飽和蒸汽發(fā)電在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用研究

摘 ?要：本文就飽和蒸汽發(fā)電在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以新建3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目為具體實(shí)例，指出該項(xiàng)目中發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)浪費(fèi)較多地飽和蒸汽資源和水、電能源的問(wèn)題，基于此情況，決定采用純凝式低壓飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組，能夠?qū)⒌蛪猴柡驼羝D(zhuǎn)化為電能，改造后的汽輪機(jī)會(huì)產(chǎn)生30t/h冷凝水，真正實(shí)現(xiàn)了可循環(huán)利用，有效降低設(shè)備運(yùn)行期間的電能消耗，同時(shí)也進(jìn)一步促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：飽和蒸汽發(fā)電;鋼鐵企業(yè);發(fā)電機(jī)組;技術(shù)應(yīng)用

對(duì)于我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的實(shí)際狀況進(jìn)行詳細(xì)了解，發(fā)現(xiàn)其正面臨著環(huán)境和資源兩個(gè)方面的困境，飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)的具體運(yùn)用不僅能夠有效降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間消耗的能源，還能最大程度上減少對(duì)周圍環(huán)境造成的污染，真正意義上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在此背景下，要求鋼鐵企業(yè)合理運(yùn)用飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組，能夠有效緩解對(duì)于電力資源的需求問(wèn)題，堅(jiān)實(shí)保障鋼鐵企業(yè)能夠真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 工程概況

該項(xiàng)目為新建3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組，建設(shè)地點(diǎn)為原電爐蒸汽拖動(dòng)區(qū)域，該項(xiàng)目建設(shè)的主要目的是減少低壓飽和蒸汽放散，在最大程度上提高其利用率，有效提高自發(fā)電所占比例。與此同時(shí)，該項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容主要包括供配電系統(tǒng)、廠房利舊改造、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、舊設(shè)備拆除，共計(jì)投資1145.067萬(wàn)元，資金回收周期為15個(gè)月，項(xiàng)目的建設(shè)周期為合同生效后4個(gè)月。

2 3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組新建方案

2.1 方案確定

在制定3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組新建方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員充分考慮鋼鐵企業(yè)蒸汽的平衡狀況，非采暖季節(jié)狀況下，該項(xiàng)目鋼鐵企業(yè)發(fā)電機(jī)組低壓飽和蒸汽的富余量為30t/h左右，規(guī)格為0.8MPa，將該部分能量回收之后，能夠建設(shè)1套3550KW凝汽式汽輪機(jī)，并為其配套異步交流發(fā)電機(jī)，其中發(fā)電機(jī)的額定功率為3550KW[1]。

2.1.1 機(jī)組選擇

設(shè)計(jì)人員在選擇3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組時(shí)，充分利用公司的低壓飽和蒸汽管網(wǎng)富余蒸汽，建設(shè)一套汽輪發(fā)電機(jī)組，綜合考慮低壓飽和蒸汽的富余量選擇純凝氣式汽輪機(jī)，其額定輸出功率為3550kw。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員考慮到部分蒸汽持續(xù)富裕時(shí)段因素，最終選擇10KV 3550kw 高壓交流異步電動(dòng)機(jī)，將部分特鋼生產(chǎn)區(qū)域富余的飽和蒸汽作為主要汽源。

2.1.2 選擇機(jī)組汽源

選擇機(jī)組汽源時(shí)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員詳細(xì)了解鋼鐵企業(yè)的低壓飽和蒸汽產(chǎn)汽區(qū)域，主要包括軋鋼、煉鋼、特鋼區(qū)域;而特鋼區(qū)域缺少用汽設(shè)備，主要采用大棒副產(chǎn)蒸汽、電爐均并入管網(wǎng)的方式，軋鋼區(qū)域設(shè)有2MW飽和蒸汽發(fā)電、煉鋼區(qū)域設(shè)有3.55MW飽和蒸汽發(fā)電，其中在特鋼區(qū)域?qū)嶋H運(yùn)輸蒸汽過(guò)程中，由于輸送距離較長(zhǎng)等的因素，導(dǎo)致汽源出現(xiàn)較大損失，結(jié)合此情況，3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組實(shí)際建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)人員選擇300m原有DN250蒸汽管道，從電爐分廠原蒸汽拖動(dòng)DN250進(jìn)汽總管接出，該設(shè)計(jì)方式能夠有效降低DN150蒸汽管道、原有汽水分離器對(duì)汽源造成的不利影響，最大程度上提高3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

2.1.3 并網(wǎng)模式

該項(xiàng)目中增設(shè)了高壓并網(wǎng)開關(guān)柜，將機(jī)組發(fā)電納入到企業(yè)中，以新增高壓柜為并網(wǎng)接入點(diǎn)，充分利用原有除塵風(fēng)機(jī)房，將電纜通道設(shè)置在35KV新區(qū)變高壓室內(nèi)，增設(shè)高壓電纜，憑借原電爐除塵風(fēng)機(jī)帶動(dòng)低壓配電室，其間運(yùn)用蒸汽拖動(dòng)形式，操作室設(shè)置在特鋼區(qū)域。

2.1.4 項(xiàng)目選址

3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組選址時(shí)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員綜合考慮各種因素，決定將3550KW汽輪機(jī)異步發(fā)電裝置設(shè)置在電爐除塵風(fēng)機(jī)廠房?jī)?nèi)部，將蒸汽拖動(dòng)廠改造成為汽輪機(jī)主廠房，并將原有汽輪機(jī)裝置拆除，依據(jù)該項(xiàng)目建設(shè)方案要求改造原有低壓配電室，在北側(cè)院落位置設(shè)置一座循環(huán)水池，規(guī)格為600m3，根據(jù)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求配置冷卻塔，規(guī)格為2000t/h，并增設(shè)循環(huán)水泵3臺(tái)，規(guī)格為1000t/h*3，合理配置回水和供水管道。同時(shí)，綜合考慮施工難度和工程量因素，充分利用地上空間設(shè)置水池[3]。

2.2 裝備技術(shù)特點(diǎn)

就3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組裝備技術(shù)特點(diǎn)節(jié)進(jìn)行分析后可知，該項(xiàng)目中發(fā)電機(jī)組主要包括電氣室、汽機(jī)主廠房、供水系統(tǒng)和循環(huán)水池。其中，設(shè)計(jì)土建及主廠房時(shí)，有關(guān)人員充分考慮汽機(jī)汽封存在局部漏氣狀況，為了更好地控制蒸汽拖動(dòng)廠房?jī)?nèi)部的濕度，在汽機(jī)與電爐除塵風(fēng)機(jī)中間設(shè)置了一道隔墻;設(shè)計(jì)熱力系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要將3.55MW低壓飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的額定進(jìn)汽壓力設(shè)置為0.8MPa（a），特定進(jìn)氣流量設(shè)置為28t/h;設(shè)計(jì)水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用開式循環(huán)冷卻供水方式機(jī)組的循環(huán)水量為1800m3/h、供水溫度在33℃之內(nèi)，供水壓力為0.30MPa左右，回水溫度始終在43℃之內(nèi);開展自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)合方式，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)置了操作臺(tái)和工程師站、遠(yuǎn)程控制設(shè)置操作員站2套，集中至發(fā)電主控室DCS內(nèi)部，完全可以滿足一鍵啟停要求。

2.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

分析該項(xiàng)目3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可知汽機(jī)的發(fā)電功率為3500kw，當(dāng)進(jìn)汽壓力達(dá)到0.8MPa的情況下，進(jìn)汽流量可以達(dá)到28t/h。

2.4 主要部件

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組時(shí)非常重視主要設(shè)備選型工作，主要設(shè)備具體規(guī)格型號(hào)如下：多級(jí)飽和蒸汽凝汽式汽輪機(jī)共一臺(tái)，規(guī)格為3550kW;凝汽器共1臺(tái)，640m2;凝結(jié)水泵共3臺(tái)，規(guī)格為40t/h、50m、7.5kw;水環(huán)真空泵共2臺(tái)，規(guī)格為600m3/H、17kw等。同時(shí)，針對(duì)主體設(shè)備技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析可知，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員選擇的汽輪機(jī)為飽和蒸汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N3.55-0.8，主蒸汽流量28t/h，主蒸汽參數(shù)為0.8/175MPa/℃，排汽壓力（絕壓）為10kPa，蒸汽單耗為8kg/kwh，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為100-4000rpm，內(nèi)效率在75%以上，汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橛善啓C(jī)向電機(jī)方向看為順時(shí)針;發(fā)電機(jī)型式為交流異步發(fā)電機(jī)，型號(hào)為YKS系列，額定功率為3550Kw，額定電壓為10kv，功率因數(shù)在0.89以上，額定轉(zhuǎn)速在2985rpm以上，級(jí)數(shù)為2，相數(shù)為3，冷卻方式為IC81W，絕緣等級(jí)為F級(jí)。

3 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)于該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)人員充分利用廠區(qū)規(guī)劃內(nèi)土地，其間并不需要增加規(guī)劃土地，在一定程度上節(jié)省了土地費(fèi)用。同時(shí)還利用了現(xiàn)有的電爐蒸汽拖動(dòng)廠房，并且新增了其他機(jī)組配套設(shè)備和設(shè)施，該項(xiàng)目的前期費(fèi)用為10萬(wàn)元，設(shè)計(jì)、咨詢和監(jiān)理費(fèi)用54.94萬(wàn)元，設(shè)備費(fèi)用730.22萬(wàn)元，建安費(fèi)用255.36萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)用1145.067萬(wàn)元，項(xiàng)目資產(chǎn)本身屬于聯(lián)峰實(shí)業(yè)動(dòng)力廠，主要采用凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組收集煉鋼、電爐富余低壓飽和蒸汽，運(yùn)用于汽輪機(jī)發(fā)電工作中，不僅在一定程度上提高了蒸汽的利用水平，還有效降低了蒸汽放散，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)現(xiàn)象，依據(jù)0.7MPa平均進(jìn)汽壓力計(jì)算，該項(xiàng)目可以增加清水用水量30t/h、凈發(fā)電符合2700kw，按照凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間開展計(jì)算，10個(gè)月水費(fèi)為1.6058元/t、電費(fèi)為0.55元/kWh，考慮到項(xiàng)目運(yùn)用遠(yuǎn)程無(wú)人操作控制方式，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中無(wú)人工成本，按照0.05元/kwh年度設(shè)備維保費(fèi)用折算，項(xiàng)目正式投產(chǎn)之后，年新增發(fā)電效益為937萬(wàn)元[4]。

3.2 社會(huì)效益

該項(xiàng)目投產(chǎn)之后，并不會(huì)產(chǎn)生污染氣體和固體廢棄物，不僅能夠有效降低鋼鐵企業(yè)蒸汽放散而產(chǎn)生的噪音和“白霧”，還能有效改善鋼鐵企業(yè)周圍的環(huán)境，提升居民生活區(qū)域的整體質(zhì)量，完全符合國(guó)家能源利用和環(huán)境保護(hù)政策要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了更好地利用鋼鐵企業(yè)的余熱資源，設(shè)計(jì)人員依據(jù)該項(xiàng)目要求，開展3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組新建方案工作，充分明確新建方案，科學(xué)掌握3.55MW飽和蒸汽發(fā)電機(jī)組的裝備和技術(shù)特點(diǎn)，合理設(shè)置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，依據(jù)企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r選擇主要部件，并就新建方案的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益進(jìn)行分析，能夠有效降低鋼鐵企業(yè)的能源消耗，同時(shí)進(jìn)一步提升其整體價(jià)值水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬賽， 趙建波. 飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)在某鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用實(shí)例[J]. 應(yīng)用能源技術(shù)， 2014（3）：3.

[2] 蔡發(fā)明， 鄒永紅. 飽和蒸汽發(fā)電在鋼鐵廠的應(yīng)用[C]// 第三屆全國(guó)冶金節(jié)水，污水處理技術(shù)研討會(huì)暨萊鋼現(xiàn)場(chǎng)節(jié)水經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)文集. 2007.

[3] 劉穎， 馬永鋒. 低壓飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用[J]. 冶金動(dòng)力， 2016（3）：4.

[4] 李杰. 飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用研究[J]. 微計(jì)算機(jī)信息， 2019， 000（008）：160，封3.

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)軍，1976年8月，男，籍貫：江蘇省張家港市，漢，本科，工程師，研究方向：火力發(fā)電。