復(fù)合平面建筑工藝設(shè)計(jì)的創(chuàng)新

復(fù)合平面建筑工藝設(shè)計(jì)的創(chuàng)新

本設(shè)計(jì)為大型煉鋼、鑄鋼，鍛造、熱處理及其循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站等3項(xiàng)工程，總建筑面積72km2，年產(chǎn)大型鑄鋼件25kt、鍛件50kt，于2023年12月全面建成投產(chǎn)?，F(xiàn)已勝利生產(chǎn)出440t超大型優(yōu)質(zhì)鑄鋼件、215t雙真空處理大型優(yōu)質(zhì)鋼錠及其汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件。本工程的突出特點(diǎn)是主廠房用地為原平爐煉鋼幫助廠區(qū)，可用面積僅約為94km2，建筑系數(shù)高達(dá)77%，廠區(qū)面積之奇缺史無(wú)前例，如同在螺絲殼里做道場(chǎng)。為此制造性地提出了雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑總圖布置形式，使本項(xiàng)設(shè)計(jì)得以圓滿完成。本項(xiàng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新可歸納為“集約、用余、納新”3個(gè)創(chuàng)新面及其相應(yīng)的8個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，茲分別加以簡(jiǎn)要闡述。

1集約

所謂“集約”系指采納了“熱加工雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑總圖形式”、“大型煉鋼幫助設(shè)施四合一特構(gòu)”、“大型循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站”、“重鋼構(gòu)造廠房山墻懸挑構(gòu)造”等4項(xiàng)集約化的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)，以使本工程與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)相比主廠房用地削減70%，幫助設(shè)施用地削減50%以上，在用地奇缺的條件下得以建成；總圖布置與鐵路運(yùn)輸?shù)膫鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)模式得以打破；流量為17675m3/h的大型循熱加工環(huán)冷卻水集中泵站得以實(shí)現(xiàn)；鍛熱廠房對(duì)廠區(qū)道路的影響得以迎刃而解。

1.1熱加工雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑總圖形式的創(chuàng)新所謂Г型建筑是由一個(gè)縱向廠房和一個(gè)橫向廠房所組成的直角形大型聯(lián)合廠房，雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑，系其縱向和橫向分別有2個(gè)相平行的廠房，且在平面上脫開(kāi)布置的超大型復(fù)合廠房，是大型熱加工廠區(qū)總圖布置的一種新形式，用于土地資源奇缺老廠的升級(jí)改造，固然也可用于同類(lèi)新建工程以節(jié)省日益稀缺的土地資源，參見(jiàn)圖1。從圖1看，本項(xiàng)創(chuàng)新是將煉鋼、鑄鋼車(chē)間分別布置于雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑縱向左右2個(gè)廠房，熱處理、鍛造車(chē)間分別布置于其橫向上下2個(gè)廠房；在兩相平行廠房中間設(shè)1露天跨以存放工模具、毛配件和改善通風(fēng)條件；在煉鋼與鑄鋼、鍛造與熱處理車(chē)間內(nèi)各設(shè)2條蓄電池電動(dòng)平車(chē)運(yùn)輸線以解決內(nèi)部的運(yùn)輸，其延長(zhǎng)線可與鄰近車(chē)間相連以解決與外部的運(yùn)輸；將設(shè)在縱向廠房?jī)?nèi)的1條平車(chē)線延長(zhǎng)到老煉鋼廠區(qū)，以調(diào)運(yùn)鋼液用于大件大錠的生產(chǎn)；將設(shè)在橫向鍛造與熱處理車(chē)間左邊的蓄電池電動(dòng)平車(chē)線延長(zhǎng)到縱向左邊煉鋼廠房鑄錠跨內(nèi)，以供酷熱鍛造鋼錠的運(yùn)輸；在露天跨端頭增設(shè)電動(dòng)平車(chē)，增加毛坯件與加工車(chē)間的運(yùn)輸途徑。這樣煉鋼、鑄鋼、鍛造、熱處理4個(gè)大型新車(chē)間與老廠區(qū)在總圖上，既自成一體互不干擾，又融為一有機(jī)整體相得益彰。本雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑替代了傳統(tǒng)總圖按鐵路拐彎半錯(cuò)落有致的布置，在廠區(qū)用地面積僅約為88km2，力保煉鑄鍛熱車(chē)間主廠房軸線面積約61.5km2得以滿意，其建筑系數(shù)高達(dá)70%，與某重機(jī)廠相比削減用地約70%，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)外同行業(yè)總圖布置的先河。本雙類(lèi)Г型復(fù)合平面建筑通過(guò)4條蓄電池電動(dòng)平車(chē)過(guò)跨運(yùn)輸線，替代了鐵路長(zhǎng)距離的迂回運(yùn)輸，使傳統(tǒng)的物流模式得以突破。其物流之快捷通暢是國(guó)內(nèi)外大型鑄鍛企業(yè)所無(wú)法比方的，如某重機(jī)廠鑄鋼到清理、鍛造到熱處理鐵路迂回線均長(zhǎng)達(dá)1km及其以上。

1.2大型煉鋼幫助設(shè)施四合一特構(gòu)的創(chuàng)新本項(xiàng)創(chuàng)新是將2臺(tái)500kg/h大型真空泵房、80t煉鋼爐高大余熱鍋爐房、2臺(tái)15t/h燃?xì)忮仩t房、1430km3/h大型煉鋼除塵器室等4項(xiàng)幫助設(shè)施，組合成為1個(gè)多層砼框架特構(gòu)，使之占地僅1404m2，約為可用地76%，在沒(méi)有新的土地資源的狀況下，確保了工程的成立。其不僅削減用地50%以上，還使相關(guān)管線的敷設(shè)和介質(zhì)用點(diǎn)的布置得以充分優(yōu)化、管道的長(zhǎng)度得以大幅度縮短。

1.3大型循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站的創(chuàng)新本聯(lián)合泵站擔(dān)負(fù)新老5個(gè)車(chē)間26臺(tái)套設(shè)備和裝置所需冷卻水的循環(huán)冷卻，最大流量17675m3/h，當(dāng)分別獨(dú)立建立時(shí)需設(shè)循環(huán)泵系統(tǒng)22套，用地12km2以上，而實(shí)際可用地僅約為6km2，為此將循環(huán)泵系統(tǒng)按水質(zhì)要求集約成13套集中進(jìn)展建立，并按調(diào)頻電機(jī)+總管末端壓力及其冗、簡(jiǎn)、散、集的方式進(jìn)展掌握，使26臺(tái)套設(shè)備和裝置冷卻水以不同的組合方式進(jìn)展循環(huán)冷卻。其水質(zhì)分為自來(lái)水、中水、凈水3種，并進(jìn)展充分優(yōu)化以使水資源得以合理利用。本設(shè)計(jì)自來(lái)水流量最少約占8.77%，中水最多約占57.43%，凈水約占33.80%。對(duì)凈水還采納軟化制水與自來(lái)水進(jìn)展勾兌，以把軟化制水用量降低到最低程度約為30%。其調(diào)頻電機(jī)以掌握泵的流量。此外由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低還可削減泵的電耗量，因其電耗為實(shí)際速率的2次方倍。其掌握的“冗”即對(duì)主控室PLC系統(tǒng)的電源、CPU實(shí)行冗余配置，并輔以輸入輸出組件在線插撥、信號(hào)光電隔離、自動(dòng)尋檢、故障報(bào)警等措施，以確保系統(tǒng)安全牢靠地運(yùn)行“;簡(jiǎn)”即在多種運(yùn)行參數(shù)中，擇其總管末端壓力作為掌握參數(shù)，以使繁雜的過(guò)程掌握得以簡(jiǎn)化“;散”即在5個(gè)車(chē)間分別設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換單元（即分掌握器），并將各自采集的信息數(shù)據(jù)，通過(guò)效勞器上傳到一體化的數(shù)據(jù)庫(kù)，以使主掌握器數(shù)據(jù)不斷得到更新和優(yōu)化處理，再將優(yōu)化的指令通過(guò)效勞器回傳到分掌握器以執(zhí)行之，并可免除大量掌握線的敷設(shè)“；集”馬上上述協(xié)議轉(zhuǎn)換單元信息數(shù)據(jù)，集中在主控室進(jìn)展監(jiān)視與治理，并預(yù)留上傳接口以供全廠總掌握室對(duì)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。

1.4重型鋼構(gòu)廠房山墻懸挑構(gòu)造的創(chuàng)新鍛熱車(chē)間柱距按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，南山墻將超出廠區(qū)道路邊界限，在總圖布置無(wú)法再進(jìn)展調(diào)整的狀況下，而在國(guó)內(nèi)外同行業(yè)首創(chuàng)重鋼構(gòu)造廠房山墻排架柱中心向北移2.0m，山墻起重機(jī)梁底以上局部構(gòu)造從排架柱中心向外懸挑3.5m，以使山墻下部構(gòu)造避開(kāi)對(duì)廠區(qū)道路的影響。本項(xiàng)創(chuàng)新是一種特例，但對(duì)構(gòu)造設(shè)計(jì)是一大挑戰(zhàn)。

2用余

所謂“用余”系指實(shí)行了“間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃?xì)忮仩t聯(lián)產(chǎn)蒸汽工藝”、“循環(huán)冷卻水熱泵制熱采暖工藝”等2項(xiàng)余熱利用的創(chuàng)新工藝，以使本工程與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)相比，間歇煉鋼電爐余熱利用能得以實(shí)現(xiàn)，且噸鋼可產(chǎn)蒸汽約100kg用于真空脫氣；循環(huán)水余熱再利用采暖30km2能得以應(yīng)用。

2.1間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃?xì)忮仩t聯(lián)產(chǎn)蒸汽工藝的創(chuàng)新大型電爐煉鋼生產(chǎn)中，由于爐內(nèi)除塵工藝的需要，其爐頂?shù)?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(xué)熱，已在連續(xù)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(fā)器為重力熱管式，屬于國(guó)家專(zhuān)利。余熱鍋爐中壓蒸發(fā)器蒸汽的產(chǎn)量約為100kg/t鋼，用于鋼液的真空脫氣，可形成平衡生產(chǎn)。低壓蒸發(fā)器所產(chǎn)蒸汽用于補(bǔ)充水的除氧，因此余熱鍋爐無(wú)需額外蒸汽的補(bǔ)給。圖2所示工藝在連續(xù)煉鋼鋼廠的利用雖日臻完善，但在國(guó)內(nèi)外機(jī)械廠間歇煉鋼電爐上，由于余熱供應(yīng)的不平衡尚未獲得應(yīng)用。為此本設(shè)計(jì)在此根底上并聯(lián)增設(shè)了燃?xì)忮仩t，并使之1臺(tái)處于熱備狀態(tài)，以對(duì)用汽系統(tǒng)隨時(shí)進(jìn)展蒸汽的補(bǔ)給，這樣間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃?xì)忮仩t聯(lián)產(chǎn)蒸汽的創(chuàng)新工藝得以形成，參見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)余熱鍋爐蓄熱器壓力的監(jiān)測(cè)，對(duì)余熱鍋爐和燃?xì)忮仩t供汽系統(tǒng)流量進(jìn)展聯(lián)合自動(dòng)漸變掌握，當(dāng)余熱鍋爐蓄熱器的壓力到達(dá)肯定供汽條件時(shí)，在保持蒸汽流量不變的前提下，先由蓄熱器從滿負(fù)荷到漸變削減至零，再由燃?xì)忮仩t同步從零漸變?cè)龃蟮綕M負(fù)荷的方式進(jìn)展運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)間歇煉鋼電爐余熱所產(chǎn)蒸汽的利用；燃?xì)忮仩t還可為蓄熱器進(jìn)展預(yù)充汽，當(dāng)煉鋼爐從冷啟熔開(kāi)頭所產(chǎn)蒸汽的壓力只要到達(dá)設(shè)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?xì)忮仩t的分汽缸合二為一，可使2臺(tái)乃至3臺(tái)蒸汽噴射泵能同時(shí)處于工作狀態(tài)，以滿意大型雙真空鍛造鋼錠的生產(chǎn)要求；在分汽缸的出口設(shè)有調(diào)壓裝置，以滿意遠(yuǎn)距離真空泵的正常使用；另外在分汽缸上預(yù)留了旁路出口，以備生活或其他生產(chǎn)之用?？傊撓到y(tǒng)的創(chuàng)新做到了盡可能的完善。

2.2循環(huán)冷卻水熱泵制熱采暖工藝的創(chuàng)新本項(xiàng)創(chuàng)新不在于水源熱泵制熱技術(shù)本身，而在于水源為煉鋼循環(huán)冷卻水，屬于余熱的再利用；熱泵的水源系統(tǒng)為煉鋼爐自流回水系統(tǒng)的二次開(kāi)放式循環(huán)系統(tǒng)的旁路，不需另設(shè)水源供水泵；熱泵水源旁路系統(tǒng)與二次開(kāi)放循環(huán)冷卻系統(tǒng)處于并聯(lián)狀態(tài)，互為備用安全牢靠別無(wú)它慮；旁路系統(tǒng)中還串接了管道增加泵，以滿意熱泵對(duì)水源壓力的要求；采暖面積大，為30km2。依據(jù)我國(guó)目前水源熱泵的制熱水平及其牢靠性，本設(shè)計(jì)選用一級(jí)電驅(qū)式能效比為3.68的中溫機(jī)組，熱水溫度為65~57℃，總制熱量為4100kW，水源流量為576m/h，一個(gè)采暖期可節(jié)標(biāo)煤約1700t。本創(chuàng)新設(shè)計(jì)說(shuō)明，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)隱藏著巨大的熱力資源，本設(shè)計(jì)所用水源的流量?jī)H為資源量的3.26%，如何進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用應(yīng)引起重視；當(dāng)高溫?zé)岜脵C(jī)組運(yùn)行牢靠性和能效比進(jìn)一步得到提高后，其對(duì)余熱的利用會(huì)比中溫機(jī)組更好。

3納新

所謂“納新”系指實(shí)行了“地溝軸流式通風(fēng)方式”、“工業(yè)爐排煙方式及其余熱利用”等2項(xiàng)納新以吐故的創(chuàng)新技術(shù)，以使本工程與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)相比，高溫區(qū)通風(fēng)條件能得以根本性改善；地下浩大煙道和地上高大煙囪能得以消退；加熱爐能耗能降低約40%～50%，燒損率、氮氧化物（NOn）排放率能得以大幅削減。

3.1地溝軸流式通風(fēng)方式的創(chuàng)新本項(xiàng)創(chuàng)新不在于地溝軸流式通風(fēng)方式技術(shù)本身，而在于在國(guó)內(nèi)外同行業(yè)首次采納了流體力學(xué)模型計(jì)算（CFD）技術(shù)。面對(duì)煉鑄鋼多連跨廠房惡劣的通風(fēng)條件，采納傳統(tǒng)的通風(fēng)方式已難于滿意要求，為此就車(chē)間的溫度場(chǎng)進(jìn)展了流體力學(xué)模型計(jì)算，以尋求新的解決方案。但限于計(jì)算機(jī)的力量和軟件的水平，只作了最高溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算，從而得到了其相應(yīng)溫度場(chǎng)的分布趨勢(shì)。據(jù)此針對(duì)最高溫度區(qū)設(shè)置了2條地下通風(fēng)地溝，以人為地進(jìn)展新空氣的補(bǔ)給。采納軸流式通風(fēng)機(jī)，總風(fēng)量為1350km3/h，亦取得了非常滿足的效果。其中1條通風(fēng)地溝設(shè)在連續(xù)混砂機(jī)軌道根底之下，以免占據(jù)珍貴的生產(chǎn)面積。

3.2工業(yè)爐排煙方式及其余熱利用的創(chuàng)新本項(xiàng)創(chuàng)新在于對(duì)全部工業(yè)爐采納上排煙方式和余熱的利用，這樣地上的高大煙囪、地下的浩大煙道得以消退，使企業(yè)形象和廠區(qū)面貌煥然一新；全部加熱爐都采納了亞高速蓄熱式燒嘴及其U型布置形式、時(shí)序脈沖式掌握燃燒、套筒單座式換向閥、纖維氣動(dòng)壓緊軟密