劉子成

（攀鋼釩公司能動分公司能源規(guī)劃與節(jié)能技術室，四川攀枝花，617062）

前言

攀鋼釩能動分公司發(fā)電機組作為余熱余能綜合利用的調節(jié)性發(fā)電機組，已達到滿負荷發(fā)電狀態(tài)，其配套的鍋爐在最大程度地使用煤氣資源，基本未燒煤，高、焦爐煤氣仍出現(xiàn)了不同程度的富余。根據(jù)攀鋼釩公司余熱余能回收項目實施后的煤氣、蒸汽的平衡分析與計算，2018年-2020年間攀鋼釩公司煤氣富余68 GJ/h、低壓蒸汽富余70 t/h。這些能源無法有效利用，將造成極大的資源浪費、同時也造成環(huán)境污染。

根據(jù)國家相關政策，利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱、余壓生產(chǎn)的電力或熱力，可以享受增值稅即征即退政策。余熱余能綜合利用項目符合國家“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排”的基本國策，也是企業(yè)提高經(jīng)濟效益的重要途徑。

為此，攀鋼釩公司能動分公司利用富余煤氣生產(chǎn)的中壓蒸汽與富余的煉鋼飽和蒸汽，建設1臺30 MW雙壓余熱余能發(fā)電機組，增加公司發(fā)電量，提高公司經(jīng)濟效益。

1 雙壓余熱余能發(fā)電機組在行業(yè)的應用

本項目汽輪發(fā)電機組在理論上有低壓飽和、單缸雙壓、雙缸雙壓等多種機型可供選擇。實際上由于攀鋼余壓余能的特殊情況，市場上并不存在嚴格意義上的完全標準機組型號，而可類比參考的主要幾種機型為單缸雙壓、雙缸雙壓機型。目前幾個主要設備供應商（青島捷能、杭州中能、東汽、北重等）均采用定制設計的理念，依據(jù)自身技術特點和市場實際需求個性化開發(fā)相關產(chǎn)品。為進一步了解雙壓汽輪發(fā)電機組的選型、變工況運行穩(wěn)定性、項目投資及建設模式、建設周期等情況，組織相關人員進行對與本項目類似的汽輪機應用情況與汽輪家生產(chǎn)廠家進行了技術交流。相關情況見表1和表2。

經(jīng)與汽輪機廠家交流，雙壓汽輪機在技術上是可行的，且可實現(xiàn)此類型特殊機型達檢修周期安全穩(wěn)定運行，但主、補汽比例不能低于1:1。

本余熱余能發(fā)電工程以市場上存在的兩種主流機型即單缸雙壓機組和雙缸雙壓機組作為主機的比選方案。

表1 雙壓汽輪發(fā)電機組應用情況表

表2 與本項目類似汽輪機應用業(yè)績表

2 余熱余能發(fā)電工藝方案的比較

對于富余的70 t/h低壓蒸汽和68 GJ/h煤氣（通過能動分公司現(xiàn)有鍋爐燃燒煤氣生產(chǎn)20 t/h中壓蒸汽），有如下兩種工藝方案：

2.1 方案一

建設1套30 MW雙壓補汽式發(fā)電機組對低壓蒸汽和中壓蒸汽進行回收利用，根據(jù)雙壓補汽式發(fā)電機組制造的要求，雙壓補汽式汽輪機組，中壓蒸汽與低壓補汽比例不能低于1：1。為充分利用煉鋼富余70 t/h低壓汽，中壓蒸汽至少要達到70 t/h。為此，從現(xiàn)有中壓蒸汽系統(tǒng)補充50 t/h中壓汽用于本項目。

該套機組發(fā)電效率23.55%，發(fā)電成本0.1883元/kWh，年運行維護費208萬元，年增供電約1.2億kWh。投資約7000萬元。

2.2 方案二

針對70 t/h低壓蒸汽和20 t/h中壓蒸汽，分別建設1套10 MW飽和蒸汽發(fā)電機組和1套5 MW中溫中壓蒸汽發(fā)電機組加以回收利用。

兩套發(fā)電機組合計，發(fā)電效率21.7%，發(fā)電成本0.2983元/kWh，年運行維護費230萬元，年增供電約1.1億kWh。投資約8000萬元。

2.3 方案比較

方案一與方案二相比，方案一具有總投資少、總圖布置面積小、后期運行維護費用低、效益好等優(yōu)點，故本項目推薦方案一，建設1套30 MW雙壓補汽式發(fā)電機組。

3 汽輪發(fā)電機組選型方案比較

3.1 蒸汽溫度、壓力、流量參數(shù)

根據(jù)本項目富余煤氣（通過能動分公司鍋爐燃燒生產(chǎn)中壓蒸汽）和低壓飽和蒸汽的實際情況以及國內主要汽輪機廠的產(chǎn)品情況，本項目推薦汽機進汽方案為以中溫中壓蒸汽為主汽、低壓蒸汽過熱后做補汽。汽輪機蒸汽進口參數(shù)見表3。

表3 汽輪機蒸汽進口參數(shù)表

3.2 機組選型方案比較

根據(jù)以上設計參數(shù)及國內雙壓補汽式汽輪機的技術和實際運行情況，滿足本項目發(fā)電負荷要求的汽輪發(fā)電機組選型有以下兩種方案：

方案一：單缸雙壓方案

建設1臺30 MW單缸雙壓型汽輪機組。

主汽：利用攀鋼釩公司中壓蒸汽，以中溫中壓參數(shù)進入汽輪機組主汽門。

補汽：利用低壓飽和蒸汽經(jīng)“汽-汽”表面式換熱器過熱至220℃后進入汽輪機組補汽口；利用中壓蒸汽將低壓蒸汽從飽和蒸汽加熱至過熱蒸汽。

本項目利用廠區(qū)富余煤氣（通過能動分公司鍋爐燃燒生產(chǎn)中壓蒸汽）和低壓飽和蒸汽發(fā)電，并對冷凝水進行回收利用，一部分冷凝水回收至干熄焦余熱鍋爐除鹽水箱，一部分冷凝水回收至煉鋼廠轉爐余熱鍋爐軟水箱。

單缸雙壓發(fā)電汽輪機設計排汽量139.73 t/h；加熱蒸汽量4.56 t/h；機組中壓蒸汽量為74.56 t/h，低壓飽和蒸汽量為70 t/h。汽輪發(fā)電機組發(fā)電功率為28.86 MW。

方案二：雙缸雙壓方案

建設1臺30 MW雙缸雙壓型汽輪機組。

攀鋼釩公司中壓蒸汽先進入汽輪機中壓缸做功，中壓缸排汽同補汽用的低壓飽和蒸汽在缸外進行混合，然后一起進入低壓缸進汽口再次做功發(fā)電。低壓飽和蒸汽與中壓缸排汽在缸外直接混合，無表面式加熱器。

雙缸雙壓發(fā)電汽輪機設計排汽量138.19 t/h；考慮汽封蒸汽和汽水損失1.81 t/h；機組中壓蒸汽量為70.0 t/h，低壓飽和蒸汽量為70 t/h。汽輪發(fā)電機組發(fā)電功率為27.09 MW。

3.3 方案比較

方案一和方案二的比較見表4。

表4 選型方案一和方案二優(yōu)缺點比較表

結論：方案一（單缸雙壓機組）在技術合理性、安裝運行便利性和經(jīng)濟效益等方面普遍優(yōu)于方案二（雙缸雙壓機組），因此本項目推薦采用方案一（單缸雙壓機組）作為本可行性研究報告的推薦方案，即新建1臺30 MW單缸雙壓型汽輪機組。

本項目富余蒸汽供應充分，機組的設計及制造技術成熟可靠，可以保證機組長時間連續(xù)運行，推薦方案符合技術先進、運行可靠、經(jīng)濟合理的原則。

4 主機技術條件

4.1 汽輪發(fā)電機組設備

單缸雙壓補汽式汽輪機:1臺;

額定功率:30 MW;

額定進汽壓力:4.0MPa（a）;

額定進汽溫度:450℃;

額定進汽量:70 t/h;

額定補汽壓力:0.6MPa（a）;

額定補汽溫度:220℃（過熱后）;

額定補汽量:70 t/h;

汽輪發(fā)電機:1臺;

額定功率:30 MW。

4.2 熱平衡計算和主要技術經(jīng)濟指標

本項目余熱余能發(fā)電總裝機容量為1×30 MW，汽機排汽冷凝后進入新建凝結水池，然后通過泵加壓后進入煉鋼廠和干熄焦余熱鍋爐，以此擬定全廠原則性熱力系統(tǒng)，詳見表5、表6。

表5 汽水平衡表 t/h

表6 主要技術經(jīng)濟指標表

5 原則性熱力系統(tǒng)

5.1 主蒸汽系統(tǒng)

中壓蒸汽采用三路汽源，三路中壓蒸汽進入一個集汽集箱后再進入1臺30 MW汽輪發(fā)電機。集汽集箱上配備相應的電動切換閥、安全閥、放散閥等。另從集汽集箱引一路中壓汽進入低壓蒸汽加熱器，加熱后的中壓疏水進入飽和蒸汽蓄熱器。

低壓汽從新、老蓄熱器出口管道上分別接點并建設相應管道，最終形成母管，進入脫水裝置，脫水后進入低壓蒸汽加熱器，最后進入汽輪機，并配備相應的電動切換閥、放散閥。

5.2 低壓蒸汽加熱系統(tǒng)

本項目設置1臺低壓蒸汽加熱器，工作壓力為4.0 MPa（a），出力為70 t/h。加熱器的加熱蒸汽來中壓蒸汽。

5.3 凝結水系統(tǒng)

本項目汽輪機凝結水作為煉鋼汽化冷卻設施和干熄焦余熱鍋爐用水。機組配套新建1臺500 m3凝結水水池，冷凝水通過2臺增壓水泵分送至煉鋼汽化冷卻鍋爐和干熄焦鍋爐。

5.4 抽真空系統(tǒng)

凝汽器采用水環(huán)式真空泵抽真空系統(tǒng)。機組設置2臺水環(huán)式真空泵（采用節(jié)能泵）。機組啟動時，2臺水環(huán)式真空泵全部投入；機組正常運行時，2臺水環(huán)式真空泵1臺運行、1臺備用，系統(tǒng)運行可靠、經(jīng)濟實用。

5.5 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)

工業(yè)冷卻水取自廠區(qū)新水總管，經(jīng)工業(yè)水泵（采用節(jié)能泵）加壓后，進入汽輪發(fā)電機組的冷油器和空冷器，然后進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

為保證冷油器和空冷器的清潔，在冷油器和空冷器的進口處分別設有濾水器。

5.6 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)水泵（采用節(jié)能泵）由吸水井將循環(huán)水吸出送入汽機凝汽器中，熱水送至玻璃鋼冷卻塔冷卻，冷卻后的水自流返回吸水井中重復使用。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設有支路為冷油器和空冷器供冷卻水，形成工業(yè)水與循環(huán)水兩路水源，互為備用。

5.7 疏、放水系統(tǒng)

熱力系統(tǒng)管道的疏水排入本項目設置的疏水擴容器，疏水擴容器的二次蒸汽直接排空；疏水擴容器的疏水排入廠區(qū)原疏水箱。

5.8 軸封排汽系統(tǒng)

汽輪機組的軸封蒸汽來自中壓蒸汽，經(jīng)軸封系統(tǒng)后排汽進入軸封加熱器，加熱器疏水最后進入凝汽器熱井。

6 本項目的經(jīng)濟效益及環(huán)保效益

本項目投產(chǎn)后凈增供電量1.216億kWh。本項目年可節(jié)約標煤量37696 t，可減排二氧化碳約93988 t、二氧化硫約 667 t、氮氧化物約 588 t，并減少了大量熱量散失，減輕了熱污染。

項目建成后，可有效改善該區(qū)域環(huán)境質量，環(huán)境正效應明顯；同時節(jié)約了大量能源，節(jié)能效果顯著。項目具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

7 結語

30 MW雙壓余熱余能發(fā)電機組在攀鋼釩公司的應用，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，符合國家“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排”的基本國策，在其成功應用后，具有很好的推廣應用價值。