轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽聯(lián)合高爐富余煤氣發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

供稿|楊雄

內(nèi)容導(dǎo)讀

煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生大量的飽和蒸汽，由于轉(zhuǎn)爐冶煉的間歇性特點，導(dǎo)致所產(chǎn)蒸汽的壓力及流量存在較大波動。由于轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽存在性能和流量不穩(wěn)定的缺點，因此在發(fā)電項目的應(yīng)用中存在一定的技術(shù)難度。本文分析了轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽的特性，并結(jié)合高爐富余煤氣的情況，介紹了轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽聯(lián)合高爐富余煤氣發(fā)電技術(shù)在陽春新鋼鐵有限責任公司的應(yīng)用情況。該技術(shù)符合企業(yè)節(jié)能減排、環(huán)境保護的要求，值得鋼鐵企業(yè)推廣使用。

陽春新鋼鐵有限責任公司煉鋼廠有2座120 t轉(zhuǎn)爐，配套2臺余熱鍋爐，轉(zhuǎn)爐冶煉期間蒸汽最大流量為90 t/h，工作期平均流量30 t/h，所產(chǎn)蒸汽原來未進行余熱利用，全部進行放散。另2座1250 m3的高爐產(chǎn)生的煤氣約8萬m3/h未進行完全利用，多余的煤氣則通過放散塔焚燒外排，在一定程度上既造成了資源浪費又不符合環(huán)境保護的要求。

由于轉(zhuǎn)爐冶煉間歇性的特點，造成其產(chǎn)生的蒸汽流量及壓力波動較大，蒸汽的品質(zhì)相對較差，且飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用并不算成熟穩(wěn)定，具有很大的風險性。為此，委托湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計院進行分析論證，考慮大約有8萬m3/h的高爐富余煤氣可利用，進行了方案設(shè)計、系統(tǒng)選型、初步設(shè)計以及施工圖設(shè)計等一系列設(shè)計工作。

確定發(fā)電方案

在盡量不影響轉(zhuǎn)爐工藝的前提下，最大可能地利用轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽及高爐富余煤氣進行發(fā)電，結(jié)合原有配套系統(tǒng)可利用舊設(shè)備的使用，形成了兩種發(fā)電方案。

方案一：轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽和新建鍋爐聯(lián)合使用補汽式汽輪發(fā)電機。配套設(shè)備：560 m3蓄熱器+90 t/h中溫中壓煤氣鍋爐+7.5 MW凝汽補汽式汽輪發(fā)電機組。

方案二：轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽發(fā)電和富余煤氣發(fā)電分開形式。(1)轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽發(fā)電配套設(shè)備：560 m3蓄熱器+6 MW低溫低壓汽輪發(fā)電機組+飽和蒸汽過熱爐；(2)高爐富余煤氣發(fā)電配套設(shè)備：75 t/h中溫中壓煤氣鍋爐+1.5 MW凝汽式發(fā)電機組。

經(jīng)結(jié)合主要技術(shù)經(jīng)濟指標、投資與效益收回、現(xiàn)場整體布局及系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素，決定采用方案一：轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽和新建鍋爐聯(lián)合使用補汽式汽輪發(fā)電機。

主體設(shè)備選型

為充分回收利用轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽及高爐產(chǎn)生的富余煤氣，根據(jù)最大蒸汽量、平均蒸汽量、平均煤氣量等相關(guān)參數(shù)，考慮系統(tǒng)穩(wěn)定運行等因素，建設(shè)560 m3蓄熱器一套、自產(chǎn)蒸汽量8 t/h的鍋爐及過熱器一套、6000 kW汽輪機一臺、7.5 MW發(fā)電機一臺，主要設(shè)備相關(guān)參數(shù)：(1)汽輪機型號：N6—1.0/406；額定功率：6000 kW；額定轉(zhuǎn)速：3000 r/min；額定工況進氣量：30 t/h；新蒸汽壓力：1.0 MPa；新蒸汽溫度：400 ℃。(2)發(fā)電機型號：QF2W—7.5—2；功率：7.5 MW；額定電壓：10.5 kV；額定轉(zhuǎn)速：3000 r/min；功率因素：0.85。

工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)

主要工藝流程

主要工藝流程如圖1所示。轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽經(jīng)蒸汽管道輸送至蓄熱器進行穩(wěn)壓儲存，再經(jīng)過熱器進行加熱加壓，加熱后的高溫蒸汽進入汽輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，做功后的蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻形成凝結(jié)水，最后送至轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐脫鹽水箱進行除鹽后循環(huán)利用。高爐富余煤氣接入新建的鍋爐及過熱器，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽接入過熱器加熱與飽和蒸汽混合，蒸汽量較大時部分蒸汽送至蓄能器進行存儲。

圖1 轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽聯(lián)合高爐富余煤氣發(fā)電工藝流程圖

關(guān)鍵技術(shù)

(1) 蒸汽壓力和流量的穩(wěn)定。由于轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的蒸汽波動性較大，如何保證飽和蒸汽壓力和流量的穩(wěn)定性是發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵因素。在配置的560 m3蓄熱系統(tǒng)中，按三個氣包串聯(lián)分配，進行存儲和穩(wěn)壓，輸出相對穩(wěn)定、連續(xù)的蒸汽供汽輪機使用。

(2) 轉(zhuǎn)爐停爐時發(fā)電機是否停機。當兩座轉(zhuǎn)爐同時停爐不能產(chǎn)生飽和蒸汽或單爐冶煉時只能產(chǎn)生少量蒸汽，發(fā)電機機組是否停機是本系統(tǒng)另一個關(guān)鍵技術(shù)。聯(lián)合運用高爐約8萬m3/h的富余煤氣，配套鍋爐及過熱系統(tǒng)，能自產(chǎn)8 t/h(1.0 MPa，400 ℃)的過熱蒸汽進入汽輪機，滿足汽輪機在最小工況下運行，不必停機，待轉(zhuǎn)爐工作正常后可迅速提升負荷運行。

發(fā)電效果

如表1所示，根據(jù)初步設(shè)計情況，發(fā)電機組按年運行8200 h計算，年發(fā)電量為4103×104kWh，折合節(jié)約標煤14361 t，小時發(fā)電量約5000 kWh。由于設(shè)計按當初240萬t年產(chǎn)量規(guī)模考慮，后隨著操作技術(shù)不斷提高，轉(zhuǎn)爐冶煉周期縮短，產(chǎn)量加大，發(fā)電量較原設(shè)計有明顯增多。

表1 轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽聯(lián)合高爐富余煤氣發(fā)電項目投運后與設(shè)計參數(shù)對比表

結(jié)束語

轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽發(fā)電最大的技術(shù)瓶頸是解決蒸汽的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)爐停爐期間發(fā)電機組的連續(xù)運行。轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽聯(lián)合高爐富余煤氣發(fā)電技術(shù)自2015年投入應(yīng)用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，發(fā)電效果較好，關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用得到驗證。該技術(shù)的應(yīng)用符合企業(yè)節(jié)能減排、保護環(huán)境的要求，值得鋼鐵企業(yè)推廣使用。