兩座轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電在鋼鐵廠的應(yīng)用實踐

文_彭青峰 湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計院有限公司

鋼鐵企業(yè)大力發(fā)展和推廣飽和蒸汽低溫余熱技術(shù)，遵循國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，符合可持續(xù)發(fā)展要求，是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的重要手段。

1 兩座轉(zhuǎn)爐余熱資源情況

陽春新鋼鐵有兩座120t轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中，產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓?400～1600℃），為了降低煙氣溫度、回收高溫?zé)煔庵械挠酂幔D(zhuǎn)爐配套設(shè)置了汽化冷卻煙道。汽化冷卻煙道以除氧水為介質(zhì)，利用轉(zhuǎn)爐煉鋼時產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥酂嶙鳛闊嵩串a(chǎn)生蒸汽。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)呈周期性，排出的煙氣余熱也是間斷的、周期變化的，因此，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道也只能間斷產(chǎn)生蒸汽。陽春新鋼鐵單臺120t轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道蒸汽參數(shù)如下。

每爐鋼產(chǎn)汽量：～11t/爐；

每爐鋼冶煉周期：～42min；

冶煉周期平均產(chǎn)汽量：～15t/h；

蒸汽壓力：1.8MPa；

溫度：飽和溫度。

在轉(zhuǎn)爐吹煉期間，兩座轉(zhuǎn)爐產(chǎn)1.8MPa飽和蒸汽30t/h。

在余熱發(fā)電項目實施之前，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽除了少量用于食堂洗澡及轉(zhuǎn)爐煤氣放散塔滅火，其他大部分被迫放散，既浪費能源，又污染環(huán)境，基本沒有得到有效利用。

2 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電工藝整體設(shè)計

上文提到，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道所產(chǎn)生的蒸汽也是間斷的，為使間斷供汽變?yōu)檫B續(xù)、穩(wěn)定的汽源，需在系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽蓄熱器。

蒸汽蓄熱器是一種熱能儲存容器，具有均衡供汽尖峰負荷的作用。用于負荷波動的蒸汽系統(tǒng)時，可使鍋爐負荷穩(wěn)定；用于余熱利用系統(tǒng)時，能有效的回收熱量。合理使用蒸汽蓄熱器，能實現(xiàn)對汽輪機平穩(wěn)供汽，并保證汽輪機組安全穩(wěn)定的運行。

蓄熱器的低壓蒸汽壓力低，濕度大，直接用于發(fā)電效率低，而且對汽輪機的安全運行有很大的隱患。因此采用過熱爐將蓄熱器出來的蒸汽進行過熱后送至汽輪機進行，有利于提升汽輪機的效率及安全運行。

2.1 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電工藝流程

為保證使用，在供汽系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽3臺180m3蓄熱器，蓄熱器進口壓力為1.8MPa，出口壓力1.1MPa。

兩座轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的發(fā)電模式陽春新鋼鐵在全國鋼鐵企業(yè)中是首例，并在蓄熱器后增加了1臺30t/h過熱爐（自產(chǎn)蒸汽9t/h）。正常工況下2臺轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐可提供30t/h飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)蓄熱器穩(wěn)流穩(wěn)壓后進入過熱爐，過熱爐將飽和蒸汽溫度提高至420℃，然后蒸汽進汽輪發(fā)電機組發(fā)電，汽輪機內(nèi)膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電。在汽輪發(fā)電后的蒸汽，經(jīng)冷凝器冷凝，送至除氧器除氧之后送回?zé)掍撈鋮s煙道，進行再循環(huán)，其系統(tǒng)圖如圖1所示。非正常工況下，轉(zhuǎn)爐停運一臺，過熱爐及汽輪機降負荷生產(chǎn)。當(dāng)兩臺轉(zhuǎn)爐短時間停運，通過蓄熱器釋放儲存的蒸汽及過熱爐自產(chǎn)9t/h、1.0MPa、420℃過熱蒸汽進入汽輪機，汽輪機降低負荷運轉(zhuǎn)，不必停機，待轉(zhuǎn)爐工作正常后可迅速提升負荷。

圖1 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)配套6MW的汽輪機及7.5MW的發(fā)電機，設(shè)計年發(fā)電量4800萬kWh（按8000h計）；凝結(jié)水年回收量22.8萬t（汽水損失5%）。

2.2 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電設(shè)計

⑴ 主要設(shè)備參數(shù)設(shè)計

轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道、蓄熱器、過熱爐、汽輪機、發(fā)電機等組成。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)蓄熱器穩(wěn)壓穩(wěn)流后送至過熱爐加熱，經(jīng)過熱爐加熱后的蒸汽送至汽輪發(fā)電機組進行發(fā)電。轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1

⑵ 主廠房設(shè)計

主廠房由汽機房和輔房組成。汽機房長24m，跨度15.0m，柱距6m，雙層布置，0.000層布置輔助設(shè)備，7.000層為運行層，布置汽輪發(fā)電機組，吊車軌面標(biāo)高14.00m，設(shè)置一臺16t/3t的吊鉤橋式起重機，汽輪機采用縱向布置。

汽機房西側(cè)布置了一個寬8m的輔房，三層布置，0.000層布置配電及發(fā)電機小室，二層標(biāo)高為4.000m，為辦公室和電纜層；三層標(biāo)高為7.000m布置機爐電集中控制室、電子設(shè)備間。

3 效益分析

項目自2014年6月20日開工，2015年2月14日試并網(wǎng)成功，通過3個月整改和試生產(chǎn)，6月底完成竣工驗收。轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電主要技術(shù)經(jīng)濟效益可以從噸鋼發(fā)電量及軟水回收量兩方面計算。

3.1 噸鋼發(fā)電量

本項目自2015年7月1日開始正式運行，2015年發(fā)電量為2188.3萬kWh，供電量為2008.6萬kWh，噸鋼發(fā)電量17.38kWh/t；2016年發(fā)電量為3456.7萬kWh，供電量為3121.2萬kWh，噸鋼發(fā)電量13.65kWh/t；2017年發(fā)電量為4928.9萬kWh，供電量為4542.69萬kWh，噸鋼發(fā)電量17.77kWh/t；2018年發(fā)電量為4630.3萬kWh，供電量為4282.1萬kWh，噸鋼發(fā)電量15.02kWh/t。由上數(shù)據(jù)可知2016年的噸鋼發(fā)電量不是很理想，主要原因為轉(zhuǎn)爐運行年限較長未進行大修，造成轉(zhuǎn)爐不順，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽量及壓力遠遠低于蒸汽參數(shù)要求，造成噸鋼發(fā)電量偏低。2017年在轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道活動煙罩進行大修后，噸鋼發(fā)電量明顯提升。2018年的噸鋼發(fā)電量比2017年有明顯的下降，主要原因是汽輪發(fā)電機組自2015年2月試運行以來，未進行大修，2018年進行了一次大修，有約20天左右未進行發(fā)電，造成噸鋼發(fā)電量有所下降，從2015年7月1日至2018年12月31日，平均噸鋼發(fā)電為15.94kWh/t,遠遠高于目前國內(nèi)煉鋼余熱發(fā)電噸鋼發(fā)電量8.6～10kWh/t的平均水平，處于先進水平。從2015年至2018年12月31日，本項目為陽春新鋼鐵供電總量為13954.6萬kWh，平均年供電量約為3987萬kWh。

3.2 軟水回收量

本項目的軟水回收量，從2015年至2018年分別為10.7萬t，16.9萬t，24.2萬t和22.7萬t，共計回收軟水74.5萬t，平均年回收軟水量為21.3萬t。

3.3 經(jīng)濟效益分析及節(jié)能效果

由3.1和3.2可知，轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電實施后，每年向陽春新鋼鐵供電3987萬kWh，回收軟水量21.3萬t。按照電價為0.5元/kWh，軟水價格6.78元/t，每年可產(chǎn)生效益2133萬元，項目2年就可收回投資。有著非常明顯的經(jīng)濟效益及社會效益。

按照1萬kWh電可節(jié)約3.2tce計算，此項目的平均每年可節(jié)約12758tce，以1tce減排2.6t二氧化碳計算，平均減排二氧化碳33171t。此項目經(jīng)濟效益、節(jié)能效果和社會效益非常明顯。

4 結(jié)語

在陽春新鋼鐵轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電項目實施前，國內(nèi)尚無兩座及兩座以下轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電的項目。陽春新鋼鐵是兩座轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電的首例，對于只有一座或者兩座轉(zhuǎn)爐的中小型鋼鐵企業(yè)的余熱發(fā)電具有一定的借鑒意義。

本項目采取1臺過熱爐將煉鋼的飽和蒸汽進行過熱發(fā)電，不僅提高了發(fā)電的效率，同時對汽輪機的運行起到很好的保護作用。鋼鐵企業(yè)中有大量的飽和蒸汽，如電爐余熱、加熱爐余熱等等。此項目的實施，對鋼鐵企業(yè)飽和蒸汽發(fā)電有很好的借鑒意見。