余熱蒸汽發(fā)電機(jī)組在冶金行業(yè)的應(yīng)用

顧曉宏 陳金華 鄒貴陽

摘要：本文以國內(nèi)某知名銅冶煉企業(yè)余熱發(fā)電系統(tǒng)為例闡述余熱蒸汽發(fā)電機(jī)組在冶金行業(yè)的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出有關(guān)余熱蒸汽用于發(fā)電的建議和設(shè)想。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐、發(fā)電機(jī)組、冶金、經(jīng)濟(jì)效益

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，冶金行業(yè)的余熱資源和熱能系統(tǒng)也在迅速發(fā)展。節(jié)約能源與可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，對于企業(yè)，能否做到資源的節(jié)約和合理應(yīng)用，是直接關(guān)系到企業(yè)效益和競爭力的大事，如何對企業(yè)的熱系統(tǒng)進(jìn)行全面的統(tǒng)籌規(guī)劃，對蒸汽進(jìn)行合理的分配和利用，盡可能的回收余熱資源，是我們當(dāng)前必須正視和探討的一項(xiàng)重要課題。

1 冶金行業(yè)熱能系統(tǒng)的現(xiàn)狀

蒸汽的產(chǎn)出和使用平衡是所有冶金企業(yè)追求的目標(biāo)，但是現(xiàn)階段很多冶金企業(yè)的蒸汽產(chǎn)出和使用都難以達(dá)到平衡，特別是對于歷史相對悠久的老企業(yè)來講，由于熱力系統(tǒng)復(fù)雜，余熱鍋爐參差不齊，型號和壓力級別不統(tǒng)一。蒸汽使用端同樣存在使用不同壓力等級的熱力設(shè)備，最終導(dǎo)致蒸汽的產(chǎn)出和使用出現(xiàn)較大出入，同時(shí)造成大量的資源閑置或能源浪費(fèi)。

以國內(nèi)某知名銅冶煉企業(yè)為例，共有余熱鍋爐11臺(tái)套，包括1臺(tái)艾薩中壓余熱鍋爐，1臺(tái)電爐低壓余熱鍋爐，4臺(tái)轉(zhuǎn)爐低壓壓余熱鍋爐，1臺(tái)轉(zhuǎn)爐中壓余熱鍋爐，2臺(tái)陽極爐低壓余熱鍋爐，2臺(tái)陽極爐中壓余熱鍋爐。2006年9月，為解決總廠富余蒸汽排空造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染，建設(shè)投產(chǎn)9700千瓦容量的余熱發(fā)電站。

國內(nèi)某知名銅冶煉企業(yè)蒸汽的供需情況：見表1

從上表1可以看出，由于蒸汽供應(yīng)缺口還很大大，若要滿足發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電，還需要50噸/小時(shí)左右的蒸汽供應(yīng)量，但是如果余熱發(fā)電機(jī)組不運(yùn)行，在用汽低谷時(shí)又有10噸/小時(shí)的蒸汽需要排空。在蒸汽缺口無法填補(bǔ)的情況下，余熱發(fā)電機(jī)組只能在較低甚至是最低負(fù)荷下運(yùn)行，在蒸汽有富余的情況下間斷運(yùn)行，效率和發(fā)揮的作用就大打折扣，同時(shí)也將影響機(jī)組的使用壽命。

2 余熱發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性分析

余熱發(fā)電機(jī)組在冶金行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，它有效緩解了高能耗、高污染的冶金企業(yè)節(jié)能減排的壓力，為企業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)心針。但是由于在余熱發(fā)電項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)對蒸汽產(chǎn)出和消耗的評估不夠全面真實(shí)，所選機(jī)組的額定負(fù)荷與實(shí)際可用蒸汽量相去甚遠(yuǎn)，建設(shè)投產(chǎn)的余熱發(fā)電機(jī)組不能很好的發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

還是以國內(nèi)某知名銅冶煉企業(yè)余熱發(fā)電機(jī)組為例，建成投產(chǎn)后由于蒸氣量不足，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷一直都非常低，小時(shí)平均發(fā)電量2000KW左右，只有額定負(fù)荷的1/5。且因生產(chǎn)組織調(diào)整的原因，發(fā)電機(jī)組的作業(yè)率無法得到保障，好的情況下每周至少要停3-4次，大部分情況下甚至是每天一次啟停。為保證蒸汽直接用戶的蒸汽使用，大部分蒸汽經(jīng)過一級機(jī)組做功后就要送至低壓蒸汽管網(wǎng)消耗，抽汽量調(diào)節(jié)范圍在總進(jìn)汽量的2/3以上，所以機(jī)組的發(fā)電量和回收的冷凝水量都非常有限。

該企業(yè)余熱發(fā)電機(jī)組過去的兩年時(shí)間內(nèi)，因發(fā)電機(jī)組用汽和生產(chǎn)用汽的矛盾一直存在，機(jī)組開停頻繁，作業(yè)率只有45%，發(fā)電機(jī)效率比較低，整體來講發(fā)電系統(tǒng)是處于虧損狀態(tài)下生產(chǎn)運(yùn)行，具體見表2：

如果發(fā)電機(jī)組進(jìn)口蒸汽量能穩(wěn)定在30噸/小時(shí)，并且不考慮生產(chǎn)用汽的影響，機(jī)組保持長周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，連續(xù)抽汽20噸/小時(shí)，機(jī)組小時(shí)發(fā)電量1700千瓦，小時(shí)回收冷凝水10噸，則發(fā)電站的成本與收益計(jì)算見表3：

現(xiàn)階段造成余熱發(fā)電站總體運(yùn)營虧損的主要原因是蒸汽量不足，目前只有艾薩余熱鍋爐的蒸汽可以用于發(fā)電，其它轉(zhuǎn)爐、陽極爐中壓余熱鍋爐蒸汽因蒸汽品質(zhì)達(dá)不到要求，只能間斷向管網(wǎng)供熱。在艾薩爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，余熱鍋爐蒸發(fā)量有38噸/小時(shí)左右，除去發(fā)電站前端中壓蒸汽用戶蒸汽消耗及管網(wǎng)損失，實(shí)際送到發(fā)電站的中壓蒸汽只有30噸/小時(shí)左右。

假如進(jìn)入發(fā)電機(jī)組的蒸汽量能夠連續(xù)平穩(wěn)保持在35噸/小時(shí)，這種情況下發(fā)電機(jī)組能夠連續(xù)運(yùn)行（同樣不考慮生產(chǎn)用汽的供應(yīng)），小時(shí)發(fā)電量2200千瓦，連續(xù)抽汽22噸。則成本、收益如表4：

如果有40噸/小時(shí)的中壓蒸汽，機(jī)組的可調(diào)節(jié)性就能明顯改善，并且可以真正實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。每個(gè)小時(shí)可以抽25—30噸蒸汽供用戶使用，小時(shí)平均發(fā)電3500千瓦，小時(shí)回收冷凝水15噸，則發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)有顯著提高。具體成本、收益見表5：

上述進(jìn)行了國內(nèi)某知名銅冶煉企業(yè)發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)部成本、收益的計(jì)算，若中壓蒸汽量低于40噸/小時(shí)，機(jī)組實(shí)際很難實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，為滿足生產(chǎn)用汽而不得不進(jìn)行的被迫停機(jī)就在所難免。當(dāng)然，如果不考慮生產(chǎn)用汽情況的影響，機(jī)組保持連續(xù)長周期運(yùn)行，那么只要33/小時(shí)的中壓蒸汽，機(jī)組負(fù)荷2000千瓦，整個(gè)發(fā)電站的內(nèi)部成本與收益就能基本持平。

3對余熱發(fā)電的建議和設(shè)想

3.1 在考慮新建余熱發(fā)電項(xiàng)目時(shí)應(yīng)做好前期的調(diào)查和評估

在決定新建余熱發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，對廠區(qū)蒸汽產(chǎn)出量、蒸汽使用量應(yīng)進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計(jì)和評估，從而指導(dǎo)應(yīng)選用多大容量的余熱發(fā)電機(jī)組，選擇什么型號的機(jī)組。這樣在機(jī)組建成投產(chǎn)后，可以讓發(fā)電機(jī)組在相對額定負(fù)荷差值比較小的負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，既保證發(fā)電機(jī)組的作業(yè)率，也保證發(fā)電機(jī)組在一個(gè)“健康”的狀態(tài)下運(yùn)行，延長機(jī)組使用壽命。

3.2 對廠區(qū)用汽管網(wǎng)和用汽設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)型改造

從蒸汽使用的經(jīng)濟(jì)性來講，蒸汽一般情況下建議高壓輸送，低壓使用是比較經(jīng)濟(jì)的。但是由于歷史原因，很多企業(yè)的廠用蒸汽管網(wǎng)和用汽設(shè)備均存在壓力級別不統(tǒng)一，給蒸汽供應(yīng)和調(diào)控帶來很多不利的影響?？紤]企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，應(yīng)對使用蒸汽的管網(wǎng)和用汽設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)型改造，制定蒸汽供應(yīng)的壓力等級標(biāo)準(zhǔn)，否則就可能存在在同一蒸汽壓力下，一些用汽管網(wǎng)和設(shè)備已經(jīng)超出安全許可范圍，而另一些用汽設(shè)備又壓力不足，無法滿足生產(chǎn)需求的情況。

3.3 保證用汽設(shè)備設(shè)施的完好和有效

余熱發(fā)電站建成投產(chǎn)后，對蒸汽使用應(yīng)提出了更高的要求，必須保證蒸汽用戶的熱力設(shè)備、設(shè)施的完好，蒸汽管道保溫完好，無跑、冒、滴、漏，從而減少管網(wǎng)損失，以確保廠區(qū)所有蒸汽都得到有效使用，提高發(fā)電機(jī)組作業(yè)率。

3.4 對廠區(qū)用汽點(diǎn)實(shí)行錯(cuò)峰用汽

廠區(qū)生產(chǎn)用汽及生活用汽可以進(jìn)行錯(cuò)峰使用，讓蒸汽使用量保持相對穩(wěn)定，這樣可以降低余熱發(fā)電機(jī)組的調(diào)整難度，可以有效保證發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行周期，發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷可以在一個(gè)相對穩(wěn)定的負(fù)荷下運(yùn)行。

4 結(jié)束語

由于冶金企業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，熱系統(tǒng)也在不斷發(fā)展或持續(xù)改造，因此新建投產(chǎn)的余熱發(fā)電機(jī)組在設(shè)計(jì)、計(jì)算上就不可避免的存在偏差。加之熱系統(tǒng)管網(wǎng)復(fù)雜程度，蒸汽輸送過程中的熱損失嚴(yán)重，從而造成了蒸汽產(chǎn)出和使用之間的不平衡。因此有必要對全廠的熱系統(tǒng)進(jìn)行長遠(yuǎn)系統(tǒng)規(guī)劃，合理的分配和利用好所有可以回收的余熱資源，充分發(fā)揮余熱電機(jī)組潛力，為企業(yè)創(chuàng)造出更大的效益的同時(shí)，減少污染物排放，為企業(yè)節(jié)能減排創(chuàng)造有利的條件。

參考文獻(xiàn)

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