復合平面建筑工藝設計的創(chuàng)新

復合平面建筑工藝設計的創(chuàng)新

本設計為大型煉鋼、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)鋼錠及其汽輪機轉(zhuǎn)子鍛件。本工程的突出特點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77%，廠區(qū)面積之奇缺史無前例，如同在螺絲殼里做道場。為此制造性地提出了雙類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(chuàng)新可歸納為“集約、用余、納新”3個創(chuàng)新面及其相應的8個創(chuàng)新點，茲分別加以簡要闡述。

1集約

所謂“集約”系指采納了“熱加工雙類Г型復合平面建筑總圖形式”、“大型煉鋼幫助設施四合一特構(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項集約化的設計創(chuàng)新點，以使本工程與國內(nèi)外同行業(yè)相比主廠房用地削減70%，幫助設施用地削減50%以上，在用地奇缺的條件下得以建成；總圖布置與鐵路運輸?shù)膫鹘y(tǒng)設計模式得以打破；流量為17675m3/h的大型循熱加工環(huán)冷卻水集中泵站得以實現(xiàn)；鍛熱廠房對廠區(qū)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(chuàng)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(lián)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(qū)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，固然也可用于同類新建工程以節(jié)省日益稀缺的土地資源，參見圖1。從圖1看，本項創(chuàng)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(nèi)各設2條蓄電池電動平車運輸線以解決內(nèi)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(nèi)的1條平車線延長到老煉鋼廠區(qū)，以調(diào)運鋼液用于大件大錠的生產(chǎn)；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長到縱向左邊煉鋼廠房鑄錠跨內(nèi)，以供酷熱鍛造鋼錠的運輸；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(qū)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(tǒng)總圖按鐵路拐彎半錯落有致的布置，在廠區(qū)用地面積僅約為88km2，力保煉鑄鍛熱車間主廠房軸線面積約61.5km2得以滿意，其建筑系數(shù)高達70%，與某重機廠相比削減用地約70%，開創(chuàng)了國內(nèi)外同行業(yè)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(tǒng)的物流模式得以突破。其物流之快捷通暢是國內(nèi)外大型鑄鍛企業(yè)所無法比方的，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大型煉鋼幫助設施四合一特構(gòu)的創(chuàng)新本項創(chuàng)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項幫助設施，組合成為1個多層砼框架特構(gòu)，使之占地僅1404m2，約為可用地76%，在沒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)管線的敷設和介質(zhì)用點的布置得以充分優(yōu)化、管道的長度得以大幅度縮短。

1.3大型循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站的創(chuàng)新本聯(lián)合泵站擔負新老5個車間26臺套設備和裝置所需冷卻水的循環(huán)冷卻，最大流量17675m3/h，當分別獨立建立時需設循環(huán)泵系統(tǒng)22套，用地12km2以上，而實際可用地僅約為6km2，為此將循環(huán)泵系統(tǒng)按水質(zhì)要求集約成13套集中進展建立，并按調(diào)頻電機+總管末端壓力及其冗、簡、散、集的方式進展掌握，使26臺套設備和裝置冷卻水以不同的組合方式進展循環(huán)冷卻。其水質(zhì)分為自來水、中水、凈水3種，并進展充分優(yōu)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%。對凈水還采納軟化制水與自來水進展勾兌，以把軟化制水用量降低到最低程度約為30%。其調(diào)頻電機以掌握泵的流量。此外由于電機轉(zhuǎn)速的降低還可削減泵的電耗量，因其電耗為實際速率的2次方倍。其掌握的“冗”即對主控室PLC系統(tǒng)的電源、CPU實行冗余配置，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(tǒng)安全牢靠地運行“;簡”即在多種運行參數(shù)中，擇其總管末端壓力作為掌握參數(shù)，以使繁雜的過程掌握得以簡化“;散”即在5個車間分別設置協(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)，通過效勞器上傳到一體化的數(shù)據(jù)庫，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“；集”馬上上述協(xié)議轉(zhuǎn)換單元信息數(shù)據(jù)，集中在主控室進展監(jiān)視與治理，并預留上傳接口以供全廠總掌握室對數(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)新鍛熱車間柱距按常規(guī)標準設計，南山墻將超出廠區(qū)道路邊界限，在總圖布置無法再進展調(diào)整的狀況下，而在國內(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)造避開對廠區(qū)道路的影響。本項創(chuàng)新是一種特例，但對構(gòu)造設計是一大挑戰(zhàn)。

2用余

所謂“用余”系指實行了“間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃氣鍋爐聯(lián)產(chǎn)蒸汽工藝”、“循環(huán)冷卻水熱泵制熱采暖工藝”等2項余熱利用的創(chuàng)新工藝，以使本工程與國內(nèi)外同行業(yè)相比，間歇煉鋼電爐余熱利用能得以實現(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能得以應用。

2.1間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃氣鍋爐聯(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，屬于國家專利。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(xù)煉鋼鋼廠的利用雖日臻完善，但在國內(nèi)外機械廠間歇煉鋼電爐上，由于余熱供應的不平衡尚未獲得應用。為此本設計在此根底上并聯(lián)增設了燃氣鍋爐，并使之1臺處于熱備狀態(tài)，以對用汽系統(tǒng)隨時進展蒸汽的補給，這樣間歇煉鋼電爐余熱鍋爐+燃氣鍋爐聯(lián)產(chǎn)蒸汽的創(chuàng)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(jiān)測，對余熱鍋爐和燃氣鍋爐供汽系統(tǒng)流量進展聯(lián)合自動漸變掌握，當余熱鍋爐蓄熱器的壓力到達肯定供汽條件時，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削減至零，再由燃氣鍋爐同步從零漸變增大到滿負荷的方式進展運行，即可實現(xiàn)對間歇煉鋼電爐余熱所產(chǎn)蒸汽的利用；燃氣鍋爐還可為蓄熱器進展預充汽，當煉鋼爐從冷啟熔開頭所產(chǎn)蒸汽的壓力只要到達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(tài)，以滿意大型雙真空鍛造鋼錠的生產(chǎn)要求；在分汽缸的出口設有調(diào)壓裝置，以滿意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(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)的二次開放式循環(huán)系統(tǒng)的旁路，不需另設水源供水泵；熱泵水源旁路系統(tǒng)與二次開放循環(huán)冷卻系統(tǒng)處于并聯(lián)狀態(tài)，互為備用安全牢靠別無它慮；旁路系統(tǒng)中還串接了管道增加泵，以滿意熱泵對水源壓力的要求；采暖面積大，為30km2。依據(jù)我國目前水源熱泵的制熱水平及其牢靠性，本設計選用一級電驅(qū)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576m/h，一個采暖期可節(jié)標煤約1700t。本創(chuàng)新設計說明，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)隱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(fā)利用應引起重視；當高溫熱泵機組運行牢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”系指實行了“地溝軸流式通風方式”、“工業(yè)爐排煙方式及其余熱利用”等2項納新以吐故的創(chuàng)新技術(shù)，以使本工程與國內(nèi)外同行業(yè)相比，高溫區(qū)通風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地溝軸流式通風方式的創(chuàng)新本項創(chuàng)新不在于地溝軸流式通風方式技術(shù)本身，而在于在國內(nèi)外同行業(yè)首次采納了流體力學模型計算（CFD）技術(shù)。面對煉鑄鋼多連跨廠房惡劣的通風條件，采納傳統(tǒng)的通風方式已難于滿意要求，為此就車間的溫度場進展了流體力學模型計算，以尋求新的解決方案。但限于計算機的力量和軟件的水平，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(jù)此針對最高溫度區(qū)設置了2條地下通風地溝，以人為地進展新空氣的補給。采納軸流式通風機，總風量為1350km3/h，亦取得了非常滿足的效果。其中1條通風地溝設在連續(xù)混砂機軌道根底之下，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)新本項創(chuàng)新在于對全部工業(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、時序脈沖式掌握燃燒、套筒單座式換向閥、纖維氣動壓緊軟密