30 MW双压余热余能发电机组在攀钢钒公司的应用

30 MW双压余热余能发电机组在攀钢钒公司的应用
刘子成
【摘要】介绍了利用中压、低压蒸汽的双压余热余能发电机组的技术难点、机组选型及参数选择.通过在攀钢钒能动分公司的应用,可以直接地了解此双压余热余能发电机组的经济性、社会效益等.
【期刊名称】《冶金动力》
【年(卷),期】2018(000)012
【总页数】4页(P36-39)
【关键词】余热余能;双压发电机;低压蒸汽;节能减排
【作者】刘子成
【作者单位】攀钢钒公司能动分公司能源规划与节能技术室,四川攀枝花,617062【正文语种】中文
【中图分类】TM617
前言
攀钢钒能动分公司发电机组作为余热余能综合利用的调节性发电机组，已达到满负荷发电状态，其配套的锅炉在最大程度地使用煤气资源，基本未烧煤，高、焦炉煤气仍出现了不同程度的富余。

根据攀钢钒公司余热余能回收项目实施后的煤气、蒸汽的平衡分析与计算，2018年-2020年间攀钢钒公司煤气富余68 GJ/h、低压蒸汽富余70 t/h。

这些能源无法有效利用，将造成极大的资源浪费、同时也造成环
境污染。

根据国家相关政策，利用工业生产过程中产生的余热、余压生产的电力或热力，可以享受增值税即征即退政策。

余热余能综合利用项目符合国家“发展循环经济、节能减排”的基本国策，也是企业提高经济效益的重要途径。

为此，攀钢钒公司能动分公司利用富余煤气生产的中压蒸汽与富余的炼钢饱和蒸汽，建设1台30 MW双压余热余能发电机组，增加公司发电量，提高公司经济效益。

1 双压余热余能发电机组在行业的应用
本项目汽轮发电机组在理论上有低压饱和、单缸双压、双缸双压等多种机型可供选择。

实际上由于攀钢余压余能的特殊情况，市场上并不存在严格意义上的完全标准机组型号，而可类比参考的主要几种机型为单缸双压、双缸双压机型。

目前几个主要设备供应商（青岛捷能、杭州中能、东汽、北重等）均采用定制设计的理念，依据自身技术特点和市场实际需求个性化开发相关产品。

为进一步了解双压汽轮发电机组的选型、变工况运行稳定性、项目投资及建设模式、建设周期等情况，组织相关人员进行对与本项目类似的汽轮机应用情况与汽轮家生产厂家进行了技术交流。

相关情况见表1和表2。

经与汽轮机厂家交流，双压汽轮机在技术上是可行的，且可实现此类型特殊机型达检修周期安全稳定运行，但主、补汽比例不能低于1:1。

本余热余能发电工程以市场上存在的两种主流机型即单缸双压机组和双缸双压机组作为主机的比选方案。

表1 双压汽轮发电机组应用情况表项目生产工艺机组投运时间补汽方式实际发电
功率（MW）检修周期（年）安阳钢铁烧结余热发电双压补汽凝汽式机组主汽：次中压蒸汽，1.96MPa/364℃/83.6t/h补汽：低压汽，0.49MPa/224℃/24.5t/h机组功率：22/25MW 2013年5月单缸双压补汽新武安钢铁余热发电双压补汽凝汽式机组主汽：中压汽，1.96MPa/364℃/83.6t/h补汽：炼钢饱和蒸汽
0.78MPa/300℃/12.5t/h机组功率：15/15MW 2016年5月单缸双压补汽敬业
冶炼有限公司余热发电双压补汽凝汽式机组主汽：次中压蒸汽，1.96MPa/350℃
补汽：低压蒸汽与炼钢饱和汽，0.6MPa/152℃机组功率：15/15MW 2010年12月单缸双压补汽16～1810～128～12～3～3～3
表2 与本项目类似汽轮机应用业绩表单位名称北重汽轮机有限公司应用业绩青岛
捷能汽轮机机有限公司20家以上东方汽轮机有限公司工业透平事业部5家1家应用单位宁夏钢铁、河北钢铁、宝钢湛江等杭州中能汽轮动力有限公司16家新武安钢铁、敬业冶炼有限公司、云南仙湖等华电江门、山东日照、广西盛隆等江西华
电九江电厂生产周期10～14个月，根据具体参数订制生产
2 余热余能发电工艺方案的比较
对于富余的70 t/h低压蒸汽和68 GJ/h煤气（通过能动分公司现有锅炉燃烧煤气生产20 t/h中压蒸汽），有如下两种工艺方案：
2.1 方案一
建设1套30 MW双压补汽式发电机组对低压蒸汽和中压蒸汽进行回收利用，根
据双压补汽式发电机组制造的要求，双压补汽式汽轮机组，中压蒸汽与低压补汽比例不能低于1：1。

为充分利用炼钢富余70 t/h低压汽，中压蒸汽至少要达到70
t/h。

为此，从现有中压蒸汽系统补充50 t/h中压汽用于本项目。

该套机组发电效率23.55%，发电成本0.1883元/kWh，年运行维护费208万元，年增供电约1.2亿kWh。

投资约7000万元。

2.2 方案二
针对70 t/h低压蒸汽和20 t/h中压蒸汽，分别建设1套10 MW饱和蒸汽发电机组和1套5 MW中温中压蒸汽发电机组加以回收利用。

两套发电机组合计，发电效率21.7%，发电成本0.2983元/kWh，年运行维护费230万元，年增供电约1.1亿kWh。

投资约8000万元。

2.3 方案比较
方案一与方案二相比，方案一具有总投资少、总图布置面积小、后期运行维护费用低、效益好等优点，故本项目推荐方案一，建设1套30 MW双压补汽式发电机组。

3 汽轮发电机组选型方案比较
3.1 蒸汽温度、压力、流量参数
根据本项目富余煤气（通过能动分公司锅炉燃烧生产中压蒸汽）和低压饱和蒸汽的实际情况以及国内主要汽轮机厂的产品情况，本项目推荐汽机进汽方案为以中温中压蒸汽为主汽、低压蒸汽过热后做补汽。

汽轮机蒸汽进口参数见表3。

表3 汽轮机蒸汽进口参数表分类低压蒸汽中压蒸汽参数温度/℃压力/MPa流量
/(t/h)温度/℃压力/MPa流量/(t/h)进汽轮机入口220（过热后）0.6 70 450 4.0
70
3.2 机组选型方案比较
根据以上设计参数及国内双压补汽式汽轮机的技术和实际运行情况，满足本项目发电负荷要求的汽轮发电机组选型有以下两种方案：
方案一：单缸双压方案
建设1台30 MW单缸双压型汽轮机组。

主汽：利用攀钢钒公司中压蒸汽，以中温中压参数进入汽轮机组主汽门。

补汽：利用低压饱和蒸汽经“汽-汽”表面式换热器过热至220℃后进入汽轮机组
补汽口；利用中压蒸汽将低压蒸汽从饱和蒸汽加热至过热蒸汽。

本项目利用厂区富余煤气（通过能动分公司锅炉燃烧生产中压蒸汽）和低压饱和蒸汽发电，并对冷凝水进行回收利用，一部分冷凝水回收至干熄焦余热锅炉除盐水箱，一部分冷凝水回收至炼钢厂转炉余热锅炉软水箱。

单缸双压发电汽轮机设计排汽量139.73 t/h；加热蒸汽量4.56 t/h；机组中压蒸
汽量为74.56 t/h，低压饱和蒸汽量为70 t/h。

汽轮发电机组发电功率为28.86 MW。

方案二：双缸双压方案
建设1台30 MW双缸双压型汽轮机组。

攀钢钒公司中压蒸汽先进入汽轮机中压缸做功，中压缸排汽同补汽用的低压饱和蒸汽在缸外进行混合，然后一起进入低压缸进汽口再次做功发电。

低压饱和蒸汽与中压缸排汽在缸外直接混合，无表面式加热器。

双缸双压发电汽轮机设计排汽量138.19 t/h；考虑汽封蒸汽和汽水损失1.81 t/h；机组中压蒸汽量为70.0 t/h，低压饱和蒸汽量为70 t/h。

汽轮发电机组发电功率
为27.09 MW。

3.3 方案比较
方案一和方案二的比较见表4。

表4 选型方案一和方案二优缺点比较表内容蒸汽混合方式发电功率/MW汽轮机轴占地面积检修维护土建成本运行成本方案一：单缸双压机组缸内混合，旋转隔板调节28.86方案二：双缸双压机组缸外混合，联箱和分缸调节27.09短小方便小小
长大复杂大大
结论：方案一（单缸双压机组）在技术合理性、安装运行便利性和经济效益等方面普遍优于方案二（双缸双压机组），因此本项目推荐采用方案一（单缸双压机组）作为本可行性研究报告的推荐方案，即新建1台30 MW单缸双压型汽轮机组。

本项目富余蒸汽供应充分，机组的设计及制造技术成熟可靠，可以保证机组长时间连续运行，推荐方案符合技术先进、运行可靠、经济合理的原则。

4 主机技术条件
4.1 汽轮发电机组设备
单缸双压补汽式汽轮机:1台;
额定功率:30 MW;
额定进汽压力:4.0MPa（a）;
额定进汽温度:450℃;
额定进汽量:70 t/h;
额定补汽压力:0.6MPa（a）;
额定补汽温度:220℃（过热后）;
额定补汽量:70 t/h;
汽轮发电机:1台;
额定功率:30 MW。

4.2 热平衡计算和主要技术经济指标
本项目余热余能发电总装机容量为1×30 MW，汽机排汽冷凝后进入新建凝结水池，然后通过泵加压后进入炼钢厂和干熄焦余热锅炉，以此拟定全厂原则性热力系统，详见表5、表6。

表5 汽水平衡表 t/h类别项目主蒸汽低压饱和蒸汽冷凝最小2.6 70 40 109.73
低压蒸汽加热量汽机进汽量汽机进汽量冷凝水量汽轮机负荷最大4.56 70 70 139.73
表6 主要技术经济指标表项目中压蒸汽消耗量/(t/a)低压蒸汽消耗量/(t/a)净增供
电量/亿kWh总耗热量/(GJ/a)综合热效率/%总厂用电量/104kWh发电厂用电率/%全年工况596480 560000约1.2 3530058 23.55 1233 5.34
5 原则性热力系统
5.1 主蒸汽系统
中压蒸汽采用三路汽源，三路中压蒸汽进入一个集汽集箱后再进入1台30 MW
汽轮发电机。

集汽集箱上配备相应的电动切换阀、安全阀、放散阀等。

另从集汽集箱引一路中压汽进入低压蒸汽加热器，加热后的中压疏水进入饱和蒸汽蓄热器。

低压汽从新、老蓄热器出口管道上分别接点并建设相应管道，最终形成母管，进入脱水装置，脱水后进入低压蒸汽加热器，最后进入汽轮机，并配备相应的电动切换阀、放散阀。

5.2 低压蒸汽加热系统
本项目设置1台低压蒸汽加热器，工作压力为4.0 MPa（a），出力为70 t/h。

加热器的加热蒸汽来中压蒸汽。

5.3 凝结水系统
本项目汽轮机凝结水作为炼钢汽化冷却设施和干熄焦余热锅炉用水。

机组配套新建1台500 m3凝结水水池，冷凝水通过2台增压水泵分送至炼钢汽化冷却锅炉和干熄焦锅炉。

5.4 抽真空系统
凝汽器采用水环式真空泵抽真空系统。

机组设置2台水环式真空泵（采用节能泵）。

机组启动时，2台水环式真空泵全部投入；机组正常运行时，2台水环式真空泵1台运行、1台备用，系统运行可靠、经济实用。

5.5 工业冷却水系统
工业冷却水取自厂区新水总管，经工业水泵（采用节能泵）加压后，进入汽轮发电机组的冷油器和空冷器，然后进入循环冷却水系统。

为保证冷油器和空冷器的清洁，在冷油器和空冷器的进口处分别设有滤水器。

5.6 循环冷却水系统
循环水泵（采用节能泵）由吸水井将循环水吸出送入汽机凝汽器中，热水送至玻璃钢冷却塔冷却，冷却后的水自流返回吸水井中重复使用。

循环冷却水系统设有支路为冷油器和空冷器供冷却水，形成工业水与循环水两路水源，互为备用。

5.7 疏、放水系统
热力系统管道的疏水排入本项目设置的疏水扩容器，疏水扩容器的二次蒸汽直接排空；疏水扩容器的疏水排入厂区原疏水箱。

5.8 轴封排汽系统
汽轮机组的轴封蒸汽来自中压蒸汽，经轴封系统后排汽进入轴封加热器，加热器疏水最后进入凝汽器热井。

6 本项目的经济效益及环保效益
本项目投产后净增供电量1.216亿kWh。

本项目年可节约标煤量37696 t，可减
排二氧化碳约93988 t、二氧化硫约 667 t、氮氧化物约 588 t，并减少了大量热
量散失，减轻了热污染。

项目建成后，可有效改善该区域环境质量，环境正效应明显；同时节约了大量能源，节能效果显著。

项目具有良好的经济效益和环保效益。

7 结语
30 MW双压余热余能发电机组在攀钢钒公司的应用，具有良好的经济效益和环保效益，符合国家“发展循环经济、节能减排”的基本国策，在其成功应用后，具有很好的推广应用价值。