30 MW雙壓余熱余能發(fā)電機(jī)組在攀鋼釩公司的應(yīng)用

劉子成

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

前言

攀鋼釩能動(dòng)分公司發(fā)電機(jī)組作為余熱余能綜合利用的調(diào)節(jié)性發(fā)電機(jī)組，已達(dá)到滿負(fù)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?fàn)t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(xiàng)目實(shí)施后的煤氣、蒸汽的平衡分析與計(jì)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(wú)法有效利用，將造成極大的資源浪費(fèi)、同時(shí)也造成環(huán)境污染。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策，利用工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(xiàng)目符合國(guó)家“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排”的基本國(guó)策，也是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

為此，攀鋼釩公司能動(dòng)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(shè)1臺(tái)30 MW雙壓余熱余能發(fā)電機(jī)組，增加公司發(fā)電量，提高公司經(jīng)濟(jì)效益。

1 雙壓余熱余能發(fā)電機(jī)組在行業(yè)的應(yīng)用

本項(xiàng)目汽輪發(fā)電機(jī)組在理論上有低壓飽和、單缸雙壓、雙缸雙壓等多種機(jī)型可供選擇。實(shí)際上由于攀鋼余壓余能的特殊情況，市場(chǎng)上并不存在嚴(yán)格意義上的完全標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組型號(hào)，而可類比參考的主要幾種機(jī)型為單缸雙壓、雙缸雙壓機(jī)型。目前幾個(gè)主要設(shè)備供應(yīng)商（青島捷能、杭州中能、東汽、北重等）均采用定制設(shè)計(jì)的理念，依據(jù)自身技術(shù)特點(diǎn)和市場(chǎng)實(shí)際需求個(gè)性化開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。為進(jìn)一步了解雙壓汽輪發(fā)電機(jī)組的選型、變工況運(yùn)行穩(wěn)定性、項(xiàng)目投資及建設(shè)模式、建設(shè)周期等情況，組織相關(guān)人員進(jìn)行對(duì)與本項(xiàng)目類似的汽輪機(jī)應(yīng)用情況與汽輪家生產(chǎn)廠家進(jìn)行了技術(shù)交流。相關(guān)情況見(jiàn)表1和表2。

經(jīng)與汽輪機(jī)廠家交流，雙壓汽輪機(jī)在技術(shù)上是可行的，且可實(shí)現(xiàn)此類型特殊機(jī)型達(dá)檢修周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，但主、補(bǔ)汽比例不能低于1:1。

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

表1 雙壓汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用情況表

表2 與本項(xiàng)目類似汽輪機(jī)應(yīng)用業(yè)績(jī)表

2 余熱余能發(fā)電工藝方案的比較

對(duì)于富余的70 t/h低壓蒸汽和68 GJ/h煤氣（通過(guò)能動(dòng)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(shè)1套30 MW雙壓補(bǔ)汽式發(fā)電機(jī)組對(duì)低壓蒸汽和中壓蒸汽進(jìn)行回收利用，根據(jù)雙壓補(bǔ)汽式發(fā)電機(jī)組制造的要求，雙壓補(bǔ)汽式汽輪機(jī)組，中壓蒸汽與低壓補(bǔ)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(dá)到70 t/h。為此，從現(xiàn)有中壓蒸汽系統(tǒng)補(bǔ)充50 t/h中壓汽用于本項(xiàng)目。

該套機(jī)組發(fā)電效率23.55%，發(fā)電成本0.1883元/kWh，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)208萬(wàn)元，年增供電約1.2億kWh。投資約7000萬(wàn)元。

2.2 方案二

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

兩套發(fā)電機(jī)組合計(jì)，發(fā)電效率21.7%，發(fā)電成本0.2983元/kWh，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)230萬(wàn)元，年增供電約1.1億kWh。投資約8000萬(wàn)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(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、效益好等優(yōu)點(diǎn)，故本項(xiàng)目推薦方案一，建設(shè)1套30 MW雙壓補(bǔ)汽式發(fā)電機(jī)組。

3 汽輪發(fā)電機(jī)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(xiàng)目富余煤氣（通過(guò)能動(dòng)分公司鍋爐燃燒生產(chǎn)中壓蒸汽）和低壓飽和蒸汽的實(shí)際情況以及國(guó)內(nèi)主要汽輪機(jī)廠的產(chǎn)品情況，本項(xiàng)目推薦汽機(jī)進(jìn)汽方案為以中溫中壓蒸汽為主汽、低壓蒸汽過(guò)熱后做補(bǔ)汽。汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)口參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)口參數(shù)表

3.2 機(jī)組選型方案比較

根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)及國(guó)內(nèi)雙壓補(bǔ)汽式汽輪機(jī)的技術(shù)和實(shí)際運(yùn)行情況，滿足本項(xiàng)目發(fā)電負(fù)荷要求的汽輪發(fā)電機(jī)組選型有以下兩種方案：

方案一：?jiǎn)胃纂p壓方案

建設(shè)1臺(tái)30 MW單缸雙壓型汽輪機(jī)組。

主汽：利用攀鋼釩公司中壓蒸汽，以中溫中壓參數(shù)進(jìn)入汽輪機(jī)組主汽門(mén)。

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

本項(xiàng)目利用廠區(qū)富余煤氣（通過(guò)能動(dòng)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(duì)冷凝水進(jìn)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(zhuǎn)爐余熱鍋爐軟水箱。

單缸雙壓發(fā)電汽輪機(jī)設(shè)計(jì)排汽量139.73 t/h；加熱蒸汽量4.56 t/h；機(jī)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(jī)組發(fā)電功率為28.86 MW。

方案二：雙缸雙壓方案

建設(shè)1臺(tái)30 MW雙缸雙壓型汽輪機(jī)組。

攀鋼釩公司中壓蒸汽先進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸做功，中壓缸排汽同補(bǔ)汽用的低壓飽和蒸汽在缸外進(jìn)行混合，然后一起進(jìn)入低壓缸進(jìn)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(wú)表面式加熱器。

雙缸雙壓發(fā)電汽輪機(jī)設(shè)計(jì)排汽量138.19 t/h；考慮汽封蒸汽和汽水損失1.81 t/h；機(jī)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(jī)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(jiàn)表4。

表4 選型方案一和方案二優(yōu)缺點(diǎn)比較表

結(jié)論：方案一（單缸雙壓機(jī)組）在技術(shù)合理性、安裝運(yùn)行便利性和經(jīng)濟(jì)效益等方面普遍優(yōu)于方案二（雙缸雙壓機(jī)組），因此本項(xiàng)目推薦采用方案一（單缸雙壓機(jī)組）作為本可行性研究報(bào)告的推薦方案，即新建1臺(tái)30 MW單缸雙壓型汽輪機(jī)組。

本項(xiàng)目富余蒸汽供應(yīng)充分，機(jī)組的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)成熟可靠，可以保證機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，推薦方案符合技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則。

4 主機(jī)技術(shù)條件

4.1 汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備

單缸雙壓補(bǔ)汽式汽輪機(jī):1臺(tái);

額定功率:30 MW;

額定進(jìn)汽壓力:4.0MPa（a）;

額定進(jìn)汽溫度:450℃;

額定進(jìn)汽量:70 t/h;

額定補(bǔ)汽壓力:0.6MPa（a）;

額定補(bǔ)汽溫度:220℃（過(guò)熱后）;

額定補(bǔ)汽量:70 t/h;

汽輪發(fā)電機(jī):1臺(tái);

額定功率:30 MW。

4.2 熱平衡計(jì)算和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本項(xiàng)目余熱余能發(fā)電總裝機(jī)容量為1×30 MW，汽機(jī)排汽冷凝后進(jìn)入新建凝結(jié)水池，然后通過(guò)泵加壓后進(jìn)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(jiàn)表5、表6。

表5 汽水平衡表 t/h

表6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(jìn)入一個(gè)集汽集箱后再進(jìn)入1臺(tái)30 MW汽輪發(fā)電機(jī)。集汽集箱上配備相應(yīng)的電動(dòng)切換閥、安全閥、放散閥等。另從集汽集箱引一路中壓汽進(jìn)入低壓蒸汽加熱器，加熱后的中壓疏水進(jìn)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(diǎn)并建設(shè)相應(yīng)管道，最終形成母管，進(jìn)入脫水裝置，脫水后進(jìn)入低壓蒸汽加熱器，最后進(jìn)入汽輪機(jī)，并配備相應(yīng)的電動(dòng)切換閥、放散閥。

5.2 低壓蒸汽加熱系統(tǒng)

本項(xiàng)目設(shè)置1臺(tái)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(lái)中壓蒸汽。

5.3 凝結(jié)水系統(tǒng)

本項(xiàng)目汽輪機(jī)凝結(jié)水作為煉鋼汽化冷卻設(shè)施和干熄焦余熱鍋爐用水。機(jī)組配套新建1臺(tái)500 m3凝結(jié)水水池，冷凝水通過(guò)2臺(tái)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(jī)組設(shè)置2臺(tái)水環(huán)式真空泵（采用節(jié)能泵）。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，2臺(tái)水環(huán)式真空泵全部投入；機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)水環(huán)式真空泵1臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組的冷油器和空冷器，然后進(jìn)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(jìn)口處分別設(shè)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(jī)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(fù)使用。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)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(xiàng)目設(shè)置的疏水?dāng)U容器，疏水?dāng)U容器的二次蒸汽直接排空；疏水?dāng)U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(jī)組的軸封蒸汽來(lái)自中壓蒸汽，經(jīng)軸封系統(tǒng)后排汽進(jìn)入軸封加熱器，加熱器疏水最后進(jìn)入凝汽器熱井。

6 本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益

本項(xiàng)目投產(chǎn)后凈增供電量1.216億kWh。本項(xiàng)目年可節(jié)約標(biāo)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(xiàng)目建成后，可有效改善該區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，環(huán)境正效應(yīng)明顯；同時(shí)節(jié)約了大量能源，節(jié)能效果顯著。項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

7 結(jié)語(yǔ)

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