電極熱水鍋爐在鋼廠自備電廠孤網運行中的應用

王 敏 顧海軍 聶文娟 郝 娜

（中機國能電力工程有限公司，上海200061）

0 引言

將鋼鐵企業在煉焦、煉鐵過程中產生的焦爐煤氣、高爐煤氣等氣體用作發電燃料，既能利用這些能源，又可減少環境污染，因此，國內不少大中型鋼廠用這些冶煉過程中的副產品作為自備電廠發電的燃料。

鋼廠為降低成本，一般不愿意聯網，但要求自備電廠具有孤網運行的功能。由于鋼鐵企業工藝流程中電弧爐、軋機等在合閘時會導致電負荷突增，斷閘時電負荷突減，其增減幅度很大，且瞬間發生，這種較大的周期性沖擊負荷往往會使自備電廠的常規系統和機組難以實現安全穩定運行。這種沖擊負荷對汽輪機的調速系統及旁路系統提出了很高的要求，更重要的是，由于頻繁、反復的熱沖擊而產生的高溫金屬疲勞，還對機組的壽命產生了嚴重威脅，使其安全性大大降低，導致自備電廠難以實現孤網穩定運行。在這種情況下，采用電極熱水鍋爐協同運行的方案便應運而生。采用電極熱水鍋爐的目的就是使鋼廠自備電站的孤網發電機組的負荷盡可能地維持在一個穩定的水平，電極熱水鍋爐與鋼廠的電弧爐、軋機并列同為孤網運行的電負荷用戶，即由電極熱水鍋爐吸收在電弧爐、軋機斷電時較合閘時所減少的電負荷，從而實現汽輪發電機組運行負荷的穩定。

基于以上原因，某鋼鐵企業自備電廠安裝了4臺40MW電極熱水鍋爐，以自動平衡沖擊負荷。

1 項目概況

某鋼鐵企業自備熱電廠裝機容量為2臺300MW機組，現有生產線上的平均用電負荷約為700MW，不足的容量由電網或老廠的小機組提供，以實現孤網運行功能。煉鋼及軋鋼用電的最大沖擊負荷約為200MW。

根據電力系統仿真結果，當2×300MW機組運行時，再采用4×40MW的當量容量來吸收200MW的沖擊負荷，電廠機組的負荷曲線幾乎成為一條直線，從而可以滿足局部電網的穩定運行要求。

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卸載的全容量荷載，通過電極熱水鍋爐的循環水量來調節，以滿足電極熱水鍋爐相關的循環參數要求，可以實現功率10%～100%的連續調節范圍。

3 電極熱水鍋爐及換熱系統

電極熱水鍋爐由鍋爐本體及爐水循環泵、蓄熱罐、水—水換熱器、定壓罐等組成，還有加藥、取樣器等裝置，并設置安全閥及壓力、溫度、流量等監測裝置，確保電極熱水鍋爐的安全運行。鍋爐相關參數如表1所示。

表1 電極熱水鍋爐技術參數表

電極熱水鍋爐系統有鍋爐本體一次水系統（圖1）和二次水系統（圖2），一次水系統是電極熱水鍋爐的一個閉式循環系統，它利用爐水循環泵提供一次水（除鹽水）的循環動力，除鹽水作為吸收在電極熱水鍋爐內由電能轉換的熱能的介質，在水—水換熱器中將熱量釋放給二次循環水系統的循環介質——凝結水，從而回收了大部分熱量。該凝結水是來自電廠汽輪機的回熱系統，由凝結水泵輸送，凝結水在水—水換熱器內吸熱后，又返回到電廠汽輪機的回熱系統，進入高壓除氧器，即水—水換熱器與汽輪機回熱系統的低壓加熱器組是并聯的。

圖1 電極熱水鍋爐本體一次水系統

圖2 二次水接出位置示意圖

系統內還設一套循環水換熱系統與凝結水換熱系統并聯，目的是在特殊情況下，凝結水量不能滿足一次水的換熱量要求時進行補充和備用。循環水換熱系統提供的吸熱介質是電廠用的循環水，由主廠房循環水泵提供，換熱后再回到主廠房循環水回水管。

4 運行控制

電極熱水鍋爐的電功率是隨煉鋼電弧爐及軋機的合閘與拉閘負荷而突變的，這瞬間的變化量要電極熱水鍋爐全量吸收，從而達到鋼廠自備電廠孤網安全穩定運行的目的。電極熱水鍋爐電功率變化所產生的熱量，用調節一次水量來協調，一次水攜帶的熱量在水—水換熱器中用凝結水量的調節來交換和吸收，通過一次水溫度相應調整二次水流量大小。

系統正常運行時，自備電廠2臺機組的二次水、凝結水均投入運行，為了計量每臺發電機組凝結水通過水—水換熱器的流量，在每臺機組的凝結水引出管道上設流量測量裝置，信號上傳至電子負荷控制系統。當其中一臺機組故障或停機檢修時，一臺機組的凝結水量無法滿足一次水的換熱需求，由循環水提供二次水進行換熱補充。

控制系統根據一次水的溫度，調整一次水通過凝結水換熱器的流量或和循環水換熱器的流量分配，根據凝結水二次水的出口溫度調整通過凝結水在低加與換熱器之間的流量分配。同時為了保證汽輪機回熱系統除氧器的水位要求，系統設了一組除氧器水位調節閥，以保證在各種工況下能靈活調整除氧器水位。

5 結語

項目通過試運行，實現了鋼廠孤立電網的頻率穩定。由于電能轉變為熱能的效率很高，電極熱水鍋爐的投用減少了汽輪機的低加抽汽量，使回熱系統的冷源損失增大，汽輪發電機組的循環熱效率降低，但卻滿足了鋼廠孤網小容量、負荷大突變時的運行穩定要求。

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

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