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1、低压饱和蒸汽发电在炼钢企业中的应用何武官(北京中科创业园环境节能技术有限公司)【摘要】宣钢低压饱和蒸汽发电工程的介绍。转炉余热发电系统的组成及工艺，利用转炉、轧钢加热炉产生的饱和蒸汽发电，降低生产工艺能耗，同时改变了饱和蒸汽 排入大气而污染环境的状态，实现“节能减排”的最佳效果。是冶金企业中对余热蒸汽利用的有效方式并能达到良好的经济效益。 【关键词】低压；饱和蒸汽；汽轮机；蓄热器；发电机概述：钢铁行业是国家经济的支柱产业,也是工业生产耗能大户，我们国内钢铁企业生产过程中可回收利用的余压、余热、余能的总量，一般占本企业总能量的10左右。按照可持续发展和循环经济理念,钢铁企业发展的重点是技术升级和
2、结构调整,提高环境保护和资源综合利用水平,最大限度的提高废气、废水、废物的综合利用水平,力争实现“零排放、负能耗炼钢”,建立循环型钢铁工厂。钢铁厂在炼钢、轧钢等工艺生产过程中如转炉、加热炉汽化冷却装置产生大量低温低压饱和蒸汽，除少量自用外，大部分低压饱和蒸汽往往得不到合理利用，只能对空排放，既污染了环境，又造成了能源的极大浪费。随着国家经济快速发展，钢铁厂对节能减排日益重视，如何利用这些低品位的蒸汽，成了各大钢铁厂能源环保部门关注的问题。 在炼钢厂中，低压饱和蒸汽主要来源于吹炼时高温烟道冷却换热，余热锅炉等产生，在工艺过程中一般用于加热、伴热、保温以及煤气管道的吹扫等。随着我国对节能减排的重视
3、，以及中华人民共和国节约能源法的实施，各行各业对余热的利用也越来越高。钢铁行业是耗能的大户，其生产过程中将产生大量的余热。因此各企业都在积极落实余热利用问题。在蒸汽回收方面，就有很多具体的节能措施，比如转炉汽化冷却、干熄焦余热锅炉、烧结环冷机余热锅炉、轧钢加热炉汽化冷却等等。由于回收的蒸汽量很大，回收的蒸汽不但能满足正常生产情况下的使用，还会经常出现对空排现象，在北方钢厂的非采暖季节期间尤其明显。这不但造成了能源（包括热能及水）的极大浪费，同时对环境也造成了一定的污染。因此，充分利用这部分蒸汽成为当前各冶金行业需要解决的问题之一。 钢铁厂所回收的蒸汽压力一般多为0.81.2MPa的饱和蒸汽，这
4、部分蒸汽可以充分再利用。例如小型汽轮机拖动泵、风机、压缩机等代替电动机驱动、低压饱和蒸汽汽轮发电技术等。宣化钢铁厂采用了饱和蒸汽汽轮发电的技术，下面对其进行简要的介绍。1、宣钢转炉余热饱和蒸汽发电系统 转炉饱和蒸汽发电系统主要包括汽化烟道冷却锅炉、饱和蒸汽式汽轮机、发电机及蓄热器和冷却、供水系统等。其工艺流程为：转炉在吹炼过程中， 产生大量的高温烟气（1300以上） ，为降低烟气温度，回收高温烟气中的余热，转炉设置了烟道式汽化冷却余热锅炉利用锅炉内的水通过换热器中的管来吸收烟气中的热能，使水在吹炼时产生饱和蒸汽，但余热锅炉由于受转炉吹炼节奏烟气波动的影响，在整个冶炼周期内，只有吹炼时才有饱和蒸
5、汽产生，同时由于吹炼期烟气量的急剧变化， 余热锅炉产生的蒸汽量也随之急剧波动。因此为了保证汽轮机进汽流量的连续性和稳定性，需要设置蓄热器系统。在吹炼期内，余热锅炉产生的蒸汽被引入蓄热器内，蒸汽将蓄热器内的水加热后并凝结成水，使蓄能器内水的焓值升高，完成了蓄热器的能量储蓄及充热过程，在非吹炼期，余热锅炉不生产蒸汽，当汽轮机进汽管道内压力低于蓄热器内压力时，系统内的压力不断下降，此时蓄热器中的饱和水降压后迅速闪蒸，饱和水成为过热水，立即沸腾而汽化，产生连续蒸汽，经调压后供汽轮机使用，这样就利用蓄热器的充放热过程，来维持蒸汽的连续性。经调节阀调压至 0.8MPa1.0MPa的饱和蒸汽， 经过汽水分离
6、器及主汽阀进入饱和汽轮机组，在汽轮机内膨胀做功，驱动发电机发电。一般国产汽轮机，一般为多级叶片结构，为防止末级叶片发生水击现象，要求进汽轮机的蒸汽干度要0.995，因此需另外增加一套汽水分离装置；对于引进机组，一般为单级叶片结构，对蒸汽干度没有严格要求，可直接利用饱和蒸汽。我们有一路过热蒸汽送入效果更好。饱和蒸汽通过汽水分离装置与一路过热蒸汽汇合进入汽轮机。对汽轮机的末级叶片也减小了水蚀。各蓄热器在放热时，蒸汽都是先通过蓄热器本体内部的除水装置才进入集汽缸。饱和汽轮发电机组的技术参数 （1） 汽轮机采用专用饱和蒸汽汽轮机，与过热式汽轮机不同，蒸汽在汽机内膨胀作功过程中产生的水份多，必须考虑汽轮
7、机低压级叶片带水去湿措施，如杭州中能汽轮动力有限公司为北京中科生产的BN14-0.8/0.25其末级叶片镀硬铬来防止湿蒸汽的水蚀。汽轮机所有叶片进汽边均采用硬化技术，防止水蚀。由于低压饱和蒸汽的比焓较低，同常规汽轮机相比，其耗汽量要大得多，汽轮机本体设计时，须采用大直径低压缸叶片以满足排汽通道大的要求。为了适应钢厂多种饱和蒸汽压力的利用,汽轮机设计有一级进汽压力为0.8MPa,在压力级第二级处设计有二级补汽,压力为0.25MPa,最大进汽量在两路进汽口前均设有汽水分离器,提高蒸汽干度和各进汽阀前后设有疏水. （2）汽轮机根据蒸汽量设计最大容量为14MW，在汽量不足的情况下达到30%额定负荷时，
8、可根据情况将宣钢低压环网投入补汽，可适当投入补汽来提高发电量。 （3）系统主要设备及参数：汽轮机转子共设计调节级一级，压力级6级，转子总重14T，外形尺寸：6.3*5.5*3.68(L*W*H)。转子轴端配套主油泵，正常运行过程中提供执行机构及润滑用油。配套辅机：供油装置1台，内置注油器1台（为主油泵提供进油），辅助油泵设有3台，高压油泵一台（100YL-100A），低压交直流油泵各一台（2CY29/3.6-5),冷油器两台(YL-40),高低压滤油器各两台,可互相切换使用,以备清洗,滤油精度达0.25。凝汽器一台（N-2400），2台凝结水泵，一用一备。2套射水抽气系统，一用一备。循环水冷却
9、系统一套，4台循环水泵（600S-32），3台冷却逆流式风机。水泵出口母管供水，可随时切换水泵，平时运行，2用2备。3、主要设计内容3.1发电站机组选型根据低压饱和蒸汽富裕量，选用了杭州中能汽轮动力有限公司1台14MW凝汽式汽轮发电机组。发电站在非采暖期运行，可根据全厂蒸汽富裕情况来确定机组运行及负荷，采暖期进行设备在低负荷条件下运行,并将检修期列入.所有疏水回收到降温池,由水泵送入循环水凉水塔内作为循环水补水,减少一次水的利用，实现能源的回收利用。3.2、汽轮发电机组的主要配置及技术参数汽轮机型式：单缸、冲动、凝汽补汽式汽轮发电机 型号：BN140.8/0.25额定工况参数如下：进汽压力：0
10、.80.1MPa(A)进汽温度：175饱和温度 排汽压力：0.008MPa(A)进汽流量：93t/h补汽量:19t/h,循环水温度：33 循环冷却水塔配置3台逆流式强制冷却风机。汽轮机额定汽耗:7.47kg/kW.h热耗：205481kJ/kW.h发电机功率：15000KW 杭州发电机：1台 型号QFW152有功功率：15MW定子电压：10.5kV额定转速：3000r/min频率：50Hz功率因素：0.8(滞后)相数：3绝缘等级：F励磁方式：无刷励磁冷却方式：空气冷却。油系统全部为厂家设备成套供应。3.3、调节系统采用美国WOODWARD公司505数字式电液调速器+引进西门子技术制造的液压执行
11、系统，并能实现蒸汽压力前压调节,调节油系统有滤油器。汽轮机的控制系统采用电液控制，由汽轮机供货厂家成套提供，主要任务是自动控制汽机转速、负荷、压力，能对汽机从盘车开始，冲转、暖机、升速至额定转速、正常运行进行控制和调节。DCS主要对系统的重要参数进行监视，并配合油压系统对汽轮机进行控制。根据进汽过程，由前压系统输出电信号通过“505”计算，对汽轮机进汽阀调速阀进行调节，从而控制汽轮机的进汽流量，保证进汽压力范围的稳定，和发电机的负荷量。505调速能够根据实际情况进行编程，将实际现场的一些规律及情况，按生产需要，编为快速响应生产需要。比如蒸汽压力的波动范围等等。505调速系统，易操作，反馈稳定，
12、适合在各种工况的小型机组中使用。汽机本体检测保护系统通过对汽机本体运行中重要参数的检测来监视汽机行状况，并可以把检测到的信号传给分散控制系统（DCS），在参数达到停机值时，DCS发出紧急停机命令，来保护汽轮机本体安全。 3.4汽机本体监测系统（TSI）由汽机供货厂家成套提供。包括下列检测内容：1）轴向位移2）轴振动轴承壳振动3）汽机转速4）胀差5）汽缸热膨胀6）油动机行程指示7）真空度 3.5经热力计算，进汽机最大主蒸汽流量为120t/h（保证汽水分离器后的蒸汽干度为0.995考虑5%的汽水损失），计算发电输出最大功率为14000 kW，确定汽轮发电组装机容量为15000kW；自耗电率约为7%
13、。机组系统介绍：(1) 系统概述蒸汽由各转炉蓄热器通过管道输送至蒸汽母管的饱和蒸汽，经汽水分离器除去掉饱和蒸汽里的水分后，进电动隔离阀、主汽门、调节阀进入汽轮机膨胀做功后，排至凝汽器。乏汽在凝汽器中凝结成水后，汇入热水井，然后由凝结水泵分别泵入转炉、轧钢生产线水箱循环等其他补水处使用。循环冷却水泵将水池中冷却水打入凝汽器后，再排往冷却塔进行冷却，经过冷却的水最后回到水池循环利用。发电机冷却介质为空气，由冷却水通过滤水器进入空冷器将空气冷却，冷却方式为闭式循环通风冷却。润滑油由冷却水经滤水器进入冷油器将油温控制在3545度。保证油温在稳定工况。(2) 汽轮机热力系统本汽轮机热力系统主要由主蒸汽系
14、统、轴封系统、疏水系统、凝结水系统、真空系统和循环水系统等组成。1) 主蒸汽系统来自各转炉等的新蒸汽经分汽缸，经汽水分离器除水后，通过电动隔离阀至主汽门，再经调节阀进入汽轮机做功，做完功后的乏汽排入凝汽器凝结为水，经凝结水泵送回转炉、热轧生产线。其分汽缸前各蒸汽全部进入分汽缸，并与厂房外蓄热器并列。由电动调节阀根据系统压力来调整蓄热器充放热。2) 轴封系统为了减少汽轮机汽缸两端轴封处的漏气损失，在轴伸出气缸的部位均装有轴封，分别由前汽封、后汽封和隔板汽封，汽封均采用高低齿型迷宫式，后汽封在运行中处于负压状态，为了避免冷空气被吸入汽缸，导致漏真空。前汽封在运行中处于高压状态，主要作用是为了避免向
15、空气中泄露蒸汽。造成热量损失及环境污染。汽封系统工作过程为，前汽封由两个腔室组成，高压腔的出气口接入补汽管道 ，可再利用作功。低压腔室出气口与后汽封都接入均压箱，稳定压力，供后汽封使用，使后汽封进入的蒸汽能封住空气，确保机组真空，提高效率。汽轮机在启动时，均压箱由新蒸汽供入，分别供给前后汽封使用，保证机组启动时能有有效真空。前后汽封富裕蒸汽，供汽封加热器使用，将凝结水加热，吸收汽封富裕热量，提高机组热效率。3) 疏水系统在汽轮机启动、停机或低负荷运行时，要把主蒸汽管道及其分支管道、阀门等部件中集聚的凝结水迅速地排走，否则进入汽轮机通流部分，将会引起水击，另外会引起其它用汽设备和管道发生故障。具
16、体疏水设计有： 自动主汽阀前疏水； 前后汽封疏水； 自动主汽阀杆疏水； 自动主汽阀后疏水、汽轮机汽缸本体疏水、轴封供汽管疏水，引至疏水膨胀箱。主汽管道各阀们前后疏水，分汽缸、汽水分离器疏水，各蓄热器进出汽逆止阀前后疏水，供汽总阀前后疏水等，厂房外疏水全部汇集于一根母管，送入疏水降温池，由两台液下泵经降温后打入循环水系统，作为循环水补水，为循环水补水节省补水量，减小二次补水量，提高经济性。4) 凝结水系统凝汽器冷却汽轮机排汽后，流入热井中的凝结水，由凝结水泵经汽封加热器送至转炉及热轧车间水箱。汽轮机启动和低负荷运行时，为了保证有足够的凝结水量通过汽封加热器中的冷却器，并维持热井水位，在汽封加热器后的主凝结水管道上装设了一根再循环管，使一部分凝结水可以在凝汽器及汽封加热器之间循环，再循环水量的多少由再循环管道上
