鋼鐵企業低壓飽和蒸汽余熱發電的應用

摘 要：通過重鋼長壽新區二期低溫余熱發電項目的工程實例，介紹了轉爐煙氣余熱回收及低壓飽和蒸汽發電系統的工藝流程，結合工程實際對的經濟性及更好的利用方式進行了分析。

關鍵詞：低壓飽和蒸汽；余熱利用；發電

1 鋼鐵企業能耗現狀

我國經濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了資源和環境被破壞的代價，這兩者之間的矛盾日趨尖銳，節能減排已成為中國經濟社會可持續發展及工業轉型升級的必要選擇。中央政府將節約資源和環境保護納為我國的基本國策。近年來，為緩解我國能源供需矛盾、保持經濟平穩較快發展、推動經濟結構調整和產業技術進步、改善環境質量，我國政府綜合運用法律、經濟、技術和必要的行政手段，出臺了一系列推動節能減排的政策措施。在各項政策的鞭策下，我國節能減排工作取得了良好成效。“十二五”前三年我國累計節能約3.5億噸標準煤。

作為高能耗行業的我國鋼鐵工業，同時也是“節能大戶”。2014年上半年全國重點鋼鐵企業噸鋼綜合能耗、各工序能耗比上年同期均有所下降。部分鋼鐵企業的部分指標已達到或接近國際先進水平，特別是噸鋼耗新水指標創出歷史最好水平，有32家企業噸鋼耗新水低于3m3。企業之間的各工序能耗最高值與先進值差距較大，各企業之間的節能工作發展不平衡，說明鋼鐵工業還有節能潛力。

鋼鐵企業余熱、余能資源數量巨大。近些年來我國鋼鐵企業的余熱余能資源回收利用水平取得了較大提高。注重了能源結構的優化，特別是低品質能源利用技術開發；注重了過程能源的高效利用，特別是工藝過程的優化；注重了余熱余能回收的投入，特別是余熱余能回收技術及裝備的開發。但與國際先進水平相比仍有很大差距，國外余熱余能資源的回收率，先進國家己達到90%以上，如日本新日鐵達到了92%，而國內鋼鐵企業只有30～40%，且回收后使用效率不高。

2 轉爐煙氣余熱回收及利用

在鋼鐵企業中，氧氣轉爐在吹煉期間產生大量的含塵爐氣，溫度為1400～1600℃。轉爐煙氣中含有大量的顯熱和潛熱，其中潛熱占主要部分，顯熱占16%左右。目前，轉爐煙氣中可供利用的高溫顯熱，一般都采用余熱鍋爐進行蒸汽回收，將冶煉過程中產生的高溫煙氣經過余熱鍋爐降溫并放出熱量，鍋爐中的飽和水吸收這些熱量成為飽和蒸汽。

轉爐煉鋼過程中由于C-O反應產生大量富含可燃氣體（CO）的煙氣，噸鋼可達200Nm3，煙氣主要含有CO、CO2、O2和基本成分為氧化鐵的塵粒，CO含量為40%～80%，含塵量為150g/Nm3。這部分煙氣帶出大量潛熱和顯熱。這些有害氣體直接外排，會嚴重污染大氣環境，鋼鐵企業必須對轉爐煙氣進行有效的治理。在治理的同時，盡可能回收煙氣中的熱能和化學能，以降低煉鋼工序的能耗，減少環境的污染。目前，國內外轉爐煉鋼煙氣處理采用的主要方法分為兩種方式：濕法除塵工藝（OG法）和干法除塵工藝（LT法）。

濕法除塵工藝（OG法）是非常成熟的工藝技術，自20世紀60 年代日本開發成功以后，現在全世界約99%以上的轉爐均采用這一工藝。傳統OG法除塵工藝流程是：利用汽化冷卻煙道將1600℃轉爐煙氣冷卻到900～1000℃，然后經過兩級文丘理管對爐氣進行降溫和除塵，使煙氣溫度達到100℃以下，經脫水后送人煤氣柜回收或放散。

3 重鋼低溫余熱回收及利用

重鋼長壽新區二期低溫余熱發電項目利用煉鋼、軋鋼工序產生的飽和蒸汽，將其轉為優質電能，建設6.0MW低溫余熱發電站。在前期1#、2#低溫余熱電站已建成的基礎上，利用重鋼長壽新區自產低壓余熱蒸汽（二期搬遷3臺80t/h轉爐、1臺棒材加熱爐、1臺線材加熱爐、1臺型鋼加熱爐所產余熱蒸汽），設置蒸汽蓄熱站，配置6.0MW低壓飽和蒸汽汽輪發電機組及配套公輔設施。

根據重鋼煉鋼和軋鋼工序中產生的飽和蒸汽量，確定項目裝機為1臺6.0MW汽輪發電機組，2臺蓄能器。

由于主要汽原產自轉爐汽化冷卻煙道及余熱鍋爐的蒸汽，該部分蒸汽具有不連續、流量波動大、含濕量高等特點，需通過蒸汽蓄熱器將此蒸汽轉化為流量穩定的低壓飽和蒸汽用來發電。煉鋼軋鋼工藝來的低壓飽和蒸汽從蓄能器出來，經兩級汽水分離器至汽輪機膨脹作功后將熱能轉化為機械能，帶動發電機產生電能。作功后的乏汽經冷凝器冷凝為凝結水，再經凝結水回水泵加壓輸送至工廠的凝結水回水系統，送至各蒸汽來源處。

凝結水采用單母管制系統，機組配選凝結水泵兩臺，一用一備，運行中投入聯鎖狀態互為備用，凝結水泵設有再循環管，再循環管上裝有調節閥。

汽機本體加熱器的疏水利用壓差自流至凝汽器，汽機本體及本體部分的蒸汽管道疏水接入本體疏水擴容器，擴容后接入凝汽器。

汽輪機循環冷卻水系統采用閉式循環系統。機組凝汽器抽真空系統采用射水抽氣器。由于是小機組，汽輪發電機采用505控制，可以實現汽輪發電機的啟停、負荷調整、以及事故處理。并采用TSI系統，對汽輪機的超速、振動等進行監測保護。

4 經濟性分析

重鋼長壽新區二期低溫余熱發電工程項目計劃一年建成，投產第一年達到設計能力的80%，第二年達到設計能力的100%。項目計算期取16年，其中：建設期1年，運行期15年。項目總投資約4400萬元。項目年利用時間4000h，年外供電量2160萬kwh（已扣自耗電），年節標準煤0.672萬噸，年減排二氧化碳2.154萬噸。

項目運行總成本主要為：外購燃料、動力費、工資福利費、維修費、折舊與攤銷費、利息支出及管理費用等。主要燃料動力消耗根據設計專業計算確定，價格參照市場價格選取。經計算，年平均總成本約700萬元，其中：年平均經營成本約380萬元。

項目年上網售電量2160×104kWh/a，投產后，上網電價按0.5132元/kwh估算，年平均銷售收入約1123萬元（不含稅）。

經測算和效益評價，項目投資財務內部收益率（稅后）（FIRR）：11.00%，財務凈現值（ic=8%）（FNPV）：779萬元，項目投資回收期：8.30年（含建設期1年），項目資本金財務內部收益率（稅后）（FIRR）：13.24%，項目可取得較好的經濟效益。項目全部資金稅后內部收益率大于基準收益率；財務凈現值大于0，項目在經濟上可行，且節能效益顯著。

5 結束語

低壓飽和蒸汽發電系統充分利用鋼鐵企業煉鋼工藝的煙氣余熱，不需要投用額外燃料。在凈化轉爐含塵煙氣的用時，利用余熱發電，消除了轉爐排放富余蒸汽時產生的噪聲，減少了大氣污染，符合國家節約資源和環境保護的基本國策。

值得注意的是，為了充分利用能源，應根據不同的蒸汽參數及特點，選擇相適應的技術方案及設施，才能使能源得到最合理的利用。在條件允許的情況下，可以配置再熱機組或雙壓余熱鍋爐以提高機組效率。

作者簡介：王萬諒（1986-），男，重慶人，職稱：助理工程師，學歷：本科，主要從事熱力專業設計及總包管理工作。