劉 磊，馬占朋，杜學忠，佟興強，楊星輝

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

高品質(zhì)蒸汽是鋼鐵公司生產(chǎn)中必不可少的能源介質(zhì)，噸鋼的蒸汽消耗也是其重要的能源成本之一，合理、有效的利用這些蒸汽的余能、余熱，是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，節(jié)能減排的重要手段[1]。

大型鋼鐵企業(yè)設計有不同參數(shù)等級的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，其蒸汽主要來自于自備熱電廠的抽汽，余熱鍋爐,干熄焦爐等設備，根據(jù)各產(chǎn)線或工藝的不同，對蒸汽參數(shù)的需求也有所不同，其中中低壓蒸汽的用量占絕大比例，但是生產(chǎn)用戶供給管網(wǎng)的蒸汽參數(shù)遠高于其管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)，因此只能通過減溫減壓器進行調(diào)節(jié)，但是減溫減壓器的介入就不可避免的會帶來一定程度的熱能損失，能量浪費，因此在此領域的余能利用仍具有很大的節(jié)能潛力可挖掘[2]。

1 公司蒸汽現(xiàn)狀

某北方大型鋼鐵公司能源發(fā)電系統(tǒng)配套設計有2臺300 MW發(fā)電機組，該機組汽輪機設計有3段抽汽外送蒸汽管網(wǎng)能力，單臺機組最大抽汽量可達80 t/h，三抽蒸汽經(jīng)減溫減壓后送至公司中壓蒸汽管網(wǎng)。公司蒸汽管網(wǎng)平衡與公司產(chǎn)線檢修、季節(jié)性變化、煤氣量調(diào)整等多方因素緊密相連，波動性大，調(diào)整頻率高，尤其進入夏季，300 MW機組幾乎無需外送蒸汽。

當300 MW機組無外送蒸汽時，汽輪機排汽量增大，凝汽器真空降低，機組整體熱效率降低。因此，若能將夏季工況這部分抽汽能力加以合理分配利用或是將外送蒸汽減溫減壓損失的能量回收、利用，使此二次能源達到更大效益，每年也能創(chuàng)造出可觀的價值，因此著實需要一種可靠有效的方式將此解決。

2 抽汽帶發(fā)電機組項目研究

2×300 MW機組三段抽汽年度外送蒸汽量很大（約50萬t/a），三抽蒸汽壓力1.65 MPa、溫度428℃、焓值3314.8 kJ/kg，經(jīng)減溫減壓器后壓力0.8～1 MPa、溫度≤300 ℃、焓值＜3051.7 kJ/kg，最后送至中壓蒸汽管網(wǎng)。

由于減溫減壓器的投運伴隨蒸汽能量的損失，如何將此部分損失的能量轉(zhuǎn)化為其它能量（如電能）三抽外送蒸汽具有較高的焓值，也就是具有一定的做功能力，可考慮根據(jù)此蒸汽參數(shù)設計一套余熱汽輪發(fā)電機組，綜合考慮公司內(nèi)管網(wǎng)蒸汽季節(jié)性波動情況，選擇純凝式或背壓式發(fā)電機組，現(xiàn)任意選取某一年各月三抽外送蒸汽量數(shù)據(jù)，見表1。

表1 2×300MW機組三段抽汽月度合計外供蒸汽總量 t

通過表1可看出，每年5～10月有近6個月的時間機組外送管網(wǎng)蒸汽量很小，機組具有很大的抽汽余量，余能二次利用可挖掘空間很大。

3 增設凝汽式發(fā)電機組

若公司管網(wǎng)內(nèi)余熱爐、干熄焦等設備產(chǎn)汽量較大，除冬季外其它季節(jié)不需要2×300 MW機組外送蒸汽或供汽較小時，可考慮增設一臺純凝式汽輪機發(fā)電機組。

純凝式汽輪機發(fā)電機組技術參數(shù)如下：

汽輪機型式：低壓、沖動、凝汽式、無調(diào)節(jié)級、滑壓式、可大范圍內(nèi)滑參數(shù)運行。

型號：N25—1.56/430；

功率等級：25 MW；

最大功率：25 MW；

額定功率：23 MW；

額定電壓：10.5 kV；

轉(zhuǎn)速：3000 r/min；

汽輪機進口蒸汽溫度：428℃；

汽輪機進口蒸汽壓力：1.6 MPa；

額定進汽量：100 t/h；

最大進汽量：110 t/h；

設計排汽壓力：7 kPa。

此機組用閉式冷卻水、儀用壓縮風等系統(tǒng)均可取自2臺300 MW機組輔機或公司其它管網(wǎng)系統(tǒng)供給，除汽輪機發(fā)電機組本體外機組僅需單獨設置調(diào)速油、潤滑油、各保護裝置、軸封均壓箱、母管蒸汽調(diào)閥、疏水閥、進汽卸荷裝置等設備。

汽輪機排汽與300 MW主機凝汽器相連，也可根據(jù)現(xiàn)場情況需要單獨設計新凝汽器，無需設計過多的輔助系統(tǒng)。汽輪機凝結水、軸封疏水、進汽疏水等最終送回至300 MW機組凝汽器熱井，實現(xiàn)汽水系統(tǒng)循環(huán)利用（見系統(tǒng)圖1）。

圖1 抽汽帶純凝機組系統(tǒng)圖

按照此年度蒸汽負荷，2×300 MW機組每年5月～10月至少具備外送蒸汽能力（三抽外送蒸汽量按設計值75%負荷計算）529920 t蒸汽（可外送120 t/h），而按照此年此6個月外需蒸汽129483 t，機組富裕400437 t蒸汽余能未得到充分利用。若新增抽汽帶純凝機組投運，在保證外送蒸汽經(jīng)旁路減溫減壓器送至管網(wǎng)，富裕蒸汽進入汽輪機滑參數(shù)運行，僅此半年（5～10月）就至少可增加發(fā)電量約92100.51 MW發(fā)電量（理論值），去除低負荷效率損失，至少增加發(fā)電量約90000 MW即9000萬kWh，由于300 MW抽汽工況與非抽汽工況的發(fā)電煤耗差異很小，因此此部分發(fā)電量基本為余能增容改造，若生產(chǎn)運行穩(wěn)定，預計4～5年內(nèi)即可收回建設成本。

4 增設背壓式發(fā)電機組

若公司管網(wǎng)蒸汽需求量大，且需求周期較長，采用抽汽帶純凝式發(fā)電機組的年運行小時數(shù)較低，可考慮設計增加一臺背壓式汽輪機發(fā)電機組。此背壓發(fā)電機組與原三抽減溫減壓器設備并聯(lián)，減溫減壓器處于備用狀態(tài)，用背壓發(fā)電機組代替三抽減溫減壓器，將三抽蒸汽熱能部分做功后再送至蒸汽管網(wǎng)，達到余能二次利用，回收減溫減壓損失。

背壓式汽輪機發(fā)電機組技術參數(shù)如下：

汽輪機型式：低壓、沖動、背壓式、無調(diào)節(jié)級、滑壓式、可大范圍內(nèi)滑參數(shù)運行。

型號：B4-1.5/0.8；

功率等級：6 MW；

最大功率：6 MW；

額定功率：4 MW；

額定電壓：10.5 kV；

轉(zhuǎn)速：3000 r/min；

汽輪機進口蒸汽溫度：428℃；

汽輪機進口蒸汽壓力：1.6 MPa；

額定進汽量：110 t/h；

最大進汽量：120 t/h；

設計排汽壓力：0.8 MPa；

設計排汽溫度：295℃。

此背壓機組輔機系統(tǒng)、油系統(tǒng)、保護裝置等設備與純凝式并無較大區(qū)別，但汽輪機排汽無需與大機凝汽器相連，更無需設計凝汽器（見系統(tǒng)圖2）。

若增設背壓式汽輪機發(fā)電機組，設備投資較低，且機組年運行小時數(shù)遠高于純凝式機組，也無需考慮在冬季采暖負荷期的停機情況，按照此年度外送蒸汽總量513437 t蒸汽，可增加發(fā)電量18670.4 MW（理論值），去除低蒸汽負荷效率損失，至少增加發(fā)電量約18000 MW即1800萬kWh，預計6～7年可收回建設成本。

圖2 抽汽帶背壓機組系統(tǒng)圖

5 兩種型式機組的優(yōu)缺點及隱患問題分析

純凝式機組優(yōu)點：機組效率高，發(fā)電量大，其汽輪機排汽與蒸汽管網(wǎng)分離，不受管網(wǎng)蒸汽參數(shù)波動影響，進而對300 MW機組的蒸汽波動量影響較小，穩(wěn)定性高，年度檢修時間長。

缺點：季節(jié)波動性大，需根據(jù)蒸汽管網(wǎng)需求，隨時調(diào)整負荷或停機，受制約性強，年運行小時數(shù)少，機組年度啟停次數(shù)多，尤其到冬季最為明顯。

背壓式機組優(yōu)點：運行方式穩(wěn)定，受季節(jié)性變化影響較小，系統(tǒng)簡單，可長期穩(wěn)定運行，年運行小時數(shù)長。

缺點：效率低，發(fā)電量小，機組排汽與管網(wǎng)連接，受管網(wǎng)蒸汽參數(shù)波動影響大，進而會對300 MW汽輪機主蒸汽調(diào)閥的波動量及真空造成一定影響，對進汽卸荷裝置可靠性要求較高，年度檢修時間很短。

大型鋼鐵行業(yè)可根據(jù)自己蒸汽能源系統(tǒng)的平衡情況及季節(jié)性的變化，綜合考慮選擇何種機組型式，進而為公司創(chuàng)造更大效益。

6 結束語

縱觀我國各大鋼鐵公司在對能源回收、二次利用等方面較之國外先進鋼鐵公司還有較大差距，可挖掘潛力很大。若要提高我國鋼鐵公司內(nèi)余熱能源的利用率，除加快對落后設備的改造外，還應積極推廣余熱節(jié)能技術和思想的普及，其次，要緊跟國內(nèi)外余熱利用新技術的研究發(fā)展方向，積極開發(fā)新技術，回收更多的以前沒有利用的余熱資源，為公司創(chuàng)造更大效益。