钢铁厂余热蒸汽梯级发电技术应用与分析

钢铁厂余热蒸汽梯级发电技术应用与分析

张磊

张磊

北京高能时代环境技术股份有限公司北京市100095

摘要：本文对大型钢铁企业各阶段蒸汽系统存在的问题，怎样逐步实现对余热蒸汽梯级发电技术的研究与应用进行了分析；同时对实际运行中出现的问题进行了解决。

关键词：余热、差压、螺杆膨胀机、低压饱和蒸汽

一、余热蒸汽发电研究内容与方法

1、螺杆膨胀动力机发电研究内容与方法

目前国内大多数钢铁企业转炉余热蒸汽的生产、使用过程是采用减压方式降低蒸汽压力来满足生产、生活用汽参数的要求，其绝热节流过程是较高品质的蒸汽变成低品质蒸汽的过程，也是能量的损耗过程。但是要回收这部分差压能量则需解决以下三个问题：1、蓄热器所提供的蒸汽为饱和蒸汽（干度小，含水量较大），常规能量转化设备不适用；2、蓄热器所提供的蒸汽存在着一定的流量波动；3、厂区蒸汽管网用汽压力为恒压，故替代调节阀的能量回收装置必须能起到减压并稳压的作用。上述三个问题必须同时全部解决，才能达到能量损失回收的目的。

某公司炼钢厂原有3台210吨转炉，平均每天共生产约65-70炉钢，每台转炉配置一台汽包，转炉汽包运行压力2.5MPa，3台转炉正常运行时，平均总产汽量约60t/h。从蓄热器（1.6MPa）引出的蒸汽供给两部分使用：一部分直接供内部工艺（RH炉）使用；另一部分蒸汽经压力调节阀减压后供厂区蒸汽管网用汽。供厂区管网蒸汽在减压过程中约0.8MPa的压力能浪费在调节阀上。为解决这一问题，利用炼钢厂转炉蓄热器出口蒸汽与厂区蒸汽管网之间的差压能量，在原调压阀管路上并联一条蒸汽管道，用以安装蒸汽螺杆膨胀动力机（热力系统示意见图1-1），蓄热器外排蒸汽管上的调压阀在原位置保留，但要改变调压阀的工作角色，将调压阀作为旁路备用阀。蒸汽回收系统修改变动之后，当蓄热器输出蒸汽时，调压阀关闭，输出蒸汽改道通过主汽阀进入带有蒸汽压差回收装置的蒸汽管路，带动螺杆膨胀动力机组做功。当蒸汽压差回收装置需要检修时，主汽阀关闭，开启调压阀，输出蒸汽通过调压阀减温减压的蒸汽管路输送至厂区蒸汽管网，由于某公司炼钢厂内部有部分蒸汽需求，这部分蒸汽须直接由蓄热器引出，所需压力较高，流量较大。内部蒸汽发生需求时，供应外部厂区蒸汽量受到一定影响，经核算确定采用1套230kW螺杆膨胀动力机发电机组（发电机300kW）。

螺杆膨胀动力机组热力系统图1-1

2、低压饱和蒸汽发电研究内容与方法

然而随着某公司配套完善项目最终形成800万t钢的生产能力，之前蒸汽平衡情况是在采暖期通过钢铁主流程的余热蒸汽回收和热电联产自备电站动态抽汽调整可同时满足生产和生活用蒸汽量，但扩大产能后非采暖期在满足生产和生活用蒸汽量的同时将有部分余热蒸汽需要放散。为解决这一问题，决定采用2台6MW低压饱和蒸汽发电机组对厂区的富裕的饱和蒸汽（低于1.0MPa）再次进行利用，实现余热蒸汽梯级发电（热力系统示意见图1-2）。此饱和蒸汽机组为纯凝式，主蒸汽管道、凝结水管道采用母管制系统。每套机组凝结水系统机组各设两台100%容量的凝结水泵，凝结水经凝结水泵送至厂区综合水处理中心进行回收。

低压饱和蒸汽发电机组热力系统图1-2

二、运行中出现的问题分析及解决办法

由于余热蒸汽系统存在一定的波动性，加之低压饱和蒸汽发电需要解决饱和蒸汽湿度大，含水量多，在汽轮机内膨胀做工过程中会产生较多的水分；且在机组原设计上也存在一些不合理。

1、针对低压饱和蒸汽湿度大、含水量多问题在汽轮机进汽前增设旋流式带蒸汽过滤网汽水分离器，通流部分各级前设置疏水槽沟，末三级隔板设置除湿疏水环形槽，末一、二级叶片等进汽边硬化处理，通过汽轮机前、机内完善的除湿手段，有效的保证了机组的稳定运行。

2、低压饱和蒸汽轮机轴封蒸汽系统原设计存在一定的不合理性，轴封主供气管道未安装压力表、温度表，管道管径是DN25，该供汽管道接点位置在低压主蒸汽管道的下方（易积水）；机组本身轴封蒸汽管道是DN80（后汽封）、DN65（前汽封），该机组轴封蒸汽利用的是低压饱和蒸汽，蒸汽湿度较大，这样一来系统内很容易积水，送至轴封，调试初期多次引起机组轴承振动大跳机。解决措施：将原轴封主供汽管道（DN25）与主蒸汽管道断开，增加疏水器，作为轴封均压箱的疏水；将轴封主供汽管道管径改为DN50，同时接点位置也改至主蒸汽管道的上部，并在均压箱上配了压力表，方便监视，轴封供汽压力控制在30～50KPa。

3、由于转炉生产特性（约30分钟/炉），造成低压蒸汽管网压力波动幅度较大（0.4-1.3MPa），考虑企业部分低压蒸汽用户为生产工艺用汽，要求蒸汽压力相对比较稳定（0.8-1.0MPa）。解决措施：把饱和蒸汽发电机组作为非采暖期蒸汽的缓冲用户，通过调节发电负荷的手段控制汽轮机主汽门入口蒸汽量，进而维持公司低压蒸汽管网压力0.8MPa左右：当管网压力升高（降低）时，饱和蒸汽发电站通过增加机组发电负荷进而增加（减少）主汽门入口蒸汽量，以维持管网压力在0.8MPa为基准。

三、运行情况及效果

1、螺杆膨胀动力机组运行情况及效果

蒸汽管网压力变化对比情况表3-1

饱和蒸汽机组蒸汽压力、温度、功率运行情况图3-4

结论

利用螺杆膨胀机作为背压机组代替减压装置，同时结合饱和蒸汽发电技术较好实现余热蒸汽回收过程中能量的梯级利用；更好的为钢铁企业季节性富裕蒸汽如何回收利用提供有效的解决手段，具有良好的推广前景。

参考文献：

[]钢铁企业余热蒸汽现状研究.侯祥松.钢铁技术.2010年第二期.

[2]螺杆膨胀动力机技术的探讨.曹武.煤气热力与技术.2005年第八期.

[3]低压余热蒸汽发电的可行性探讨.李丽.科学实践专刊.2010年.