謝天寶
(濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司煉鐵廠,山東 濟(jì)南 250101)
濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司煉鐵廠現(xiàn)有球團(tuán)豎爐3臺(tái),導(dǎo)風(fēng)墻水梁采用氣化冷卻結(jié)構(gòu),與水梁聯(lián)通的汽包產(chǎn)生蒸汽量大約為13t/h,除少量蒸汽用于冬季采暖外,大部分蒸汽直接排放到大氣,極大地浪費(fèi)了能源,并產(chǎn)生較大的噪聲和熱污染。為此濟(jì)鋼采用螺桿膨脹動(dòng)力技術(shù),建立球團(tuán)余熱發(fā)電機(jī)組(圖1),有效利用了這部分低溫余熱資源。工藝參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 球團(tuán)螺桿膨脹動(dòng)力發(fā)電機(jī)工藝參數(shù)
在球團(tuán)螺桿膨脹發(fā)電投運(yùn)初期,由于球團(tuán)余熱發(fā)電工藝參數(shù)和工藝操作匹配不當(dāng),機(jī)組運(yùn)行效率較低,系統(tǒng)蒸汽壓力在0.25~0.5MPa之間頻繁變化,機(jī)組發(fā)電量約為110kW·h,月發(fā)電量?jī)H為8萬(wàn)kW·h,不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其原因分析如下。
(1)球團(tuán)余熱產(chǎn)生的蒸汽熱源比較分散,蒸汽在輸送過(guò)程中損耗較大;
(2)蒸汽溫度和壓力較低,屬于低品質(zhì)蒸汽;
(3)蒸汽速度波動(dòng)較大。
在汽包補(bǔ)水過(guò)程中汽包產(chǎn)生蒸汽的速度迅速下降,造成發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率低下;在汽包補(bǔ)水完成后,蒸汽速度迅速上升,極有可能造成發(fā)電機(jī)組跳閘。
1.模型的假設(shè)
(1)豎爐爐況穩(wěn)定,熱工參數(shù)保持不變,蒸汽產(chǎn)生速度近似不變。
(2)發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,油壓、水壓保持穩(wěn)定,進(jìn)口調(diào)節(jié)閥門(mén)可靠運(yùn)行。
(3)汽包設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,液位計(jì)、壓力表顯示準(zhǔn)確,安全閥、放散閥可靠運(yùn)行。
(4)環(huán)境溫度基本穩(wěn)定,環(huán)境溫度對(duì)蒸汽管路的影響可以忽略。
(5)試驗(yàn)過(guò)程中,汽包蒸汽放散閥門(mén)開(kāi)度關(guān)閉。
2.符號(hào)說(shuō)明
M——產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量;
h——汽包液位;
i——豎爐汽包號(hào)碼。
3.模型建立
(1)汽包上水量。
如圖2所示,汽包軟水吸收水梁熱量變成蒸汽返回汽包。汽包產(chǎn)生蒸汽的速度等于汽包水消耗的速度(即汽包上水速度),液位低于200mm,汽包上水,液位高于400mm停止上水。表2為各豎爐汽包單次上水和消耗時(shí)間。
表2 汽包運(yùn)行參數(shù)
(2)曲線擬合。
以3#汽包為例(見(jiàn)表3),計(jì)算汽包產(chǎn)生蒸汽的速度。利用Matlab軟件,對(duì)蒸汽產(chǎn)生曲線進(jìn)行擬合(圖3)。
表3 3#汽包液位變化表
(3)汽包蒸汽產(chǎn)生的速度。
根據(jù)曲線模型可以大致推測(cè)出蒸汽產(chǎn)生速度大致符合冪函數(shù),利用冪函數(shù)對(duì)3#汽包蒸汽產(chǎn)生速度進(jìn)行擬合。
擬合模型函數(shù)(3#汽包蒸汽在x時(shí)刻產(chǎn)生的瞬時(shí)速度)(見(jiàn)圖4):
同理,2#汽包蒸汽產(chǎn)生速度方程:
4#汽包蒸汽產(chǎn)生速度方程:
模型驗(yàn)證:根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),汽包在液位低于200mm時(shí)給汽包補(bǔ)水,大量冷水補(bǔ)充入水梁,蒸汽產(chǎn)生速度迅速下降,在汽包補(bǔ)水完成正常運(yùn)行后,蒸汽產(chǎn)生速度逐漸上升。
模型與實(shí)際生產(chǎn)相吻合,模型基本有效。由于3臺(tái)豎爐大小存在差異,熱參數(shù)不一樣,3臺(tái)汽包產(chǎn)生蒸汽速度略有差異。
(4)系統(tǒng)模型的組合狀態(tài)。
各汽包上水時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間存在差異,根據(jù)各汽包產(chǎn)生蒸汽的函數(shù)方程,對(duì)汽包上水和運(yùn)行時(shí)間蒸汽產(chǎn)生速度取中運(yùn)算(表4)。
表4 t/h
根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)進(jìn)汽流量9t/h,最大10t/h(如表5所示),序號(hào)1、4、8組合,不能滿足發(fā)電機(jī)進(jìn)汽要求,需調(diào)整汽包放散閥。
①組合1狀態(tài),也就是3臺(tái)豎爐同時(shí)上水時(shí),蒸汽產(chǎn)生速度小于9t/h。
②組合4、8狀態(tài),也就是3#、4#汽包正常運(yùn)行狀態(tài),3臺(tái)汽包蒸汽產(chǎn)生速度大于10t/h,根據(jù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù),適當(dāng)打開(kāi)2#汽包放散閥門(mén)。
③組合2、3、5、6、7狀態(tài),蒸汽產(chǎn)生速度滿足發(fā)電機(jī)要求。
根據(jù)得到的系統(tǒng)模型的組合狀態(tài)進(jìn)行分析,對(duì)球團(tuán)余熱發(fā)電工藝參數(shù)和工藝操作進(jìn)行匹配。
表5 3臺(tái)汽包運(yùn)行蒸汽產(chǎn)生速度匯總 t/h
(1)3臺(tái)豎爐同時(shí)上水時(shí),蒸汽產(chǎn)生速度小于9/h,系統(tǒng)蒸汽壓力大幅度下降。關(guān)閉2#汽包放散閥門(mén),把3臺(tái)汽包產(chǎn)生蒸汽全部用于發(fā)電。
(2)3#、4#汽包正常運(yùn)行狀態(tài),2#汽包上水或運(yùn)行狀態(tài),3臺(tái)汽包蒸汽產(chǎn)生速度大于10t/h,系統(tǒng)蒸汽壓力在安全閥上限運(yùn)行。打開(kāi)2#汽包放散閥門(mén)至50%。
(3)3臺(tái)豎爐正常生產(chǎn)情況下,確保3#、4#汽包放散閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài),使3#、4#汽包回汽閥門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)。
(4)單臺(tái)豎爐停產(chǎn)或檢修狀態(tài)下,關(guān)閉該爐座汽包放散閥和回汽閥門(mén),避免系統(tǒng)蒸汽回灌。
自2008年6月正式投產(chǎn)以來(lái),該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。通過(guò)球團(tuán)余熱發(fā)電系統(tǒng)的建立,球團(tuán)余熱蒸汽污染得到解決,并得到8萬(wàn)kW·h的月發(fā)電收益;通過(guò)球團(tuán)余熱發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化,發(fā)電工藝參數(shù)和工藝操作得到匹配,系統(tǒng)蒸汽壓力穩(wěn)定在3.5~4MPa,小時(shí)發(fā)電量從原來(lái)110kW·h上升到170kW·h左右,月發(fā)電量從8萬(wàn)kW·h上升到平均12萬(wàn)kW·h,大大提高了球團(tuán)余熱發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率,降低了能耗,減少了噪聲和熱污染。