鋼鐵企業(yè)低壓飽和蒸汽余熱發(fā)電的應(yīng)用

摘 要：通過(guò)重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)二期低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目的工程實(shí)例，介紹了轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收及低壓飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)的工藝流程，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)的經(jīng)濟(jì)性及更好的利用方式進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：低壓飽和蒸汽；余熱利用；發(fā)電

1 鋼鐵企業(yè)能耗現(xiàn)狀

我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了資源和環(huán)境被破壞的代價(jià)，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，節(jié)能減排已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展及工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要選擇。中央政府將節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)納為我國(guó)的基本國(guó)策。近年來(lái)，為緩解我國(guó)能源供需矛盾、保持經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步、改善環(huán)境質(zhì)量，我國(guó)政府綜合運(yùn)用法律、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和必要的行政手段，出臺(tái)了一系列推動(dòng)節(jié)能減排的政策措施。在各項(xiàng)政策的鞭策下，我國(guó)節(jié)能減排工作取得了良好成效?！笆濉鼻叭晡覈?guó)累計(jì)節(jié)能約3.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

作為高能耗行業(yè)的我國(guó)鋼鐵工業(yè)，同時(shí)也是“節(jié)能大戶”。2014年上半年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗、各工序能耗比上年同期均有所下降。部分鋼鐵企業(yè)的部分指標(biāo)已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，特別是噸鋼耗新水指標(biāo)創(chuàng)出歷史最好水平，有32家企業(yè)噸鋼耗新水低于3m3。企業(yè)之間的各工序能耗最高值與先進(jìn)值差距較大，各企業(yè)之間的節(jié)能工作發(fā)展不平衡，說(shuō)明鋼鐵工業(yè)還有節(jié)能潛力。

鋼鐵企業(yè)余熱、余能資源數(shù)量巨大。近些年來(lái)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的余熱余能資源回收利用水平取得了較大提高。注重了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，特別是低品質(zhì)能源利用技術(shù)開(kāi)發(fā)；注重了過(guò)程能源的高效利用，特別是工藝過(guò)程的優(yōu)化；注重了余熱余能回收的投入，特別是余熱余能回收技術(shù)及裝備的開(kāi)發(fā)。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有很大差距，國(guó)外余熱余能資源的回收率，先進(jìn)國(guó)家己達(dá)到90%以上，如日本新日鐵達(dá)到了92%，而國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)只有30～40%，且回收后使用效率不高。

2 轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收及利用

在鋼鐵企業(yè)中，氧氣轉(zhuǎn)爐在吹煉期間產(chǎn)生大量的含塵爐氣，溫度為1400～1600℃。轉(zhuǎn)爐煙氣中含有大量的顯熱和潛熱，其中潛熱占主要部分，顯熱占16%左右。目前，轉(zhuǎn)爐煙氣中可供利用的高溫顯熱，一般都采用余熱鍋爐進(jìn)行蒸汽回收，將冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱鍋爐降溫并放出熱量，鍋爐中的飽和水吸收這些熱量成為飽和蒸汽。

轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中由于C-O反應(yīng)產(chǎn)生大量富含可燃?xì)怏w（CO）的煙氣，噸鋼可達(dá)200Nm3，煙氣主要含有CO、CO2、O2和基本成分為氧化鐵的塵粒，CO含量為40%～80%，含塵量為150g/Nm3。這部分煙氣帶出大量潛熱和顯熱。這些有害氣體直接外排，會(huì)嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，鋼鐵企業(yè)必須對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行有效的治理。在治理的同時(shí)，盡可能回收煙氣中的熱能和化學(xué)能，以降低煉鋼工序的能耗，減少環(huán)境的污染。目前，國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣處理采用的主要方法分為兩種方式：濕法除塵工藝（OG法）和干法除塵工藝（LT法）。

濕法除塵工藝（OG法）是非常成熟的工藝技術(shù)，自20世紀(jì)60 年代日本開(kāi)發(fā)成功以后，現(xiàn)在全世界約99%以上的轉(zhuǎn)爐均采用這一工藝。傳統(tǒng)OG法除塵工藝流程是：利用汽化冷卻煙道將1600℃轉(zhuǎn)爐煙氣冷卻到900～1000℃，然后經(jīng)過(guò)兩級(jí)文丘理管對(duì)爐氣進(jìn)行降溫和除塵，使煙氣溫度達(dá)到100℃以下，經(jīng)脫水后送人煤氣柜回收或放散。

3 重鋼低溫余熱回收及利用

重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)二期低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目利用煉鋼、軋鋼工序產(chǎn)生的飽和蒸汽，將其轉(zhuǎn)為優(yōu)質(zhì)電能，建設(shè)6.0MW低溫余熱發(fā)電站。在前期1#、2#低溫余熱電站已建成的基礎(chǔ)上，利用重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)自產(chǎn)低壓余熱蒸汽（二期搬遷3臺(tái)80t/h轉(zhuǎn)爐、1臺(tái)棒材加熱爐、1臺(tái)線材加熱爐、1臺(tái)型鋼加熱爐所產(chǎn)余熱蒸汽），設(shè)置蒸汽蓄熱站，配置6.0MW低壓飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組及配套公輔設(shè)施。

根據(jù)重鋼煉鋼和軋鋼工序中產(chǎn)生的飽和蒸汽量，確定項(xiàng)目裝機(jī)為1臺(tái)6.0MW汽輪發(fā)電機(jī)組，2臺(tái)蓄能器。

由于主要汽原產(chǎn)自轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道及余熱鍋爐的蒸汽，該部分蒸汽具有不連續(xù)、流量波動(dòng)大、含濕量高等特點(diǎn)，需通過(guò)蒸汽蓄熱器將此蒸汽轉(zhuǎn)化為流量穩(wěn)定的低壓飽和蒸汽用來(lái)發(fā)電。煉鋼軋鋼工藝來(lái)的低壓飽和蒸汽從蓄能器出來(lái)，經(jīng)兩級(jí)汽水分離器至汽輪機(jī)膨脹作功后將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。作功后的乏汽經(jīng)冷凝器冷凝為凝結(jié)水，再經(jīng)凝結(jié)水回水泵加壓輸送至工廠的凝結(jié)水回水系統(tǒng)，送至各蒸汽來(lái)源處。

凝結(jié)水采用單母管制系統(tǒng)，機(jī)組配選凝結(jié)水泵兩臺(tái)，一用一備，運(yùn)行中投入聯(lián)鎖狀態(tài)互為備用，凝結(jié)水泵設(shè)有再循環(huán)管，再循環(huán)管上裝有調(diào)節(jié)閥。

汽機(jī)本體加熱器的疏水利用壓差自流至凝汽器，汽機(jī)本體及本體部分的蒸汽管道疏水接入本體疏水?dāng)U容器，擴(kuò)容后接入凝汽器。

汽輪機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)采用射水抽氣器。由于是小機(jī)組，汽輪發(fā)電機(jī)采用505控制，可以實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)的啟停、負(fù)荷調(diào)整、以及事故處理。并采用TSI系統(tǒng)，對(duì)汽輪機(jī)的超速、振動(dòng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)保護(hù)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)二期低溫余熱發(fā)電工程項(xiàng)目計(jì)劃一年建成，投產(chǎn)第一年達(dá)到設(shè)計(jì)能力的80%，第二年達(dá)到設(shè)計(jì)能力的100%。項(xiàng)目計(jì)算期取16年，其中：建設(shè)期1年，運(yùn)行期15年。項(xiàng)目總投資約4400萬(wàn)元。項(xiàng)目年利用時(shí)間4000h，年外供電量2160萬(wàn)kwh（已扣自耗電），年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤0.672萬(wàn)噸，年減排二氧化碳2.154萬(wàn)噸。

項(xiàng)目運(yùn)行總成本主要為：外購(gòu)燃料、動(dòng)力費(fèi)、工資福利費(fèi)、維修費(fèi)、折舊與攤銷(xiāo)費(fèi)、利息支出及管理費(fèi)用等。主要燃料動(dòng)力消耗根據(jù)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)計(jì)算確定，價(jià)格參照市場(chǎng)價(jià)格選取。經(jīng)計(jì)算，年平均總成本約700萬(wàn)元，其中：年平均經(jīng)營(yíng)成本約380萬(wàn)元。

項(xiàng)目年上網(wǎng)售電量2160×104kWh/a，投產(chǎn)后，上網(wǎng)電價(jià)按0.5132元/kwh估算，年平均銷(xiāo)售收入約1123萬(wàn)元（不含稅）。

經(jīng)測(cè)算和效益評(píng)價(jià)，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）（FIRR）：11.00%，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（ic=8%）（FNPV）：779萬(wàn)元，項(xiàng)目投資回收期：8.30年（含建設(shè)期1年），項(xiàng)目資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）（FIRR）：13.24%，項(xiàng)目可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目全部資金稅后內(nèi)部收益率大于基準(zhǔn)收益率；財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值大于0，項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上可行，且節(jié)能效益顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

低壓飽和蒸汽發(fā)電系統(tǒng)充分利用鋼鐵企業(yè)煉鋼工藝的煙氣余熱，不需要投用額外燃料。在凈化轉(zhuǎn)爐含塵煙氣的用時(shí)，利用余熱發(fā)電，消除了轉(zhuǎn)爐排放富余蒸汽時(shí)產(chǎn)生的噪聲，減少了大氣污染，符合國(guó)家節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的基本國(guó)策。

值得注意的是，為了充分利用能源，應(yīng)根據(jù)不同的蒸汽參數(shù)及特點(diǎn)，選擇相適應(yīng)的技術(shù)方案及設(shè)施，才能使能源得到最合理的利用。在條件允許的情況下，可以配置再熱機(jī)組或雙壓余熱鍋爐以提高機(jī)組效率。

作者簡(jiǎn)介：王萬(wàn)諒（1986-），男，重慶人，職稱(chēng)：助理工程師，學(xué)歷：本科，主要從事熱力專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)及總包管理工作。