低壓飽和余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)在安鋼的應(yīng)用實(shí)踐

翟國(guó)營(yíng)

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

低壓飽和余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)在安鋼的應(yīng)用實(shí)踐

翟國(guó)營(yíng)

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼低壓飽和余熱蒸汽的利用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，對(duì)低溫余熱蒸汽的利用工藝進(jìn)行了探討，總結(jié)了螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)在低壓飽和余熱蒸汽發(fā)電方面的應(yīng)用實(shí)踐，提出了余熱蒸汽發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建議。

低壓飽和余熱蒸汽 低溫余熱發(fā)電技術(shù) 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)

0 前言

安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)安鋼)是集焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼于一體的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，具備年產(chǎn)1 000萬(wàn)噸鋼的生產(chǎn)能力，擁有豐富的余熱余能資源，“十一五”期間，安鋼已全面實(shí)現(xiàn)高品位余熱資源的高效回收利用，但一些低品位零散余熱如低壓余熱蒸汽尚未得到充分利用，隨著節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，對(duì)余熱蒸汽等低品位余熱資源進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)利用已成為安鋼節(jié)能挖潛的重要方向。

1 安鋼余熱蒸汽現(xiàn)狀及問(wèn)題

安鋼余熱蒸汽主要指轉(zhuǎn)爐和加熱爐余熱蒸汽，屬于低溫低壓飽和蒸汽，受生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)節(jié)奏和爐況條件的影響，這些蒸汽的溫度、壓力較低，產(chǎn)汽量不穩(wěn)定，參數(shù)波動(dòng)較大，高效利用困難，除少量用于廠區(qū)供暖和澡堂、食堂外，大部分直接放散。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在非采暖期，安鋼100 t轉(zhuǎn)爐、爐卷加熱爐、熱連軋加熱爐余熱蒸汽總放散量達(dá)50 t/h左右，余熱蒸汽資源情況見(jiàn)表1。

安鋼余熱蒸汽利用的主要問(wèn)題有：

(1)缺乏穩(wěn)定的工藝用戶(hù)。余熱蒸汽品質(zhì)低，穩(wěn)定性差，不能直接作為工藝用汽被生產(chǎn)系統(tǒng)使用;

(2)缺乏穩(wěn)定的熱用戶(hù)。廠區(qū)供暖每年用汽時(shí)間不足4個(gè)月，澡堂、食堂是間歇用戶(hù)且用汽量很小;

(3)缺乏配套的余熱蒸汽吸收設(shè)施。

表1 余熱蒸汽資源情況

2 余熱蒸汽利用方向

余熱利用的總原則是，根據(jù)余熱資源的數(shù)量和品位以及用戶(hù)需求，盡量做到能級(jí)匹配，在符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，選擇適宜的系統(tǒng)和設(shè)備，使余熱發(fā)揮最大效益。電能是一種使用方便、靈活的高級(jí)能，對(duì)于較低溫度的余熱，在沒(méi)有適當(dāng)熱用戶(hù)的情況下，將其轉(zhuǎn)換成電能加以利用是一種有效的回收方案。就安鋼實(shí)際而言，將余熱蒸汽轉(zhuǎn)換成電能是減少蒸汽放散、提高利用價(jià)值的主要方向。

3 余熱蒸汽發(fā)電技術(shù)選擇

國(guó)內(nèi)蒸汽發(fā)電主要有汽輪機(jī)技術(shù)和螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)技術(shù)，汽輪機(jī)一般適用于過(guò)熱蒸汽，對(duì)蒸汽品質(zhì)和汽源穩(wěn)定性要求高，廣泛用于大型熱力發(fā)電機(jī)組，對(duì)于波動(dòng)較大的低壓飽和余熱蒸汽應(yīng)用受限制。螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是適用于低品位余熱資源回收利用的節(jié)能新技術(shù)，已被列入國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄，與汽輪機(jī)相比，該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)蒸汽適應(yīng)性強(qiáng)，可同時(shí)適用于過(guò)熱蒸汽、飽和蒸汽和汽液兩相濕蒸汽; (2)對(duì)熱源波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，在蒸汽流量、壓力、溫度大范圍波動(dòng)情況下仍能安全穩(wěn)定運(yùn)行; (3)運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，不暖機(jī)、不盤(pán)車(chē)、不飛車(chē)，可以直接沖轉(zhuǎn)啟動(dòng); (4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備布局緊湊，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低; (5)適合回收低品位零散余熱建設(shè)小容量發(fā)電機(jī)組。

綜上所述，螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)發(fā)電技術(shù)更加適合安鋼的余熱蒸汽條件，更加符合安鋼實(shí)際。

4 項(xiàng)目實(shí)施

4.1 建設(shè)方案

安鋼100噸轉(zhuǎn)爐、爐卷加熱爐、熱連軋加熱爐相距較遠(yuǎn)，生產(chǎn)控制相互獨(dú)立，蒸汽壓力也不同，集中利用受制約，因此，本項(xiàng)目采用分布式發(fā)電站建設(shè)方案，在各汽源附近分別建設(shè)匹配的發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)余熱蒸汽的就地轉(zhuǎn)換。

4.2 工藝方案

各汽源點(diǎn)的余熱蒸汽直接通過(guò)進(jìn)汽管道及控制閥組進(jìn)入螺桿機(jī)做功發(fā)電，發(fā)出的電能就近并入所在工序的同級(jí)電網(wǎng)直接利用，從螺桿機(jī)排出的乏汽進(jìn)入冷凝系統(tǒng)被冷卻成軟水，軟水輸送至各汽源點(diǎn)的原汽化系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。乏汽冷凝系統(tǒng)主要包括冷凝器、冷卻塔、循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)等，采用循環(huán)冷卻水和空氣作為冷卻介質(zhì)。熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 熱力系統(tǒng)圖

4.3 發(fā)電機(jī)組配置

根據(jù)余熱蒸汽供汽條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在各汽源點(diǎn)分別建設(shè)1套螺桿發(fā)電機(jī)組，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 螺桿發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)

4.4 項(xiàng)目建設(shè)

項(xiàng)目采用合同能源模式，由合同能源公司以總承包的方式負(fù)責(zé)項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理，承擔(dān)全部建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，產(chǎn)生的節(jié)能效益由雙方按約定分享，項(xiàng)目總投資約1 500萬(wàn)元，建設(shè)周期約6個(gè)月，于2013年建成投運(yùn)。

5 項(xiàng)目運(yùn)行及優(yōu)化

5.1 發(fā)電效果

項(xiàng)目投運(yùn)后，發(fā)電機(jī)組能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的余熱蒸汽條件，在蒸汽壓力、溫度、流量大范圍波動(dòng)的情況下仍能安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電效果達(dá)到了預(yù)期，螺桿發(fā)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 螺桿發(fā)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

5.2 問(wèn)題與不足

5.2.1 對(duì)余熱蒸汽產(chǎn)汽條件的變化估計(jì)不足。

本項(xiàng)目建成后，受產(chǎn)汽設(shè)施生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)節(jié)奏及設(shè)備狀況的影響，供汽條件發(fā)生較大變化，影響了機(jī)組能力發(fā)揮。主要表現(xiàn)在：(1)爐卷加熱爐由雙爐生產(chǎn)改為單爐生產(chǎn)，供汽量大幅減少，供汽壓力低于設(shè)計(jì)，發(fā)電負(fù)荷率僅40%左右;(2)熱連軋加熱爐爐況發(fā)生變化，汽化系統(tǒng)降壓運(yùn)行，供汽壓力低于設(shè)計(jì)，供汽能力受影響，發(fā)電負(fù)荷率僅50%左右。

5.2.2 對(duì)軟水回收效益的不確定性估計(jì)不足。

軟水回收效益主要取決于軟水回收量和冷凝系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)際生產(chǎn)中，余熱蒸汽波動(dòng)較大，經(jīng)常出現(xiàn)供汽量不足的情況，這時(shí)，軟水回收量減少，而冷凝系統(tǒng)的自耗電等運(yùn)行費(fèi)用基本不變，軟水回收成本高，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 項(xiàng)目?jī)?yōu)化

(1)余熱蒸汽優(yōu)化。針對(duì)爐卷發(fā)電機(jī)組余熱蒸汽量嚴(yán)重不足的問(wèn)題，增建一套補(bǔ)汽系統(tǒng)，將附近150 t轉(zhuǎn)爐富余蒸汽作為補(bǔ)充汽源引入該機(jī)組，當(dāng)補(bǔ)汽系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，機(jī)組采用雙路供汽可以滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電，發(fā)電效益大幅提升。

(2)軟水回收系統(tǒng)優(yōu)化。針對(duì)軟水回收成本高的問(wèn)題，增設(shè)乏汽排空設(shè)施，將發(fā)電乏汽直接排放，不再采用強(qiáng)制冷卻工藝回收軟水，僅回收蒸汽做功和排放過(guò)程中自然析出的凝結(jié)水，這種方式雖然回收的軟水量較少，但回收成本幾乎為零。優(yōu)化后，發(fā)電機(jī)組對(duì)余熱蒸汽的適應(yīng)性更強(qiáng)，運(yùn)行控制更加簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用大幅降低，發(fā)電節(jié)電效益顯著。

6 經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了100 t轉(zhuǎn)爐、爐卷加熱爐、熱連軋加熱爐余熱蒸汽的就地轉(zhuǎn)換與發(fā)電創(chuàng)效，解決了余熱蒸汽在非采暖期大量放散的問(wèn)題，項(xiàng)目運(yùn)行效果良好，節(jié)能效益顯著。2015年該項(xiàng)目累計(jì)凈發(fā)電938萬(wàn)kWh，平均外購(gòu)電價(jià)按0.6元/ kWh計(jì)算，年發(fā)電效益達(dá)563萬(wàn)元。

7 建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與結(jié)論

(1)螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)發(fā)電技術(shù)對(duì)熱源波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，是低品質(zhì)余熱蒸汽發(fā)電的可靠技術(shù)。

(2)螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)的排汽含有大量汽化潛熱，乏汽冷凝費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)上不可取，因此，在不回收排汽余熱的情況下，余熱蒸汽螺桿發(fā)電應(yīng)優(yōu)先采用乏汽直排工藝。

(3)余熱蒸汽發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮余熱的不穩(wěn)定性，不宜按最大余熱量確定機(jī)組容量，否則容易造成能力浪費(fèi)。

[1] 湯學(xué)忠主編.熱能轉(zhuǎn)換與利用[M].第2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2002：127-131.

[2] 國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄.第二批[M].國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，2009:56-58.

[3] 王曉玲.利用螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)回收蒸汽余熱發(fā)電[J].廣州化工,2010,38(7)：199-200.

THE APPLICATION PRACTICE OF LOW PRESSURE SATURATED WASTE HEAT STEAM POWER GENERATION TECHNOLOGY IN ANYANG STEEL

Zhai Guoying

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd.)

The current situation and existing problems of Angang's low pressure saturated waste heat steam are introduced and its application technology is discussed. The application practice of Screw expanding power machine in the low pressure saturated waste heat steam power generation is summarized and the design suggestion of waste heat steam power projects is presented.

low pressure saturated waste heat steam low temperature waste heat power generation technology screw expanding power machine

2016-6-21

*聯(lián)系人：翟國(guó)營(yíng)，高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保管理處;