李文瑞，劉凱，岳黨教，霍磊磊，翟飛龍

（西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司，陜西西安 710075）

引言

常規(guī)的不銹鋼冶煉連鑄工藝，即采用熔化爐+AOD 的二步法冶煉不銹鋼。AOD 爐爐口煙氣溫度最高約1 500 ℃，最低約120 ℃，AOD 爐在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生大量煙氣。我國(guó)作為冶金生產(chǎn)大國(guó)，無(wú)論是AOD 爐市場(chǎng)占有率，還是冶金過(guò)程產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥酂豳Y源都占有相當(dāng)大的份額。從AOD 爐冶煉不銹鋼的最新發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，越來(lái)越多的企業(yè)、生產(chǎn)廠(chǎng)區(qū)通過(guò)布置汽化煙道、余熱鍋爐，結(jié)合汽電雙拖工藝對(duì)這部分余熱資源進(jìn)行回收，充分利用生產(chǎn)工藝余熱，避免發(fā)電過(guò)程造成的效率損失［1-4］。通常而言，AOD 爐余熱回收過(guò)程中機(jī)組容量都較小，常規(guī)的3 000 r/min 小汽輪機(jī)存在效率偏低（特別是低負(fù)荷工況）。

為此，有必要在保證拖動(dòng)機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，研究分析AOD 爐余熱回收過(guò)程中高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)在汽電雙拖機(jī)組的應(yīng)用，同時(shí)，對(duì)常規(guī)除塵風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行改進(jìn)，以降低除塵風(fēng)機(jī)電耗和廠(chǎng)用電率，提高拖動(dòng)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1 高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)在AOD 爐余熱回收汽電雙拖中的具體應(yīng)用

1.1 高溫?zé)煔庥酂峄厥展に嚵鞒?/h3>

AOD 爐爐口煙氣溫度約1 500 ℃，因此從AOD爐爐口部位出來(lái)后設(shè)置了一定長(zhǎng)度的汽化冷卻煙道，將煙氣溫度降至約850 ℃；出來(lái)的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，依次通過(guò)低壓蒸發(fā)器、省煤器；從鍋爐出來(lái)的煙氣溫度降至約200 ℃，經(jīng)過(guò)混風(fēng)筒降至150 ℃以下，進(jìn)入布袋除塵凈化后排入排氣筒，達(dá)標(biāo)排放，高溫?zé)煔庥酂峄厥债a(chǎn)生的蒸汽用于拖動(dòng)。

系統(tǒng)產(chǎn)生的2.45 MPa，225 ℃飽和蒸汽蒸汽進(jìn)入蓄熱器進(jìn)行穩(wěn)壓，從蓄熱器輸出的1.1 MPa 的連續(xù)飽和蒸汽送至汽輪機(jī)入口，蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)做功后進(jìn)入凝汽器冷凝成水，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后返回余熱鍋爐的除氧器進(jìn)行除氧，除氧水一部分經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，另一部分經(jīng)汽化煙道產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，匯合后的蒸汽再進(jìn)入蓄熱器，完成一個(gè)完整的熱力循環(huán)過(guò)程。

西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司總承包的江蘇某鋼鐵企業(yè)AOD 爐高溫?zé)煔庥酂峄厥枕?xiàng)目采用了高轉(zhuǎn)速汽電雙拖機(jī)組，從而提高AOD 爐煙氣余熱回收系統(tǒng)的效率。該項(xiàng)目中，AOD 爐煙氣余熱回收產(chǎn)生飽和蒸汽進(jìn)入蓄熱器穩(wěn)壓，經(jīng)分汽缸進(jìn)入汽輪機(jī)拖動(dòng)，汽輪機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。結(jié)構(gòu)形式：凝汽式；機(jī)組布置形式：汽輪機(jī)+變速離合器+除塵風(fēng)機(jī)+變頻電機(jī)。

表1 不同轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

提高汽輪機(jī)效率最簡(jiǎn)單直接的方式就是提高汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)，受AOD 爐煙氣余熱回收技術(shù)的影響，提高鍋爐出口蒸汽參數(shù)的方案難度相對(duì)較大，在技術(shù)上成熟度不高。另一種提高機(jī)組效率的方式就是提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的AOD 爐煙氣余熱回收項(xiàng)目中采用3 000 r/min 汽輪機(jī)是主流。高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)與普通轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)（3 000 r/min）相比具有如下優(yōu)勢(shì)：效率高，體積小，模塊化供貨，現(xiàn)場(chǎng)安裝快，運(yùn)行靈活［5-7］。提高轉(zhuǎn)速后汽輪機(jī)的尺寸、體積、重量均可減小，這不僅使制造成本大大降低，同時(shí)使汽輪機(jī)的內(nèi)效率大大提高，從而使工廠(chǎng)建設(shè)成本和運(yùn)行成本降低。尤其在建設(shè)單位施工用地面積較小，廠(chǎng)房大小是按照電拖機(jī)組來(lái)規(guī)劃時(shí)，提高汽機(jī)轉(zhuǎn)速是AOD 爐煙氣余熱回收領(lǐng)域一種完全可以借鑒和使用的方式。

1.2 投資效益分析

從汽輪機(jī)參數(shù)表中不難看出，在最小進(jìn)汽量為7 t/h 時(shí)，3 000 r/min 汽輪機(jī)汽耗率在9.972 kg/kWh，5 600 r/min 汽輪機(jī)汽耗率在9.396 kg/kWh，高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的效率比普通轉(zhuǎn)速的汽輪機(jī)高出約5.8%；在額定進(jìn)汽量為15.7 t/h 時(shí)，3 000 r/min 汽輪機(jī)汽耗率在7.711 kg/kWh，5 600 r/min 汽輪機(jī)汽耗率在7.476 kg/kWh，高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的效率比普通轉(zhuǎn)速的汽輪機(jī)高出約3%。

高轉(zhuǎn)速汽輪拖動(dòng)機(jī)組的技術(shù)成熟，其高效率的特點(diǎn)能為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。以該工程為例，采用高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)每年比普通轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)多發(fā)電3.6×105kWh，為企業(yè)創(chuàng)造1.8×105元的經(jīng)濟(jì)效益（年運(yùn)行小時(shí)數(shù)以8 000 h，電價(jià)按0.5元/kWh計(jì)）。

2 AOD爐除塵風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行調(diào)節(jié)方式

2.1 變頻運(yùn)行的必要性分析

異步電動(dòng)機(jī)可同時(shí)兼作發(fā)電機(jī)在石油化工行業(yè)已有運(yùn)行先例，控制較為簡(jiǎn)單，后期維護(hù)工作量較小，在上述AOD 爐煙氣余熱回收工程中，高轉(zhuǎn)速汽電雙拖機(jī)組采用異步電機(jī)。同時(shí)，由于AOD 爐煙氣溫度波動(dòng)幅度大及具有一定周期性［1］，AOD 爐除塵風(fēng)機(jī)必須具備一定的可調(diào)節(jié)范圍。采用傳統(tǒng)工頻調(diào)節(jié)模式時(shí)，即通過(guò)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)門(mén)調(diào)節(jié)時(shí)，存在不同開(kāi)度靈敏度不同、節(jié)流損失較大、廠(chǎng)用電率高、易發(fā)生喘振等問(wèn)題［8-9］。莫荔萍［10］，祝建飛等［11］研究表明，保持風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度不變，通過(guò)變頻運(yùn)行后節(jié)能效果優(yōu)于通過(guò)改變調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度工頻運(yùn)行的方式。常規(guī)除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為740 r/min，5 600 r/min 的高速汽輪機(jī)除了體積小，而且臨界轉(zhuǎn)速較低，能夠較好地適應(yīng)除塵風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行范圍而不發(fā)生喘振現(xiàn)象。因此采用變頻調(diào)節(jié)的方式來(lái)改善除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能。

2.2 實(shí)際運(yùn)行方案

AOD 爐煙氣余熱回收汽電雙拖機(jī)組布置如圖1所示，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)和變速離合器通過(guò)聯(lián)軸器固定連接，除塵風(fēng)機(jī)和異步電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器固定連接，異步電機(jī)和變速離合器之間的聯(lián)軸器可根據(jù)汽機(jī)負(fù)荷自動(dòng)嚙合或脫開(kāi)。

圖1 AOD爐煙氣余熱回收汽電雙拖機(jī)組布置圖

拖動(dòng)機(jī)組啟機(jī)時(shí)，異步電機(jī)由廠(chǎng)用電供電，以電動(dòng)機(jī)的形式拖動(dòng)除塵風(fēng)機(jī)至設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，汽輪機(jī)隨著熱負(fù)荷提升緩慢升速至設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，變速離合器和異步電機(jī)之間的聯(lián)軸器自動(dòng)嚙合，汽輪機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)步提升。

當(dāng)汽輪機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工況對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速超過(guò)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，異步電機(jī)以發(fā)電機(jī)形式運(yùn)行；若汽輪機(jī)機(jī)組負(fù)荷降低或余熱鍋爐蒸汽量下降，則汽輪機(jī)輸出功率隨之降低至與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，此時(shí)異步電機(jī)處于空載狀態(tài)，即異步電機(jī)發(fā)電量為零，除塵風(fēng)機(jī)完全由汽輪機(jī)拖動(dòng)；當(dāng)汽輪機(jī)組的負(fù)荷繼續(xù)降低或余熱鍋爐出力減小，汽輪機(jī)輸出功率降低至轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)異步電機(jī)運(yùn)行處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，廠(chǎng)用電的電能與汽輪機(jī)一起驅(qū)動(dòng)引風(fēng)機(jī)。

3 結(jié)論

結(jié)合西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司總承包的江蘇某鋼鐵企業(yè)AOD 爐高溫?zé)煔庥酂峄厥枕?xiàng)目中的工程應(yīng)用，對(duì)汽電雙拖機(jī)組采用高轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)和除塵風(fēng)機(jī)通過(guò)變頻調(diào)節(jié)的首臺(tái)套工程應(yīng)用進(jìn)行理論分析，效率計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性分析和必要性分析表明，變頻運(yùn)行高轉(zhuǎn)速汽電雙拖機(jī)組可以規(guī)避常規(guī)機(jī)組的不足，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好，靈活性較高，汽輪機(jī)汽耗率較低，可顯著增加AOD 爐余熱回收項(xiàng)目的工程效益，對(duì)同類(lèi)項(xiàng)目具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。