加熱爐汽化冷卻與蒸汽發電技術綜合應用

劉 銳，夏小街

（1上海嘉德環境能源科技有限公司，上海200032；2福建三鋼閩光股份有限公司，福建 三明365000）

1 前言

軋鋼加熱爐鋼坯支撐梁采用汽化冷卻循環技術已經非常成熟，現在已經被廣泛應用到加熱爐的新建及改造項目中。加熱爐支撐梁采用汽化冷卻可以節省冷卻循環系統工業用水量，可減輕鋼坯上水梁滑塊遮蔽黑印，減小鋼坯斷面溫差，提高鋼坯加熱質量。汽化冷卻系統管路較水冷卻系統管路使用壽命延長，減少對循環管路維護和檢修方面的經濟投入。應用汽化冷卻循環系統可以產生蒸汽副產品，節省了利用其他方式生產蒸汽造成的能源消耗。利用汽化冷卻循環方式生成大量蒸汽的綜合利用相當廣泛，采用專業方法技術將此部分蒸汽有效利用將會創造出較大的額外價值，有效利用了汽化蒸汽，既避免了蒸汽資源的浪費，同時也節約了因特定需要而直接對用煤或者電能的消耗，從而降低了環境污染。

福建三鋼閩光股份有限公司高線廠一線加熱爐支撐梁冷卻系統原設計為水冷卻方式。多年的生產使系統老化，同時也暴露出水冷卻方式的諸多不利之處，為此決定利用加熱爐項目改造機會將支撐梁水冷卻循環改為汽化冷卻循環，并結合蒸汽發電技術配置1套蒸汽余熱發電機組，將汽化冷卻循環產生的余熱蒸汽有效循環利用并創造效益。

2 汽化冷卻系統及發電機組設備構成

加熱爐支撐梁汽化冷卻系統改造任務由上海嘉德環境能源科技有限公司完成，蒸汽發電機組（包括一級和二級兩級蒸汽余熱發電機組）設計安裝任務由其他專業單位完成。為使兩個項目在蒸汽資源利用銜接上互相匹配，汽化冷卻系統主要設計參數定為：汽包蒸汽壓力1.3 MPa，蒸汽溫度194℃，蒸汽產量為4 t/h，正常系統補水量3～5 t/h，汽包蒸汽排放壓力可以隨蒸汽發電機的需要調節。蒸汽一級發電機組為汽液全流動螺桿動力發電機，設計參數：進汽壓力1.0 MPa，進汽溫度182℃，蒸汽使用流量4 t/h，排汽壓力0.01 MPa，排汽溫度102℃。二級發電機組為蒸汽型螺桿膨脹發電機，它只需利用一級發電機組排出的蒸汽即可工作發電，此發電機組適合采用各形態的低品低溫熱源，允許介質熱參數壓力、溫度、流量大范圍波動，運行安全平穩、安裝維護方便，并且發電機組內效率可高達70%～85%。

汽化冷卻系統配置設備及部件：軟水箱1座，大氣式熱力除氧器1套，排污擴容器1臺，取樣冷卻器2個，磷酸鹽加藥裝置1臺，汽包1臺，軟水泵2臺，給水泵3臺，熱水循環泵3臺，旋轉接頭和聯箱組件2套，設備系統管路及閥門配件等。

一級汽液全流動螺桿動力發電機組由動力機主機、底座、發電機、減速機、油潤滑冷卻系統、水冷卻循環系統、調速控制系統組成。二級蒸汽型螺桿膨脹機組由預熱器、蒸發器、油分離器、膨脹機發電機、冷凝器、液體泵、控制系統等組成。兩套發電機組占地面積小，設備安裝及日常維護。

汽化冷卻系統和蒸汽發電機組結合應用的工作流程如圖1所示。

圖1 組合應用工作流程

3 投入與效益回收對比

汽化冷卻系統和蒸汽發電機組投入運行后，設備系統運行安全穩定，減少了系統日常維護，降低了加熱爐操作人員的工作強度，提高了加熱爐的鋼坯生產質量，同時系統產生的蒸汽也滿足了發電機組投入正常的運轉，達到了汽化系統的預期設計目標。在加熱爐日常生產運行下，將汽化系統生產的蒸汽全部供給發電機組，蒸汽發電機組發電并入廠內部電網供生產用電。即使蒸汽發電機組停運不發電，也可將蒸汽直接并入公司蒸汽管網，蒸汽輸出結算單價為60元/t的蒸汽收益。

氣化冷卻及蒸汽發電機組兩項技術的應用投入和效益產出兩方面數據對比，從中可以更直觀地看出兩項技術應用的投資回收期，更有力說明兩項技術的應用價值。

1）汽化冷卻系統和蒸汽發電機組投入使用后全部實現自動檢測、控制，不需要特意安排手動操作崗位，日常點檢隨加熱爐其他設備同時進行，在加熱爐崗位定員上減少1或2人的工作崗位，每月可以節省支出3 000～6 000元。

2）相對于閉路水冷，采用汽化冷卻方式平均每天可以節省系統用水、電綜合費用470.8元，相對于開路水冷平均每天可以節省系統用水、電綜合費用6 220元。加熱爐原采用的是閉路水冷方式，按系統日常節省開支470.8元計入，但是在使用閉路水冷循環冷卻系統中要增加一項凈環水冷卻塔的使用和維護費用，每年冷卻塔減速機維護費用為1.5萬元，風機維護費用為0.5萬元，共計2萬元。

3）一級發電機組建設直接投資費用165萬元，一級發電機組目前工作平均每小時發電量為80 kW，廠內用電核算價格0.6元/（kW·h），每日一級發電機組效益為1 152元，4 a即可收回本機組投資。二級發電機組建設采用合同能源管理模式，5 a后機組歸業主自行管理，本機組至少可以保運10 a連續使用不大修。二級發電機組目前工作平均每小時發電量為160 kW，仍按0.6元/（kW·h）核計，每日發電效益為2 304元。

4）在蒸汽發電機組不投入運行情況下，按照三鋼廠內的蒸汽核算標準60元/t計，在汽化系統蒸汽不用于發電只是輸出情況下，仍可有2 880元收益（按2 t/h蒸汽產出）。氣化冷卻系統改造總投資約130萬元，折算后2 a內可將改造費用回收。

4 結語

由以上數據看出，汽化冷卻系統和蒸汽發電機組投入運行雖然改造建設一次性投入稍大，但是項目的長遠效益非常可觀，項目的建設投資最長在自身收益5 a內回補完，之后將為各項目創造凈利益。