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1綠色節(jié)能環(huán)保工廠設(shè)計理念與實施

1.1設(shè)計理念

無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能減排主要依靠生產(chǎn)工藝的持續(xù)改進和各種節(jié)能設(shè)施的利用。一方面是充分挖掘內(nèi)部潛力，降低各生產(chǎn)工序的能源單耗；另一方面在生產(chǎn)過程中充分利用、回收各生產(chǎn)環(huán)節(jié)散失的各種能量。（1）節(jié)能減排和集成優(yōu)化。按照新一代示范鋼鐵廠“新功能、新技術(shù)、新流程”的要求，在設(shè)計理念、工藝技術(shù)、能源回收利用等方面進行了系統(tǒng)創(chuàng)新和集成優(yōu)化，樹立系統(tǒng)節(jié)能觀點，對整個生產(chǎn)系統(tǒng)深入分析，提出了工程整體節(jié)能的措施，在無縫鋼管廠實現(xiàn)了“先進的產(chǎn)品制造工藝、高效能源轉(zhuǎn)換、消納廢棄物”3大功能目標(biāo)的工程化創(chuàng)新。（2）能源及資源的循環(huán)利用。按照高效率、低成本、節(jié)能減排、清潔化生產(chǎn)以及循環(huán)經(jīng)濟和自主創(chuàng)新、企業(yè)與社會和諧發(fā)展等理念，在本項目的規(guī)劃設(shè)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(xiàn)了在生產(chǎn)過程中能源循環(huán)利用、減少排放的總目標(biāo)［3］。（3）“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）循環(huán)利用。對包鋼Φ159mm無縫鋼管機組生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢物，采用“減量化、再利用、資源化、無害化”［4］的設(shè)計思路，堅持技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建立起科學(xué)的工業(yè)“三廢”綜合利用鏈。

1.2工藝設(shè)備主要節(jié)能技術(shù)及措施

包鋼Φ159mm無縫鋼管機組采用了新型的工藝設(shè)備，減少了單位產(chǎn)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(chǎn)線工藝設(shè)備采用了引進的高效新型錐形輥穿孔機、技術(shù)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(zhì)量保證系統(tǒng)，優(yōu)化全部國產(chǎn)輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)，采用了“輕拿輕放”、快速運輸、快速撥料、平穩(wěn)放料等裝置。這些先進設(shè)備在滿足生產(chǎn)高節(jié)奏的同時，也保證了產(chǎn)品質(zhì)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(wěn)定生產(chǎn)；自主集成設(shè)計的頂頭與頂桿離線循環(huán)更換技術(shù)，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(xiàn)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(diào)整，可以增大同規(guī)格芯棒的可軋鋼管壁厚范圍，減少了芯棒的規(guī)格數(shù)量（減少約1/3）及更換頻率，既節(jié)約了芯棒消耗，也提高了生產(chǎn)效率［5］；軋輥側(cè)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(jié)奏，增加了有效作業(yè)時間。（4）熱軋采用在線余熱常化熱處理技術(shù)，可實現(xiàn)在線補溫和在線常化熱處理。與線外熱處理相比，不僅節(jié)約能源，而且節(jié)省了熱處理設(shè)備與工程投資。（5）冷床采用全電動升降平移步進式結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)冷床液壓平移機構(gòu)造成床體運行不平穩(wěn)的問題，對冷床設(shè)備基礎(chǔ)進行了設(shè)計優(yōu)化，節(jié)約了30%的混凝土用量，縮短了建設(shè)工期［6］。（6）流程緊湊，生產(chǎn)高效，降低能耗。熱軋及預(yù)精整生產(chǎn)線和精整熱處理生產(chǎn)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(tǒng)籌考慮流程設(shè)計、物流運輸、生產(chǎn)組織、工藝布局合理分區(qū)等問題，工序緊密銜接，公輔設(shè)施配置緊湊，物流運輸工序簡化，減少了軋件運輸環(huán)節(jié)，既減少軋件溫降，降低了能耗，又縮短了運輸時間，提高了節(jié)奏；生產(chǎn)組織上倉庫存放、倒運交叉少，共用中間庫，節(jié)省了用地面積，節(jié)約了工程投資。

1.3加熱爐主要節(jié)能減排技術(shù)及措施

加熱爐煙氣余熱在設(shè)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(chǎn)、芯棒預(yù)熱等，節(jié)約了能源，降低了污染物的排放總量，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。（1）選用技術(shù)先進的中徑38m環(huán)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(chǎn)節(jié)奏，在保證高產(chǎn)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(yù)熱裝置可回收煙氣熱量并預(yù)熱助燃空氣，高效回收熱能，實現(xiàn)環(huán)形加熱爐和再加熱爐的煙氣余熱再利用。經(jīng)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(zhì)排出并有效利用余熱。（3）芯棒預(yù)熱爐利用環(huán)形加熱爐的煙氣余熱作為加熱介質(zhì)，節(jié)約了能源。（4）加熱爐冷卻水系統(tǒng)均由過濾、凈化系統(tǒng)處理后循環(huán)利用。

1.4給排水系統(tǒng)主要節(jié)能減排技術(shù)及措施

給排水設(shè)計采用內(nèi)部多級循環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)用水需要分系統(tǒng)控制，提高水循環(huán)的濃縮倍數(shù)，實現(xiàn)水資源消耗減量化。用水系統(tǒng)采用“以新補凈、以凈補濁、梯級使用”的設(shè)計原則，少用新水，節(jié)約能源，提高水的重復(fù)利用率。將所有工業(yè)廢水收集處理后，實現(xiàn)循環(huán)再用，減少工業(yè)廢水的排放量。首先，實現(xiàn)各工序的凈環(huán)水、濁環(huán)水、沖渣水等的分類分級循環(huán)，串級使用；其次，建集中水處理設(shè)施（旋流池、平流池、綜合水泵站等）對生產(chǎn)污水進行除渣、沉淀、凈化處理，根據(jù)各使用點對水質(zhì)的不同要求，利用綜合水泵站等供水設(shè)施，將各種不同水質(zhì)的水送往各生產(chǎn)工序循環(huán)利用。本項目中水的重復(fù)利用率達到97.58％。對于生活污水、雨水及經(jīng)過處理的部分達標(biāo)工業(yè)廢水，分別與市政管網(wǎng)對接，從而全面實現(xiàn)外排水的達標(biāo)排放。通過水處理設(shè)施，實現(xiàn)對濁環(huán)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(jīng)收集后作燒結(jié)或煉鋼配料使用。

1.5電氣傳動主要節(jié)能技術(shù)及措施

本項目電氣傳動部分均采用當(dāng)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(shù)，全數(shù)字矢量控制和直接轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)系統(tǒng)的再生制動和能量回饋。特別是采用直流公共母線，可實現(xiàn)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(wǎng)，以節(jié)約能源。交-直-交變頻技術(shù)用于軋鋼類主輔交流傳動具有很好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，其技術(shù)性能指標(biāo)先進，特別是可以取消動態(tài)無功補償SVC裝置，同時實現(xiàn)再生制動能量回饋電網(wǎng)，提高了效率，節(jié)約了能源，從而減少排放。

1.6通風(fēng)除塵主要節(jié)能減排技術(shù)及措施

針對熱軋生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(qū)域設(shè)置了排煙除塵設(shè)施，將產(chǎn)生的煙氣收集起來，通過風(fēng)管送到車間外燒結(jié)板脈沖除塵器內(nèi)凈化，凈化后排放的氣體低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)（30mg/Nm3）的要求。用于鋼管內(nèi)部清理除塵的吹吸灰裝置設(shè)除塵系統(tǒng)，捕集后的含塵氣體經(jīng)專用吸灰除塵裝置凈化；鋼管涂漆、噴標(biāo)、烘干裝置產(chǎn)生的廢氣，由設(shè)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(biāo)準(zhǔn)要求。

1.7采暖空調(diào)設(shè)計的節(jié)能技術(shù)及措施

（1）將環(huán)形爐低溫?zé)煔獾挠酂嵴羝鳛榭照{(diào)機組的動力，減少了空調(diào)機組能源消耗，符合節(jié)能降耗、循環(huán)經(jīng)濟的政策。本項目建筑物空調(diào)系統(tǒng)采用蒸汽與直燃混合型雙效吸收式溴化鋰制冷機組。環(huán)形爐空氣預(yù)熱器后的低溫?zé)煔庥娠L(fēng)機抽引經(jīng)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(diào)系統(tǒng)所需冷、熱水。為了確保制冷機組安全運行，當(dāng)環(huán)形爐低溫?zé)煔庥酂岙a(chǎn)生的蒸汽量不足時，可實現(xiàn)自動切換，由蒸汽改為天然氣提供動力的方式，每年可節(jié)約空調(diào)運行費用約130萬元。（2）為克服建設(shè)場地?zé)o蒸汽采暖的不利情況，首次在主廠房內(nèi)采用了負壓型燃氣紅外線輻射采暖系統(tǒng)。傳統(tǒng)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(tǒng)熱效率高達95%左右，比傳統(tǒng)的空氣對流采暖系統(tǒng)節(jié)能50%，是一種安全、高效、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的采暖方式。（3）主廠房的主要通行大門設(shè)有熱風(fēng)幕。大門熱風(fēng)幕所需熱源由環(huán)形爐低溫?zé)煔庥酂岙a(chǎn)生的蒸汽提供。

1.8主廠房建筑設(shè)計的節(jié)能技術(shù)及措施

主廠房為保溫采暖廠房：墻面及屋面結(jié)構(gòu)采用雙層彩色保溫壓型鋼板，保溫和節(jié)能效果明顯；門窗設(shè)計采用減少門窗面積，提高門窗的氣密性，應(yīng)用新型保溫節(jié)能單框雙玻塑鋼門窗等節(jié)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(shè)計上充分考慮自然采光，達到節(jié)能的效果。屋面設(shè)計采用屋面梁、縱橫梁、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系，整體用鋼量較少，且屋面梁高度較小，僅為屋架結(jié)構(gòu)體系的一半左右，不僅節(jié)省了用鋼量，減少了結(jié)構(gòu)維護費用，而且降低了采暖負擔(dān)，節(jié)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(jié)約了混凝土，減少了投資。

1.9工業(yè)“三廢”循環(huán)綜合利用鏈

在設(shè)計過程中遵循循環(huán)經(jīng)濟原則，建立起科學(xué)的工業(yè)“三廢”綜合利用鏈。遵守現(xiàn)行的工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)企業(yè)噪聲標(biāo)準(zhǔn)等，采取了多項環(huán)境保護措施。例如：煙囪高度根據(jù)煙氣中有害氣體和煙塵含量，遵照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求確定；采用低氮燃燒技術(shù)；在排煙系統(tǒng)中設(shè)置脫硫脫硝裝置；助燃風(fēng)機上安裝消聲器，采用減噪設(shè)備等措施。生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煙塵、粉塵由排煙除塵設(shè)施收集、凈化后排放，排出的氣體符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的塵泥經(jīng)公司回收處理后再利用。工業(yè)廢水采用收集處理后循環(huán)再用，減少排放量，水重復(fù)利用率達到97.58％，實現(xiàn)了少用新水，節(jié)約能源的目的。在本工程設(shè)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(xiàn)回收利用，最后通過包鋼整體回收后用作燒結(jié)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(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟。

2結(jié)論

（1）以典型的無縫鋼管熱軋車間工程設(shè)計為例，重點提出了“綠色工廠”設(shè)計理念，介紹了系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保理念的工程化應(yīng)用措施，從設(shè)計角度基本上實現(xiàn)了工程實踐的系統(tǒng)節(jié)能，為無縫鋼管行業(yè)實踐綠色生產(chǎn)提供了“綠色”設(shè)計思路和實例。

（2）工程設(shè)計應(yīng)用了一系列新工藝、新裝備、新技術(shù)，為綠色節(jié)能環(huán)保理念的工程化應(yīng)用提供了可能，在無縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域值得推廣和參考。

（3）綠色節(jié)能環(huán)保工廠的建立是一個全系統(tǒng)全周期的系統(tǒng)工程，涵蓋了鋼鐵生產(chǎn)的全流程，加速對鋼鐵生產(chǎn)的全流程節(jié)能技術(shù)研究才能生產(chǎn)真正意義的綠色鋼鐵產(chǎn)品；新工藝、新裝備、新技術(shù)的投入使用，在一定程度上提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)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(huán)保的同時降低其投資成本和維護成本也迫在眉睫；綠色環(huán)保節(jié)能技術(shù)的發(fā)展離不開新工藝、新裝備、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，也離不開高素質(zhì)、高技能的人才和高效科學(xué)的管理，只有真正掌握了節(jié)能環(huán)保技術(shù)和科學(xué)的精細化管理才能充分發(fā)揮高效、節(jié)能的特性。

（4）項目投產(chǎn)運行2年來，各項指標(biāo)均已達到設(shè)計水平，從節(jié)能降耗、廢能廢物利用和改善生產(chǎn)環(huán)境來說效果明顯。

作者：朱燕玉饒維江單位：包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院中冶東方工程技術(shù)有限公司