低压饱和蒸汽发电在炼钢企业中的应用

低压饱和蒸汽发电在炼钢企业中的应用

何武官

(北京中科创业园环境节能技术有限公司)

【摘要】宣钢低压饱和蒸汽发电工程的介绍。转炉余热发电系统的组成及工艺，利用转炉、轧钢加热炉产生的饱和蒸汽发电，降低生产工艺能耗，同时改变了饱和蒸汽排入大气而污染环境的状态，实现“节能减排”的最佳效果。是冶金企业中对余热蒸汽利用的有效方式并能达到良好的经济效益。

【关键词】低压；饱和蒸汽；汽轮机；蓄热器；发电机

概述：钢铁行业是国家经济的支柱产业,也是工业生产耗能大户，我们国内钢铁企业生产过程中可回收利用的余压、余热、余能的总量，一般占本企业总能量的10％左右。按照可持续发展和循环经济理念,钢铁企业发展的重点是技术升级和结构调整,提高环境保护和资源综合利用水平,最大限度的提高废气、废水、废物的综合利用水平,力争实现“零排放、负能耗炼钢”,建立循环型钢铁工厂。钢铁厂在炼钢、轧钢等工艺生产过程中如转炉、加热炉汽化冷却装置产生大量低温低压饱和蒸汽，除少量自用外，大部分低压饱和蒸汽往往得不到合理利用，只能对空排放，既污染了环境，又造成了能源的极大浪费。随着国家经济快速发展，钢铁厂对节能减排日益重视，如何利用这些低品位的蒸汽，成了各大钢铁厂能源环保部门关注的问题。

在炼钢厂中，低压饱和蒸汽主要来源于吹炼时高温烟道冷却换热，余热锅炉等产生，在工艺过程中一般用于加热、伴热、保温以及煤气管道的吹扫等。随着我国对节能减排的重视，以及《中华人民共和国节约能源法》的实施，各行各业对余热的利用也越来越高。钢铁行业是耗能的大户，其生产过程中将产生大量的余热。因此各企业都在积极落实余热利用问题。在蒸汽回收方面，就有很多具体的节能措施，比如转炉汽化冷却、干熄焦余热锅炉、烧结环冷机余热锅炉、轧钢加热炉汽化冷却等等。

由于回收的蒸汽量很大，回收的蒸汽不但能满足正常生产情况下的使用，还会经常出现对空排现象，在北方钢厂的非采暖季节期间尤其明显。这不但造成了能源（包括热能及水）的极大浪费，同时对环境也造成了一定的污染。因此，充分利用这部分蒸汽成为当前各冶金行业需要解决的问题之一。

钢铁厂所回收的蒸汽压力一般多为0.8~1.2MPa的饱和蒸汽，这部分蒸汽可以充分再利用。例如小型汽轮机拖动泵、风机、压缩机等代替电动机驱动、低压饱和蒸汽汽轮发电技术等。宣化钢铁厂采用了饱和蒸汽汽轮发电的技术，下面对其进行简要的介绍。

1、宣钢转炉余热饱和蒸汽发电系统

转炉饱和蒸汽发电系统主要包括汽化烟道冷却锅炉、饱和蒸汽式汽轮机、发电机及蓄热器和冷却、供水系统等。其工艺流程为：转炉在吹炼过程中，产生

大量的高温烟气（1300℃以上），为降低烟气温度，回收高温烟气中的余热，转炉设置了烟道式汽化冷却余热锅炉利用锅炉内的水通过换热器中的管来吸收烟气中的热能，使水在吹炼时产生饱和蒸汽，但余热锅炉由于受转炉吹炼节奏烟气波动的影响，在整个冶炼周期内，只有吹炼时才有饱和蒸汽产生，同时由于吹炼期烟气量的急剧变化，余热锅炉产生的蒸汽量也随之急剧波动。因此为了保证汽轮机进汽流量的连续性和稳定性，需要设置蓄热器系统。在吹炼期内，余热锅炉产生的蒸汽被引入蓄热器内，蒸汽将蓄热器内的水加热后并凝结成水，使蓄能器内水的焓值升高，完成了蓄热器的能量储蓄及充热过程，在非吹炼期，余热锅炉不生产蒸汽，当汽轮机进汽管道内压力低于蓄热器内压力时，系统内的压力不断下降，此时蓄热器中的饱和水降压后迅速闪蒸，饱和水成为过热水，立即沸腾而汽化，产生连续蒸汽，经调压后供汽轮机使用，这样就利用蓄热器的充放热过程，来维持蒸汽的连续性。经调节阀调压至 0.8MPa~1.0MPa的饱和蒸汽，经过汽水分离器及主汽阀进入饱和汽轮机组，在汽轮机内膨胀做功，驱动发电机发电。

一般国产汽轮机，一般为多级叶片结构，为防止末级叶片发生水击现象，要求进汽轮机的蒸汽干度要≥0.995，因此需另外增加一套汽水分离装置；对于引进机组，一般为单级叶片结构，对蒸汽干度没有严格要求，可直接利用饱和蒸汽。我们有一路过热蒸汽送入效果更好。饱和蒸汽通过汽水分离装置与一路过热蒸汽汇合进入汽轮机。对汽轮机的末级叶片也减小了水蚀。各蓄热器在放热时，蒸汽都是先通过蓄热器本体内部的除水装置才进入集汽缸。

饱和汽轮发电机组的技术参数

（1）汽轮机采用专用饱和蒸汽汽轮机，与过热式汽轮机不同，蒸汽在汽机内膨胀作功过程中产生的水份多，必须考虑汽轮机低压级叶片带水去湿措施，如杭州中能汽轮动力有限公司为北京中科生产的BN14-0.8/0.25其末级叶片镀硬铬来防止湿蒸汽的水蚀。汽轮机所有叶片进汽边均采用硬化技术，防止水蚀。由于低压饱和蒸汽的比焓较低，同常规汽轮机相比，其耗汽量要大得多，汽轮机本体设计时，须采用大直径低压缸叶片以满足排汽通道大的要求。为了适应钢厂多种饱和蒸汽压力的利用,汽轮机设计有一级进汽压力为0.8MPa,在压力级第二级处设计有二级补汽,压力为0.25MPa,最大进汽量在两路进汽口前均设有汽水分离

器,提高蒸汽干度和各进汽阀前后设有疏水.

（2）汽轮机根据蒸汽量设计最大容量为14MW，在汽量不足的情况下达到30%额定负荷时，可根据情况将宣钢低压环网投入补汽，可适当投入补汽来提高发电量。

（3）系统主要设备及参数：汽轮机转子共设计调节级一级，压力级6级，转子总重14T，外形尺寸：6.3*5.5*3.68(L*W*H)。转子轴端配套主油泵，正常运行过程中提供执行机构及润滑用油。配套辅机：供油装置1台，内置注油器1台（为主油泵提供进油），辅助油泵设有3台，高压油泵一台（100YL-100A），低压交直流油泵各一台（2CY29/3.6-5),

冷油器两台(YL-40),高低压滤油器各两台,可互相切换使用,以备清洗,滤油精度达0.25㎜。凝汽器一台（N-2400），2台凝结水泵，一用一备。2套射水抽气系统，一用一备。

循环水冷却系统一套，4台循环水泵（600S-32），3台冷却逆流式风机。水泵出口母管供水，可随时切换水泵，平时运行，2用2备。

3、主要设计内容

3.1发电站机组选型根据低压饱和蒸汽富裕量，选用了杭州中能汽轮动力有限公司1台14MW凝汽式汽轮发电机组。发电站在非采暖期运行，可根据全厂蒸汽富裕情况来确定机组运行及负荷，采暖期进行设备在低负荷条件下运行,并将检修期列入.所有疏水回收到降温池,由水泵送入循环水凉水塔内作为循环水补水,减少一次水的利用，实现能源的回收利用。

3.2、汽轮发电机组的主要配置及技术参数

汽轮机型式：单缸、冲动、凝汽补汽式汽轮发电机型号：BN14－0.8/0.25额定工况参数如下：进汽压力：0.8±0.1MPa(A)进汽温度：175℃饱和温度排汽压力：0.008MPa(A)进汽流量：93t/h补汽量:19t/h,循环水温度：33℃循环冷却水塔配置3台逆流式强制冷却风机。汽轮机额定汽耗:7.47kg/kW.h热耗：205481kJ/kW.h发电机功率：15000KW 杭州发电机：1台型号QFW15－2有功功率：15MW定子电压：10.5kV额定转速：3000r/min频率：50Hz功率因素：0.8(滞后)相数：3绝缘等级：F励磁方式：无刷励磁冷却方式：空气冷却。油系统全部为厂家设备成套供应。