電極熱水鍋爐在鋼廠自備電廠孤網(wǎng)運(yùn)行中的應(yīng)用

王 敏 顧海軍 聶文娟 郝 娜

（中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司，上海200061）

0 引言

將鋼鐵企業(yè)在煉焦、煉鐵過程中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等氣體用作發(fā)電燃料，既能利用這些能源，又可減少環(huán)境污染，因此，國(guó)內(nèi)不少大中型鋼廠用這些冶煉過程中的副產(chǎn)品作為自備電廠發(fā)電的燃料。

鋼廠為降低成本，一般不愿意聯(lián)網(wǎng)，但要求自備電廠具有孤網(wǎng)運(yùn)行的功能。由于鋼鐵企業(yè)工藝流程中電弧爐、軋機(jī)等在合閘時(shí)會(huì)導(dǎo)致電負(fù)荷突增，斷閘時(shí)電負(fù)荷突減，其增減幅度很大，且瞬間發(fā)生，這種較大的周期性沖擊負(fù)荷往往會(huì)使自備電廠的常規(guī)系統(tǒng)和機(jī)組難以實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。這種沖擊負(fù)荷對(duì)汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)及旁路系統(tǒng)提出了很高的要求，更重要的是，由于頻繁、反復(fù)的熱沖擊而產(chǎn)生的高溫金屬疲勞，還對(duì)機(jī)組的壽命產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，使其安全性大大降低，導(dǎo)致自備電廠難以實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。在這種情況下，采用電極熱水鍋爐協(xié)同運(yùn)行的方案便應(yīng)運(yùn)而生。采用電極熱水鍋爐的目的就是使鋼廠自備電站的孤網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷盡可能地維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平，電極熱水鍋爐與鋼廠的電弧爐、軋機(jī)并列同為孤網(wǎng)運(yùn)行的電負(fù)荷用戶，即由電極熱水鍋爐吸收在電弧爐、軋機(jī)斷電時(shí)較合閘時(shí)所減少的電負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷的穩(wěn)定。

基于以上原因，某鋼鐵企業(yè)自備電廠安裝了4臺(tái)40MW電極熱水鍋爐，以自動(dòng)平衡沖擊負(fù)荷。

1 項(xiàng)目概況

某鋼鐵企業(yè)自備熱電廠裝機(jī)容量為2臺(tái)300MW機(jī)組，現(xiàn)有生產(chǎn)線上的平均用電負(fù)荷約為700MW，不足的容量由電網(wǎng)或老廠的小機(jī)組提供，以實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行功能。煉鋼及軋鋼用電的最大沖擊負(fù)荷約為200MW。

根據(jù)電力系統(tǒng)仿真結(jié)果，當(dāng)2×300MW機(jī)組運(yùn)行時(shí)，再采用4×40MW的當(dāng)量容量來吸收200MW的沖擊負(fù)荷，電廠機(jī)組的負(fù)荷曲線幾乎成為一條直線，從而可以滿足局部電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求。

2 電極熱水鍋爐加熱原理

電極熱水鍋爐的加熱原理是利用水的高熱阻特性，將電極浸沒在水中，利用連接三相高壓電源的電極將爐水加熱，使電能轉(zhuǎn)換為熱能，且具有較高的熱效率。電極熱水鍋爐承接電弧爐及軋機(jī)卸載的全容量荷載，通過電極熱水鍋爐的循環(huán)水量來調(diào)節(jié)，以滿足電極熱水鍋爐相關(guān)的循環(huán)參數(shù)要求，可以實(shí)現(xiàn)功率10%～100%的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍。

3 電極熱水鍋爐及換熱系統(tǒng)

電極熱水鍋爐由鍋爐本體及爐水循環(huán)泵、蓄熱罐、水—水換熱器、定壓罐等組成，還有加藥、取樣器等裝置，并設(shè)置安全閥及壓力、溫度、流量等監(jiān)測(cè)裝置，確保電極熱水鍋爐的安全運(yùn)行。鍋爐相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 電極熱水鍋爐技術(shù)參數(shù)表

電極熱水鍋爐系統(tǒng)有鍋爐本體一次水系統(tǒng)（圖1）和二次水系統(tǒng)（圖2），一次水系統(tǒng)是電極熱水鍋爐的一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)，它利用爐水循環(huán)泵提供一次水（除鹽水）的循環(huán)動(dòng)力，除鹽水作為吸收在電極熱水鍋爐內(nèi)由電能轉(zhuǎn)換的熱能的介質(zhì)，在水—水換熱器中將熱量釋放給二次循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)介質(zhì)——凝結(jié)水，從而回收了大部分熱量。該凝結(jié)水是來自電廠汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)，由凝結(jié)水泵輸送，凝結(jié)水在水—水換熱器內(nèi)吸熱后，又返回到電廠汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)，進(jìn)入高壓除氧器，即水—水換熱器與汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的低壓加熱器組是并聯(lián)的。

圖1 電極熱水鍋爐本體一次水系統(tǒng)

圖2 二次水接出位置示意圖

系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)一套循環(huán)水換熱系統(tǒng)與凝結(jié)水換熱系統(tǒng)并聯(lián)，目的是在特殊情況下，凝結(jié)水量不能滿足一次水的換熱量要求時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和備用。循環(huán)水換熱系統(tǒng)提供的吸熱介質(zhì)是電廠用的循環(huán)水，由主廠房循環(huán)水泵提供，換熱后再回到主廠房循環(huán)水回水管。

4 運(yùn)行控制

電極熱水鍋爐的電功率是隨煉鋼電弧爐及軋機(jī)的合閘與拉閘負(fù)荷而突變的，這瞬間的變化量要電極熱水鍋爐全量吸收，從而達(dá)到鋼廠自備電廠孤網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。電極熱水鍋爐電功率變化所產(chǎn)生的熱量，用調(diào)節(jié)一次水量來協(xié)調(diào)，一次水?dāng)y帶的熱量在水—水換熱器中用凝結(jié)水量的調(diào)節(jié)來交換和吸收，通過一次水溫度相應(yīng)調(diào)整二次水流量大小。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，自備電廠2臺(tái)機(jī)組的二次水、凝結(jié)水均投入運(yùn)行，為了計(jì)量每臺(tái)發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水通過水—水換熱器的流量，在每臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水引出管道上設(shè)流量測(cè)量裝置，信號(hào)上傳至電子負(fù)荷控制系統(tǒng)。當(dāng)其中一臺(tái)機(jī)組故障或停機(jī)檢修時(shí)，一臺(tái)機(jī)組的凝結(jié)水量無法滿足一次水的換熱需求，由循環(huán)水提供二次水進(jìn)行換熱補(bǔ)充。

控制系統(tǒng)根據(jù)一次水的溫度，調(diào)整一次水通過凝結(jié)水換熱器的流量或和循環(huán)水換熱器的流量分配，根據(jù)凝結(jié)水二次水的出口溫度調(diào)整通過凝結(jié)水在低加與換熱器之間的流量分配。同時(shí)為了保證汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)除氧器的水位要求，系統(tǒng)設(shè)了一組除氧器水位調(diào)節(jié)閥，以保證在各種工況下能靈活調(diào)整除氧器水位。

5 結(jié)語

項(xiàng)目通過試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了鋼廠孤立電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。由于電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿男屎芨撸姌O熱水鍋爐的投用減少了汽輪機(jī)的低加抽汽量，使回?zé)嵯到y(tǒng)的冷源損失增大，汽輪發(fā)電機(jī)組的循環(huán)熱效率降低，但卻滿足了鋼廠孤網(wǎng)小容量、負(fù)荷大突變時(shí)的運(yùn)行穩(wěn)定要求。

［1］劉廣文，崔全勝．沖擊性負(fù)荷對(duì)小電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的分析與探討［J］．包鋼科技，2003（2）：35～38

［2］吳作君，蘇國(guó)友，包自力，等．鋼鐵廠自備電廠孤網(wǎng)運(yùn)行若干問題的研究［J］．安徽科技，2012（9）：41～42