調整的情況下，而在國內外同行業首創重鋼結構廠房山墻排架柱中心向北移2.0m，山墻起重機梁底以上部分結構從排架柱中心向外懸挑3.5m，以使山墻下部結構避開對廠區道路的影響。本項創新是一種特例，但對結構設計是一大挑戰。

2用余

所謂“用余”系指采取了“間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃氣鍋爐聯產蒸汽工藝”、“循環冷卻水熱泵制熱采暖工藝”等2項余熱利用的創新工藝，以使本項目與國內外同行業相比，間歇煉鋼電爐余熱利用能得以實現，且噸鋼可產蒸汽約100kg用于真空脫氣；循環水余熱再利用采暖30km2能得以應用。

2.1間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃氣鍋爐聯產蒸汽工藝的創新大型電爐煉鋼生產中，由于爐內除塵工藝的需要，其爐頂第4孔所排出的高溫高濃度CO煙氣飽含著大量的物理熱和化學熱，已在連續煉鋼電爐得以利用，其工藝流程如圖2所示。圖2中的余熱鍋爐蒸發器為重力熱管式，屬于國家專利。余熱鍋爐中壓蒸發器蒸汽的產量約為100kg/t鋼，用于鋼液的真空脫氣，可形成平衡生產。低壓蒸發器所產蒸汽用于補充水的除氧，因此余熱鍋爐無需額外蒸汽的補給。圖2所示工藝在連續煉鋼鋼廠的利用雖日臻完善，但在國內外機械廠間歇煉鋼電爐上，由于余熱供給的不平衡尚未獲得應用。為此本設計在此基礎上并聯增設了燃氣鍋爐，并使之1臺處于熱備狀態，以對用汽系統隨時進行蒸汽的補給，這樣間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃氣鍋爐聯產蒸汽的創新工藝得以形成，參見圖3。從圖3可見，通過對余熱鍋爐蓄熱器壓力的監測，對余熱鍋爐和燃氣鍋爐供汽系統流量進行聯合自動漸變控制，當余熱鍋爐蓄熱器的壓力達到一定供汽條件時，在保持蒸汽流量不變的前提下，先由蓄熱器從滿負荷到漸變減少至零，再由燃氣鍋爐同步從零漸變增大到滿負荷的方式進行運行，即可實現對間歇煉鋼電爐余熱所產蒸汽的利用；燃氣鍋爐還可為蓄熱器進行預充汽，當煉鋼爐從冷啟熔開始所產蒸汽的壓力只要達到設定值之后即可加以利用，以提高余熱的利用率；余熱鍋爐與燃氣鍋爐的分汽缸合二為一，可使2臺乃至3臺蒸汽噴射泵能同時處于工作狀態，以滿足大型雙真空鍛造鋼錠的生產要求；在分汽缸的出口設有調壓裝置，以滿足遠距離真空泵的正常使用；另外在分汽缸上預留了旁路出口，以備生活或其他生產之用。總之該系統的創新做到了盡可能的完善。

2.2循環冷卻水熱泵制熱采暖工藝的創新本項創新不在于水源熱泵制熱技術本身，而在于水源為煉鋼循環冷卻水，屬于余熱的再利用；熱泵的水源系統為煉鋼爐自流回水系統的二次開放式循環系統的旁路，不需另設水源供水泵；熱泵水源旁路系統與二次開放循環冷卻系統處于并聯狀態，互為備用安全可靠別無它慮；旁路系統中還串接了管道增加泵，以滿足熱泵對水源壓力的要求；采暖面積大，為30km2。根據我國目前水源熱泵的制熱水平及其可靠性，本設計選用一級電驅式能效比為3.68的中溫機組，熱水溫度為65~57℃，總制熱量為4100kW，水源流量為576m³/h，一個采暖期可節標煤約1700t。本創新設計說明，循環冷卻水系統蘊藏著巨大的熱力資源，本設計所用水源的流量僅為資源量的3.26%，如何進一步開發利用應引起重視；當高溫熱泵機組運行可靠性和能效比進一步得到提高后，其對余熱的利用會比中溫機組更好。

3納新

所謂“納新”系指采取了“地溝軸流式通風方式”、“工業爐排煙方式及其余熱利用”等2項納新以吐故的創新技術，以使本項目與國內外同行業相比，高溫區通風條件能得以根本性改善；地下龐大煙道和地上高大煙囪能得以消除；加熱爐能耗能降低約40%～50%，燒損率、氮氧化物（NOn）排放率能得以大幅減少。

3.1地溝軸流式通風方式的創新本項創新不在于地溝軸流式通風方式技術本身，而在于在國內外同行業首次采用了流體力學模型計算（CFD）技術。面對煉鑄鋼多連跨廠房惡劣的通風條件，采用傳統的通風方式已難于滿足要求，為此就車間的溫度場進行了流體力學模型計算，以尋求新的解決方案。但限于計算機的能力和軟件的水平，只作了最高溫度場的模擬計算，從而得到了其相應溫度場的分布趨勢。據此針對最高溫度區設置了2條地下通風地溝，以人為地進行新空氣的補給。采用軸流式通風機，總風量為1350km3/h，亦取得了十分滿意的效果。其中1條通風地溝設在連續混砂機軌道基礎之下，以免占據寶貴的生產面積。

3.2工業爐排煙方式及其余熱利用的創新本項創新在于對全部工業爐采用上排煙方式和余熱的利用，這樣地上的高大煙囪、地下的龐大煙道得以消除，使企業形象和廠區面貌煥然一新；所有加熱爐都采用了亞高速蓄熱式燒嘴及其U型布置形式、時序脈沖式控制燃燒、套筒單座式換向閥、纖維氣動壓緊軟密封等新技術，使節能達到40%～50%、燒損由4%～5%降低到1.3%及其以下、氮氧化物（NOn）排放由約200×10－6降到125×10－6及其以下[3]；所有熱處理爐都采用了爐頂煙氣余熱裝置及其相應新技術，使其能耗、燒損、降排大幅減少。

4與國內外同類企業對比

本項目與國內外同類企業相比，除上述設計創新外，還在設備選型上有所改進，茲將其與上述主要創新點匯總于表1。由于表1中表述較為清晰不另進行贅述。

作者：朱吉祿 郝立文 單位：中國中元國際工程有限公司