閆新明

（宣化鋼鐵股份有限公司規(guī)劃發(fā)展處，河北張家口 075100）

低壓飽和蒸汽發(fā)電技術在宣鋼的應用

閆新明

（宣化鋼鐵股份有限公司規(guī)劃發(fā)展處，河北張家口 075100）

利用低壓飽和蒸汽發(fā)電已成為鋼鐵企業(yè)的共識，就2013年宣鋼新建一臺14 MW級間再熱補凝汽式汽輪發(fā)電機的成功典例，說明余熱蒸汽發(fā)電的節(jié)能效益和推廣價值。

轉爐余熱；低壓飽和；蒸汽發(fā)電；節(jié)能減排

1 引言

低壓轉爐余熱飽和蒸汽由于受冶煉周期、煉鋼工藝、爐膛吹氧先后順序的影響，其溫度、壓力等參數(shù)具有很大的不確定性，再加上飽和蒸汽含水量大，對汽輪機葉片有較強的腐蝕作用，這是一個亟待解決的問題。根據(jù)低壓飽和蒸汽在汽輪機內做功到末端造成水蝕問題后解決方法的不同，國內出現(xiàn)了不同類型的汽輪機，下面以宣鋼采用的級間再熱補凝汽式汽輪機發(fā)電技術為例加以闡述。

2 宣鋼轉爐余熱低壓飽和蒸汽的應用

2.1 工程由來

河北鋼鐵宣鋼公司現(xiàn)有2座110 t轉爐、1座120 t轉爐，2座150 t轉爐，共計產生富余轉爐飽和蒸汽85 t/h，棒線材5條生產線加熱爐共計產生富裕飽和蒸汽約40 t/h。該蒸汽除冬季用于廠區(qū)采暖和部分工藝保溫外，大部分蒸汽都予以排空。本著“節(jié)約能源，保護環(huán)境，”的原則，公司決定采用先進的飽和蒸汽發(fā)電技術，建設一套14 MW的飽和蒸汽汽輪發(fā)電機組，使宣鋼煉鋼工藝富裕的低壓飽和蒸汽得到合理利用，降低煉鋼生產工藝的綜合能耗，增加企業(yè)自發(fā)電量，提升企業(yè)整體經(jīng)濟運行質量。同時，可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

2.2 汽輪機選型問題

飽和蒸汽在汽輪機中膨脹作功時，隨著壓力的降低，蒸汽的濕度迅速增大，蒸汽濕度的增加對汽輪機的運行十分不利。首先，蒸汽的濕份會使汽輪機級的內效率降低。蒸汽的濕度每增加1%。汽輪機級效率相應下降約1%。更嚴重的是蒸汽中的霧滴會沖蝕葉片，使汽輪機葉片產生水蝕，造成汽輪機的損壞，蒸汽的濕度越大，水蝕現(xiàn)象越嚴重。長期的設計和運行實踐經(jīng)驗證明，汽輪機末級蒸汽的最大濕度不得超過10%至12%，否則將嚴重影響汽輪機的工作壽命和安全運行。

解決上述難題的一般辦法是采用蒸汽再熱循環(huán)來代替簡單的朗肯循環(huán)。也就是把汽輪機中的濕蒸汽引出來，送到鍋爐或者加熱器中加熱成過熱蒸汽，再送回汽輪機中繼續(xù)膨脹工作。這個辦法非常有效，但做起來非常麻煩。工業(yè)余熱發(fā)電用的汽輪機采用這種做法很不經(jīng)濟。

宣鋼經(jīng)過多次論證，決定采用國內比較先進的級間再熱補凝汽式汽輪機發(fā)電技術，即選用機內除濕再熱的多級沖動式汽輪機。其結構特點是：汽輪機汽缸內的其中一相鄰級或若干相鄰級的級間設置有級間蒸汽再熱器，由該汽輪機的主汽門后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再熱器中，用于加熱汽輪機中做功膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護汽輪機不受水蝕損害；該蒸汽再熱器的出口通過疏水閥連接到疏水膨脹箱或冷凝器。

對于機內除濕再熱飽和蒸汽汽輪機，汽輪機的結構不需要做大的變動，蒸汽不需要從汽輪機汽缸中引出來后再送進去，省去了把蒸汽從汽輪機中引出和引入的大直徑蒸汽管路和閥門。只需把要進行級間再熱處的級間軸向間隙適當加大，留出安裝級間再熱裝置的空間。級間再熱的熱源可以從主汽門后的主蒸汽管路中引出一小股新蒸汽。由于再熱用的蒸汽量很少，大概只占新蒸汽量的5%左右，因此再熱蒸汽管路很小，成本低，布置簡單。

機內除濕再熱的多級沖動式汽輪機可在結構不做過大改動情況下徹底解決蒸汽濕度問題。汽輪機可以自由使用飽和蒸汽或是過熱度比較低的蒸汽，在保持比較高的效率情況下不用擔心葉片的水蝕問題。這種方法大大拓寬了汽輪機所能利用的蒸汽的參數(shù)范圍。任何壓力的飽和蒸汽、濕蒸汽、過熱度過小的蒸汽都可直接用來發(fā)電。0.8 MPa飽和蒸汽進入汽輪機內膨脹做功，膨脹做功到0.25 MPa左右，從機內抽出工藝所需蒸汽，剩余部分蒸汽經(jīng)過機內除濕再熱裝置提高干度后繼續(xù)膨脹做功直到排入凝汽器，這樣就保證了蒸汽在末級葉片的干度在普通汽輪機葉片允許的范圍內，大大增加了系統(tǒng)的安全性。

2.3 工程建設

本工程概算靜態(tài)投資9203萬元，其中設備及工器具購置費用4093萬元；建筑安裝工程費用3914萬元；工程建設其他費用及預備費1196萬元，主要設備有杭汽中能級間再熱補汽凝汽式汽輪機（型號：CRBN14-0.8/0.15；額定功率：14 MW）一臺及其附屬設備；發(fā)電機（型號：QF-15-2，額定功率：15 MW）一臺及其配套設備。主要構筑物為汽機房和循環(huán)水泵間。控制系統(tǒng)采用DCS作為機組的監(jiān)控，實現(xiàn)1機及輔助系統(tǒng)的集中控制。工程2012年8月開工建設，與2013年5月30日一次性試車成功并于次日并網(wǎng)發(fā)電。

2.4 節(jié)能及經(jīng)濟效益分析

本工程截止到11月10日，已安全運行150天，日均發(fā)電量28.8萬kWh，且工況運行比較穩(wěn)定。根據(jù)宣鋼煉鋼生產及各工藝用汽的特點，本工程的年運行時間按330天（夏季按200天，冬季按130天）考慮。年均外供發(fā)電量7056.96萬kWh，每度電按0.52元計，年經(jīng)濟效益3669.62萬元，2.51年可回收投資，經(jīng)濟效益明顯。

本工程的汽輪發(fā)電機組年實際發(fā)電79440000 kWh，如果折合成燃煤電廠的標準煤耗，本電站每年可節(jié)約標煤量30187 t（按380 g/kWh計算），減少了溫室氣體和酸性氣體的排放。具體數(shù)據(jù)如下:

(1))經(jīng)濟效益

1)理論額定功率:14000 kW

2)夏天機組實際平均功率:12000 kW(200天)

3)冬天機組實際平均功率:7000 kW(130天)

4)年實際發(fā)電量:79440000 kWh

5)年機組外供發(fā)電量:70569600 kWh(自用8870400)

6)年經(jīng)濟效益:3669.62萬元()按0.52元/kWh計)

(2)環(huán)保效益

1)年節(jié)約標煤:30187 t

2)年減排煙塵量（可回收利用）:889 t

3)折算成同功率的燃煤電廠年減排SO2量（Sy= 0.6%計算）:377 t

4)年減排CO2量:87039 t

3 結束語

通過對宣鋼低壓飽和蒸汽發(fā)電工程項目的介紹和分析，可見利用余熱發(fā)電節(jié)能和經(jīng)濟效益相當可觀，具有較好的推廣和利用價值。

[1]唐咸喜.飽和蒸汽余熱發(fā)電技術的應用現(xiàn)狀[J].中國科技財富.2010 (24).

[2]陳道海,裴永紅.轉爐汽化飽和蒸汽發(fā)電技術的研究與應用[J].冶金動力.2010(4).

App lication of Power Generation Technology with Low-pressure Saturated Steam in Xuanhua Steel

YAN Xinming
(The Planning and Development Department of Xuanhua Steel,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

The technology of power generation with low-pressure saturated steam has been generally accepted in domestic steel industry.The energy saving effect and promotion value of power generation with vapour from waste heat are demonstrated with the successful example of the 14 MW reheat condensing steam turbine newly built in Xuanhua Steel.

converter waste heat;low-pressure saturation;power generation with steam; energy saving and emission reduction

TM611

B

1006-6764（2014）03-0053-02

2013-11-19

閆新明（1977-），男，工程師，國家注冊監(jiān)理工程師，國家注冊一級建造師,現(xiàn)從事工程項目管理工作。