張明明（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司動力廠，天津300301）

0 引言

深度利用能源一直是鋼鐵企業(yè)在近年來研究并實(shí)踐的重大課題，也是鋼鐵企業(yè)擺脫自身困境，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的主要途徑之一。在全球能源日益緊缺和鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能過剩的今天，采用新型節(jié)能減排技術(shù)改造或替代原有能源利用不充分的環(huán)節(jié)，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效，提高能源利用效率的關(guān)鍵。本文主要介紹了天鋼動力廠利用新型的螺桿發(fā)電技術(shù)替代原有常規(guī)減溫減壓裝置，將螺桿排汽并入原減溫減壓后的低壓蒸汽管道，將減溫減壓裝置作為備用，既可使螺桿發(fā)電機(jī)組利用中溫中壓蒸汽熱能產(chǎn)生發(fā)電收益，又可為螺桿機(jī)組提供備機(jī)保證；同時，除將螺桿排汽并入低壓蒸汽管道外，還可直接并入廠內(nèi)低壓發(fā)電機(jī)組，為生產(chǎn)部門提供多元化的生產(chǎn)調(diào)整模式。

1 常規(guī)減溫減壓裝置介紹

由于整體設(shè)計(jì)較早，且當(dāng)時沒有有效可靠的能源利用方式，本企業(yè)利用減溫減壓裝置將3臺140t/h鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽的小部分減壓成低溫低壓蒸汽供生產(chǎn)使用。其原理為中溫中壓蒸汽經(jīng)過減溫減壓一體式調(diào)節(jié)閥經(jīng)噴水減溫和擴(kuò)容降壓，變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝üぷ髟硪妶D1）。根據(jù)季節(jié)的不同，減溫減壓裝置的送出量為30～80 t/h不等。中溫中壓蒸汽參數(shù)為：壓力3.5 MPa，溫度450℃；低溫低壓蒸汽參數(shù)為：壓力0.5～0.8 MPa，溫度200～250℃。中溫中壓蒸汽的熱能未得到有效的階梯利用，就直接變?yōu)榈蛪赫羝斐闪四茉吹睦速M(fèi)。

圖1 天鋼動力廠減溫減壓裝置熱力系統(tǒng)圖

2 螺桿發(fā)電機(jī)組介紹及特性

2.1 螺桿動力機(jī)基本工作原理

螺桿動力機(jī)本體的基本部件是一對螺桿和機(jī)殼，工作原理見圖2。熱能工質(zhì)首先進(jìn)入到螺桿齒槽A，推動陰陽兩螺桿向相反方向轉(zhuǎn)動，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動，齒槽 A旋轉(zhuǎn)到 B、C、D的位置，行程逐漸加長，容積增大，工質(zhì)降壓降溫膨脹(閃蒸)做功，最后從齒槽E排出，功率從主軸陽轉(zhuǎn)子輸出，通過膜片式聯(lián)軸器連接發(fā)電機(jī)主軸，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

圖2 螺桿動力機(jī)轉(zhuǎn)子做功過程圖

2.2 螺桿發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)組成

螺桿發(fā)電機(jī)組由螺桿動力機(jī)組本體、調(diào)速系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、自動危急保護(hù)系統(tǒng)等組成。調(diào)速系統(tǒng)主要由一套控制系統(tǒng)控制主調(diào)節(jié)閥和微調(diào)節(jié)閥（兩閥為主、旁路關(guān)系）實(shí)現(xiàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制。主調(diào)節(jié)閥適用于機(jī)組啟動過程和大幅度負(fù)荷調(diào)整的工況，微調(diào)節(jié)閥適用于機(jī)組并網(wǎng)和小幅度負(fù)荷調(diào)整的工況。潤滑油系統(tǒng)主要由油泵、過濾器和穩(wěn)壓閥組成，對動力機(jī)軸瓦起到潤滑和軸瓦冷卻的作用。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為油系統(tǒng)冷卻和機(jī)封冷卻，油系統(tǒng)冷卻用于對軸瓦潤滑過后的高溫潤滑油進(jìn)行冷卻；機(jī)封冷卻水用于對動力機(jī)前后機(jī)封的冷卻。自動危急保護(hù)系統(tǒng)由聯(lián)鎖保護(hù)程序和快速切斷閥組成，機(jī)組重要參數(shù)達(dá)到聯(lián)鎖停機(jī)值時，快速切斷閥快速自動關(guān)閉，保護(hù)機(jī)組。

2.3 螺桿發(fā)電機(jī)組主要特點(diǎn)

螺桿動力機(jī)作為一種新型的能源動力機(jī)，對工質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)從高品質(zhì)蒸汽到低位熱能的不同形態(tài)的工質(zhì)，主要具有以下4方面的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）螺桿發(fā)電機(jī)組具有明顯的降壓減溫作用，可用于多種形式的熱能工質(zhì)的階梯利用，將熱能轉(zhuǎn)化為電能，避免因直接減溫減壓造成的能源浪費(fèi)。

（2）對進(jìn)入螺桿機(jī)組的做功工質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿足多種形態(tài)下的熱能工質(zhì)，通常情況下螺桿動力機(jī)能夠同時在汽液混合和較高溫度熱水的低品位工質(zhì)，及在飽和蒸汽、過熱蒸汽的中高品位工質(zhì)下穩(wěn)定工作，機(jī)組故障率低。

（3）對負(fù)荷變化和汽源參數(shù)變化的適應(yīng)性很強(qiáng)。螺桿動力機(jī)可以允許負(fù)荷和汽源在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)波動變化，機(jī)器照常工作，而且工作效率降幅很小，與設(shè)計(jì)值接近，能維持穩(wěn)定的高效率，運(yùn)轉(zhuǎn)依然平穩(wěn)、安全、可靠。本文利用了螺桿機(jī)的這一優(yōu)點(diǎn)，對螺桿排汽開展多元化利用。

（4）螺桿動力機(jī)開機(jī)前先對機(jī)組暖機(jī)，暖機(jī)過程無需盤車，主軸不易變形。機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，振動較小，聯(lián)鎖保護(hù)裝置可靠，故障率低，可實(shí)現(xiàn)無人值守。

3 螺桿發(fā)電機(jī)組在天鋼的應(yīng)用

天鋼動力廠一、二期共配備3臺JG-140/3.82-Q型燃?xì)忮仩t，主燒高爐煤氣，每臺鍋爐額定蒸發(fā)量為140 t/h，為3臺高爐汽動鼓風(fēng)機(jī)組和1臺中壓發(fā)電機(jī)組提供高品質(zhì)中溫中壓蒸汽。設(shè)計(jì)2套噴水減溫減壓裝置，將小部分中溫中壓蒸汽減壓為0.5～0.8 MPa低溫低壓蒸汽，供蒸汽外網(wǎng)生產(chǎn)使用。夏季用汽量約為30 t/h左右，冬季用汽量約為80 t/h左右。由于直接由中溫中壓蒸汽變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝?，此部分蒸汽存在較大熱能未得到有效利用。為充分利用此部分熱能，利用螺桿發(fā)電機(jī)組對此部分蒸汽做功發(fā)電，中溫中壓蒸汽做功后焓值降低，變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝?jīng)螺桿排汽排出。此過程只利用蒸汽熱能，并不消耗蒸汽，幾乎無運(yùn)行成本，螺桿排汽可直接并入原低壓蒸汽管網(wǎng)。

螺桿機(jī)組選型。由于廠家在合同簽訂階段未試驗(yàn)出匹配本單位中溫中壓蒸汽參數(shù)（壓力3.5MPa，溫度450℃）的成熟機(jī)組，選用2臺該廠型號為SEPG500-1700/1500-1.65-S螺桿發(fā)電機(jī)組，單臺裝機(jī)功率為1 700 kW，實(shí)際發(fā)電功率為1 600 kW，額定進(jìn)汽量為40 t/h的應(yīng)用較為成熟的螺桿發(fā)電機(jī)組，來替代減溫減溫裝置。該機(jī)組參數(shù)額定進(jìn)汽壓力為2.34 MPa，額定進(jìn)汽溫度為296℃ ，額定排汽壓力為0.84 MPa，額定排汽溫度為206℃，能夠滿

TIANJ IN METALLURGY足低壓蒸汽管網(wǎng)的用汽需求（螺桿排汽在0.5～0.8 MPa可調(diào)）。為適應(yīng)該機(jī)組，需在機(jī)組前加裝減溫器，將介質(zhì)調(diào)整為2.34 MPa的中溫中壓蒸汽，滿足該機(jī)組的需要，系統(tǒng)圖見圖3。機(jī)組運(yùn)行后，將螺桿排汽并入低壓蒸汽網(wǎng)管，關(guān)閉原減溫減壓裝置的出口閥，將原減溫減壓裝置作為備用。既滿足了工藝要求和生產(chǎn)的需要，又實(shí)現(xiàn)了能源的階梯利用，取得了大量發(fā)電收益，屬于節(jié)能推廣型技術(shù)。

圖3 天鋼動力廠螺桿發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)圖

4 螺桿排汽的多元化生產(chǎn)模式

螺桿發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行之后，取代了原減溫減壓裝置，取得了較大的發(fā)電收益，提高了天鋼的自發(fā)電率。同時，也探索出了包括用螺桿排汽作為低壓發(fā)電新汽的多種生產(chǎn)調(diào)節(jié)模式，使生產(chǎn)調(diào)整更加靈活，效益達(dá)到最大化，降低了能源消耗。

4.1 螺桿排汽送低壓蒸汽管網(wǎng)

在夏季或需求30～40t/h蒸汽量時，可安排啟動1臺螺桿發(fā)電機(jī)組并將螺桿排汽直接并入低壓蒸汽管網(wǎng)，將減溫減壓裝置出口閥關(guān)閉，使減溫減壓裝置處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)螺桿發(fā)電機(jī)組故障停機(jī)時，可迅速開啟減溫減壓裝置的出口閥，降低低壓蒸汽管網(wǎng)壓力波動，減小生產(chǎn)影響。在螺桿機(jī)組故障恢復(fù)后，再將螺桿機(jī)組并入，減溫減壓裝置熱備用。

4.2 螺桿排汽送低壓發(fā)電

天鋼動力廠配備1臺低壓余熱回收發(fā)電機(jī)組，發(fā)電量每小時6 000 kW，蒸汽進(jìn)汽參數(shù)為壓力0.8～1.0 MPa，進(jìn)汽溫度180～200℃，進(jìn)汽流量40 t/h左右，螺桿排汽能夠與之相匹配。在低壓發(fā)電汽源不穩(wěn)定導(dǎo)致低壓發(fā)電無法正常開啟時，可安排啟動1臺螺桿發(fā)電機(jī)組，并將螺桿排汽通過閥門切換直接并入低壓發(fā)電機(jī)組，作為機(jī)組的汽源進(jìn)行二次發(fā)電。在實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能階梯利用取得大量發(fā)電收益的同時，大大提高了天鋼的自發(fā)電率。低壓蒸汽發(fā)電做功后的凝結(jié)水送入本廠除鹽水站補(bǔ)水池，實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用，年可節(jié)約優(yōu)質(zhì)水量達(dá)30萬t，同時還可以改善補(bǔ)水池水質(zhì)，降低除鹽水制水成本。

4.3 螺桿排汽同時送低壓蒸汽管網(wǎng)和低壓發(fā)電

在低壓蒸汽管網(wǎng)需求量較大時，可安排開啟2臺螺桿發(fā)電機(jī)組，并將螺桿排汽同時接入低壓蒸汽管網(wǎng)和低壓發(fā)電，能夠同時滿足低壓管網(wǎng)和低壓發(fā)電用汽，兼顧生產(chǎn)和低壓發(fā)電，創(chuàng)造最大效益。

5 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算與分析

螺桿發(fā)電機(jī)組代替減溫減壓裝置在天鋼動力廠的應(yīng)用，使原來中溫中壓蒸汽變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝麚p失的熱能得到了充分利用，響應(yīng)了在當(dāng)前形勢下節(jié)能減排的號召，在取得良好社會效益的同時，又取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，提高了自發(fā)電率。

天鋼動力廠單臺螺桿發(fā)電機(jī)組裝機(jī)功率為1 700 kW，實(shí)際發(fā)電功率為1 600 kW，根據(jù)生產(chǎn)情況不同，機(jī)組年均發(fā)電量可達(dá)1 814×104kW·h。按照0.65元/kW·h計(jì)算，全年發(fā)電收益=1 814×104kWh×0.65元/kW·h=1 179萬元。

低壓發(fā)電機(jī)組因用螺桿機(jī)組供汽，年增開2 100 h，發(fā)電量可達(dá) 1 260×104kWh，按照 0.65 元/kW·h計(jì)算，全年發(fā)電收益=1 260×104kW·h×0.65元/kW·h=819萬元。

年綜合收益可達(dá)1998萬元。

6 結(jié)論

螺桿發(fā)電機(jī)組代替減溫減壓裝置，在實(shí)現(xiàn)了能源階梯利用的同時，也取得了發(fā)電收益，提高了天鋼的自發(fā)電率，年發(fā)電量可達(dá)1 814×104kW·h，年發(fā)電量折合標(biāo)煤約6 349 t（折算系數(shù)取0.35 kg/kW·h），每年可減少一氧化碳排放量約15 056 t/a（折算系數(shù)取0.83 kg/kW·h），創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時對環(huán)境保護(hù)起到了積極的作用。創(chuàng)新了螺桿發(fā)電機(jī)組與低壓蒸汽管網(wǎng)、低壓發(fā)電機(jī)組之間多種調(diào)節(jié)模式，為生產(chǎn)提供了更加靈活的調(diào)整方式。對螺桿機(jī)組減溫器前的蒸汽階梯熱能還未得到有效利用，將繼續(xù)研究尋找合適的解決方案，實(shí)現(xiàn)能源的最大化利用。