翟國營

(安陽鋼鐵股份有限公司)

低壓飽和余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)在安鋼的應用實踐

翟國營

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼低壓飽和余熱蒸汽的利用現(xiàn)狀及存在的問題，對低溫余熱蒸汽的利用工藝進行了探討，總結(jié)了螺桿膨脹動力機在低壓飽和余熱蒸汽發(fā)電方面的應用實踐，提出了余熱蒸汽發(fā)電項目的設(shè)計建議。

低壓飽和余熱蒸汽 低溫余熱發(fā)電技術(shù) 螺桿膨脹動力機

0 前言

安陽鋼鐵股份有限公司(簡稱安鋼)是集焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼于一體的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，具備年產(chǎn)1 000萬噸鋼的生產(chǎn)能力，擁有豐富的余熱余能資源，“十一五”期間，安鋼已全面實現(xiàn)高品位余熱資源的高效回收利用，但一些低品位零散余熱如低壓余熱蒸汽尚未得到充分利用，隨著節(jié)能技術(shù)進步，對余熱蒸汽等低品位余熱資源進行深度開發(fā)利用已成為安鋼節(jié)能挖潛的重要方向。

1 安鋼余熱蒸汽現(xiàn)狀及問題

安鋼余熱蒸汽主要指轉(zhuǎn)爐和加熱爐余熱蒸汽，屬于低溫低壓飽和蒸汽，受生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)節(jié)奏和爐況條件的影響，這些蒸汽的溫度、壓力較低，產(chǎn)汽量不穩(wěn)定，參數(shù)波動較大，高效利用困難，除少量用于廠區(qū)供暖和澡堂、食堂外，大部分直接放散。據(jù)統(tǒng)計，在非采暖期，安鋼100 t轉(zhuǎn)爐、爐卷加熱爐、熱連軋加熱爐余熱蒸汽總放散量達50 t/h左右，余熱蒸汽資源情況見表1。

安鋼余熱蒸汽利用的主要問題有：

(1)缺乏穩(wěn)定的工藝用戶。余熱蒸汽品質(zhì)低，穩(wěn)定性差，不能直接作為工藝用汽被生產(chǎn)系統(tǒng)使用;

(2)缺乏穩(wěn)定的熱用戶。廠區(qū)供暖每年用汽時間不足4個月，澡堂、食堂是間歇用戶且用汽量很小;

(3)缺乏配套的余熱蒸汽吸收設(shè)施。

表1 余熱蒸汽資源情況

2 余熱蒸汽利用方向

余熱利用的總原則是，根據(jù)余熱資源的數(shù)量和品位以及用戶需求，盡量做到能級匹配，在符合技術(shù)經(jīng)濟條件下，選擇適宜的系統(tǒng)和設(shè)備，使余熱發(fā)揮最大效益。電能是一種使用方便、靈活的高級能，對于較低溫度的余熱，在沒有適當熱用戶的情況下，將其轉(zhuǎn)換成電能加以利用是一種有效的回收方案。就安鋼實際而言，將余熱蒸汽轉(zhuǎn)換成電能是減少蒸汽放散、提高利用價值的主要方向。

3 余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)選擇

國內(nèi)蒸汽發(fā)電主要有汽輪機技術(shù)和螺桿膨脹動力機技術(shù)，汽輪機一般適用于過熱蒸汽，對蒸汽品質(zhì)和汽源穩(wěn)定性要求高，廣泛用于大型熱力發(fā)電機組，對于波動較大的低壓飽和余熱蒸汽應用受限制。螺桿膨脹動力機驅(qū)動技術(shù)是適用于低品位余熱資源回收利用的節(jié)能新技術(shù)，已被列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄，與汽輪機相比，該技術(shù)具有以下優(yōu)點：(1)蒸汽適應性強，可同時適用于過熱蒸汽、飽和蒸汽和汽液兩相濕蒸汽; (2)對熱源波動適應性強，在蒸汽流量、壓力、溫度大范圍波動情況下仍能安全穩(wěn)定運行; (3)運行操作簡單，不暖機、不盤車、不飛車，可以直接沖轉(zhuǎn)啟動; (4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備布局緊湊，占地面積小，運行維護費用低; (5)適合回收低品位零散余熱建設(shè)小容量發(fā)電機組。

綜上所述，螺桿膨脹動力機發(fā)電技術(shù)更加適合安鋼的余熱蒸汽條件，更加符合安鋼實際。

4 項目實施

4.1 建設(shè)方案

安鋼100噸轉(zhuǎn)爐、爐卷加熱爐、熱連軋加熱爐相距較遠，生產(chǎn)控制相互獨立，蒸汽壓力也不同，集中利用受制約，因此，本項目采用分布式發(fā)電站建設(shè)方案，在各汽源附近分別建設(shè)匹配的發(fā)電機組，實現(xiàn)余熱蒸汽的就地轉(zhuǎn)換。

4.2 工藝方案

各汽源點的余熱蒸汽直接通過進汽管道及控制閥組進入螺桿機做功發(fā)電，發(fā)出的電能就近并入所在工序的同級電網(wǎng)直接利用，從螺桿機排出的乏汽進入冷凝系統(tǒng)被冷卻成軟水，軟水輸送至各汽源點的原汽化系統(tǒng)進行循環(huán)利用。乏汽冷凝系統(tǒng)主要包括冷凝器、冷卻塔、循環(huán)泵、風機等，采用循環(huán)冷卻水和空氣作為冷卻介質(zhì)。熱力系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

圖1 熱力系統(tǒng)圖

4.3 發(fā)電機組配置

根據(jù)余熱蒸汽供汽條件和現(xiàn)場實際，在各汽源點分別建設(shè)1套螺桿發(fā)電機組，主要設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 螺桿發(fā)電機組設(shè)計參數(shù)

4.4 項目建設(shè)

項目采用合同能源模式，由合同能源公司以總承包的方式負責項目建設(shè)及運營管理，承擔全部建設(shè)投資和運營費用，產(chǎn)生的節(jié)能效益由雙方按約定分享，項目總投資約1 500萬元，建設(shè)周期約6個月，于2013年建成投運。

5 項目運行及優(yōu)化

5.1 發(fā)電效果

項目投運后，發(fā)電機組能夠適應復雜多變的余熱蒸汽條件，在蒸汽壓力、溫度、流量大范圍波動的情況下仍能安全穩(wěn)定運行，發(fā)電效果達到了預期，螺桿發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)見表3。

表3 螺桿發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)

5.2 問題與不足

5.2.1 對余熱蒸汽產(chǎn)汽條件的變化估計不足。

本項目建成后，受產(chǎn)汽設(shè)施生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)節(jié)奏及設(shè)備狀況的影響，供汽條件發(fā)生較大變化，影響了機組能力發(fā)揮。主要表現(xiàn)在：(1)爐卷加熱爐由雙爐生產(chǎn)改為單爐生產(chǎn)，供汽量大幅減少，供汽壓力低于設(shè)計，發(fā)電負荷率僅40%左右;(2)熱連軋加熱爐爐況發(fā)生變化，汽化系統(tǒng)降壓運行，供汽壓力低于設(shè)計，供汽能力受影響，發(fā)電負荷率僅50%左右。

5.2.2 對軟水回收效益的不確定性估計不足。

軟水回收效益主要取決于軟水回收量和冷凝系統(tǒng)的運行費用，實際生產(chǎn)中，余熱蒸汽波動較大，經(jīng)常出現(xiàn)供汽量不足的情況，這時，軟水回收量減少，而冷凝系統(tǒng)的自耗電等運行費用基本不變，軟水回收成本高，沒有經(jīng)濟效益。

5.3 項目優(yōu)化

(1)余熱蒸汽優(yōu)化。針對爐卷發(fā)電機組余熱蒸汽量嚴重不足的問題，增建一套補汽系統(tǒng)，將附近150 t轉(zhuǎn)爐富余蒸汽作為補充汽源引入該機組，當補汽系統(tǒng)開啟時，機組采用雙路供汽可以滿負荷發(fā)電，發(fā)電效益大幅提升。

(2)軟水回收系統(tǒng)優(yōu)化。針對軟水回收成本高的問題，增設(shè)乏汽排空設(shè)施，將發(fā)電乏汽直接排放，不再采用強制冷卻工藝回收軟水，僅回收蒸汽做功和排放過程中自然析出的凝結(jié)水，這種方式雖然回收的軟水量較少，但回收成本幾乎為零。優(yōu)化后，發(fā)電機組對余熱蒸汽的適應性更強，運行控制更加簡單，運行費用大幅降低，發(fā)電節(jié)電效益顯著。

6 經(jīng)濟效益

該項目實現(xiàn)了100 t轉(zhuǎn)爐、爐卷加熱爐、熱連軋加熱爐余熱蒸汽的就地轉(zhuǎn)換與發(fā)電創(chuàng)效，解決了余熱蒸汽在非采暖期大量放散的問題，項目運行效果良好，節(jié)能效益顯著。2015年該項目累計凈發(fā)電938萬kWh，平均外購電價按0.6元/ kWh計算，年發(fā)電效益達563萬元。

7 建設(shè)經(jīng)驗與結(jié)論

(1)螺桿膨脹動力機發(fā)電技術(shù)對熱源波動適應性強，是低品質(zhì)余熱蒸汽發(fā)電的可靠技術(shù)。

(2)螺桿膨脹動力機的排汽含有大量汽化潛熱，乏汽冷凝費用較高，經(jīng)濟上不可取，因此，在不回收排汽余熱的情況下，余熱蒸汽螺桿發(fā)電應優(yōu)先采用乏汽直排工藝。

(3)余熱蒸汽發(fā)電項目設(shè)計應充分考慮余熱的不穩(wěn)定性，不宜按最大余熱量確定機組容量，否則容易造成能力浪費。

[1] 湯學忠主編.熱能轉(zhuǎn)換與利用[M].第2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2002：127-131.

[2] 國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄.第二批[M].國家發(fā)展和改革委員會，2009:56-58.

[3] 王曉玲.利用螺桿膨脹動力機回收蒸汽余熱發(fā)電[J].廣州化工,2010,38(7)：199-200.

THE APPLICATION PRACTICE OF LOW PRESSURE SATURATED WASTE HEAT STEAM POWER GENERATION TECHNOLOGY IN ANYANG STEEL

Zhai Guoying

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd.)

The current situation and existing problems of Angang's low pressure saturated waste heat steam are introduced and its application technology is discussed. The application practice of Screw expanding power machine in the low pressure saturated waste heat steam power generation is summarized and the design suggestion of waste heat steam power projects is presented.

low pressure saturated waste heat steam low temperature waste heat power generation technology screw expanding power machine

2016-6-21

*聯(lián)系人：翟國營，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保管理處;