低压饱和蒸汽发电在炼钢企业中的应用(DOC)

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，禾用转炉、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

2、是技术升级和结构调整，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 环保部门关注的冋题。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。

3、随 着我国对节能减排的重视，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

4、力一般多为 0.81.2MPa的饱和蒸汽，这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、发产生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,大量的高温烟气(1300C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

5、动的影响，在整个冶炼周期内，只有吹炼时才有饱和蒸汽产生，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

6、性。经调节阀调压至0.8 MP a1.0M Pa的饱和蒸汽， 经 过汽水分离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

7、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其末级叶片镀硬铬防止水蚀。由于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,为了适应钢厂多种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。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

8、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，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

9、度 达0.25伽。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

10、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：BN14- 0.8/0.25额定工况参数如下：进汽压力：0.8 ± 0.1MPa(A)进汽温度：175C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：33C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QFW1S 2有功功率：15MV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

11、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WOODWA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

12、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，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

13、离器后的蒸汽干度为0.995考虑5%勺汽水损失)，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15000kV；自耗电率约为7% 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，

14、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

15、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

16、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F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

17、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的调节阀门来控制。确保开车时，汽封加热器有冷却水通过。另外，在蓄热器停用后，或需为蓄热器补水时，在厂房零米 设置有一个储水箱，由凝结水为其储存，在凝结水母管上接入一根补水管，通过台调节阀控制水箱经常补水量。汽轮机启动时，凝汽器内无水，这时应由储水箱向凝汽器注水，注水用补水 泵输送，补水泵主要为蓄热

18、器补水，在出口管处与补水管连接，通过阀门控制。5）真空系统汽轮机运行需要维持一定的真空，必须抽出凝汽器、凝结水泵等中的不凝结空气，它们之间均用管道相互联通，然后与射水抽气器连在一起，组成一个真空 抽气系统。射水抽汽器由射水泵提供高压水，通过抽汽器的喷嘴，将水流速提高, 压力降低，使抽汽器喷嘴周围瞬间形成真空，不凝结气体通过抽汽器逆止门被吸 入抽汽器，与水混合进入射水箱，通过射水箱顶部的排气口自动排出。 射水泵与 抽汽器长期运行，维持机组内部真空。抽气口设置在凝汽器的凝结死区， 避免有 大量蒸汽被吸走。由于有少量蒸汽难免被吸出，使射水箱水温容易升高，降低抽汽器工作效率，特为射水箱配置一根益流管和

19、补水管，补水管利用工业水补充， 补水口一般设置在泵进口附近。这样能长期维持射水箱水温，不至于太高而影响 抽汽器工作效率。6）循环水系统凝汽器、冷油器以及发电机的空气冷却器必须不断地通过冷却水，以保证机组的正常工作，冷却水管道、循环水泵、补充用的工业水管道及冷却循环水的冷却设备总称为循环水系统。循环水系统主要由积水池，凉水塔，及冷却风机。回 水直接上塔，经过冷却填料使水行成淋水状滴入水池。 上部风机向上抽气，将高温汽与水形成逆流向，达到降温效果。循环水池设有溢流口，接入厂区地下排污管，避免水池水位太高。水池顶部设有两套补水系统，在夏季，由于蒸发量太大,需要经常性补水。补水为厂区内工业水。7 ）继

20、电保护系统（1）继电保护配置（a）汽轮发电机继电保护配置：发电机纵联差动保护；发电 机复合电压过流保护；发电机定子过负荷保护；发电机定子接地保护（电流型）；失磁保护；转子接地保护（b）厂用变压器高压侧继电保护配置： 变压器高压侧电流速断保护;变压器高压侧电流过电流保护；变压器过负荷保护；低压侧零序过电流保护;变压器温度保护（c）电站侧联络开关保护配置：光纤差动保护；三段式功率方向过电流保护（其 他保护根据供电局提供的接入系统方案的要求配置）8 ）监视和控制本工程主要电气设备采用在中控室集中监控方式，集中监控设备布置在主厂房内中控室。设有三种控制方式：电脑软操、保护屏手操、开关柜就地操作。本工程

21、采用全微机集散实时监控系统，主要设备的操作及监视均在微机上完成。集中控制室电气设备的监控采用全微机集散实时监控系统，正常操作采用显示器及键盘进行软手操，常规测量及事故报警等均由实时监控系统实现， 除在操作员站的操作外，还设保护屏硬手操控制。屏上设置少量重要测量表计和报警信号。在实时监控系统监控的主要电气设备有：汽轮发电机及其励磁系统；与总降联络线；厂用变压器；同期系统装置；0.4kV厂用电源系统；直流系统微机发电机保护装置、厂用变压器保护装置、线路保护装置、微机励磁系统、 微机同期装置、开关柜智能显示装置、通讯装置和后台监控系统一起组成发电厂 综合自动化系统。9）交流不断电电源系统（1）为保证

22、一些交流负荷的可靠供电，本工程设置一套380/220V交流不停电电源系统（UPS 0（2） UPS由整流器、逆变器、逆止二极管、静态转换开关、手动旁路开关、配电屏等组成。正常运行时通过整流器向 UPS供直流电，经逆变器转换为工频交流电，再经静态开关给UPS负荷供电；当整流器故障或失去交流电源，由电站直流220V蓄电池不间断向UPS供直流电；当逆变器故障时，自动切换至旁路电源供电。3.6、汽机主厂房布置汽轮发电机组采用纵向布置，以利于底层采光和通风及维护检修方便。 操作层标 高8.00m,汽机操作室及配电室布置在电站偏跨的辅助间内；底层布置汽轮机辅 助设备：凝结水泵、射水抽汽系统，胶球清洗装置等

23、。汽机间内设有电动双梁桥 式起重机（35t/5t ） 台，供设备检修用，吊车起吊高度 6m.供油站及油管道布置在夹层间，事故放油通过管道送至院内油池， 与油系统分割开。南北侧设有楼 梯,零米至八米.暖气布置在8米与零米两层，由分汽缸底部疏水旁路出接出，经 过一台减压器，暖气排水全部经过自动疏水器汇集排水母管并入零米排污管。凝 结水泵布置在标高-1米处，根据操作层标高及机组尺寸设置。西南侧空余部分, 设置为补水箱，蓄热器补水管道从水箱旁送出至每台蓄热器。3.7、主厂房外围布置厂房南侧并列布置4台150n3蓄热器,进出汽通过集汽缸与所有蒸汽汇集后通过 汽水分离器后进入主汽母管.厂房东侧隔马路布置循

24、环水池及凉水塔 .水管全部走底下，与电缆分成两个通道。西侧开门布置厂内主变压器，经升压至35KV后并入宣钢厂内35KV站，与高低压配电室整体布置。主变压器为封闭室内，减少 灰尘及外人进出。室内双侧开窗，并安装空调。厂房西侧底下设有排污水总管, 和循环水排污管汇合并入总厂污水处理厂。厂房东侧南侧各设一条马路（4米宽），两侧绿化，使厂房周围形成良好的环境。南侧有空地约400平，可在技改中，设计为车间维修站或库房等。便于生产 利用。3.8蓄热器(1 )、蒸汽蓄热器是炼钢工程的主要热力设备， 转炉汽化冷却产生间断性、 波动性的蒸汽，通过蒸汽蓄热器，为峰值用汽的 RH和转炉车间供应连续稳定的蒸汽。同时由

25、于蒸汽蓄热器蓄入转炉汽化冷却蒸汽， 从而减少对蒸汽管网的冲击。当转炉停止吹炼，汽化冷却不产生蒸汽时蓄热器可以平稳地向管网供应蒸汽。(2) 、转炉汽化冷却产生蒸汽的特点是间断性和波动性。间断性，表现在整个冶炼周期里，只有吹氧时间里才能有蒸汽产生。在非吹氧时间里则无蒸汽产 生。波动性，表现在整个吹氧时间里，蒸发量忽高忽低，有着急剧的变化，这样 的蒸汽是不易被充分利用的，装设蓄热器后就可以克服上述弊病，当汽化冷却蒸 发量出现尖峰时，蓄热器把多余的蒸汽储存起来，平衡了尖峰，在非产汽时间里, 它又可以把储存的蒸汽放来，从而使间断、波动的蒸汽源变成连续、稳定的蒸汽 源。(3) 、蓄热器在转炉吹氧时，锅筒内

26、产生的多余蒸汽被引入，容器内的压力渐渐升高，蒸汽在蓄热器内将水加热，使蓄热器里水的热焓值升高到与引入蒸 汽压力对应的饱和水焊值，此时蓄热器中的水位也由于蒸汽的凝结而升高， 这样 就进行了所谓的蓄热器的充热过程。 在转炉非吹氧期或蒸发量较小的瞬间，当用 户继续用气时，蒸汽蓄热器内部的压差发生了变化， 蓄热器水的原有热焊值比降 压后相对应的饱和水焓值大，直接导致了蒸汽蓄热器内部水的闪击蒸发， 产生与 管网相同压力的蒸汽，称之为二次蒸汽。经过两次汽水分离后，达到了热网要求 的蒸汽品质向热网供气。这时，蓄热器中水位开始降低进行放热过程(向外供气)(4) 、总之，蒸汽蓄热器作为转炉余热锅炉的配套设备，因

27、其采用定量调 节后，就能将余热锅炉的在转炉吹炼期间产生的流量和压力波动幅度都很大的间 断蒸汽变为连续稳定的汽源，以利于用户使用和本身锅炉的负荷稳定， 从而获得 显著的经济效益和社会效益。3.9为保证低压饱和汽汽轮机在余热回收中稳定发挥作用，应注意以下几点:(1).钢铁企业低压蒸汽管网需比较完善，具备低压蒸汽统一回收，集中调配使用的条件，应加强蒸汽管理，来保证低压汽轮机汽源稳定。(2).低压汽轮机组作为全厂低压蒸汽管网的一个平衡用户，应在优先满足工艺用汽的前提下，合理确定装机规模及运行时间。(3).钢铁企业的低压汽源中，一部分为间断产汽，如转炉余热锅炉。应设置蓄热器等装置来平衡汽量的波动， 以利于蒸汽调度，保证低压饱和汽汽轮机的稳定运行。低压饱和汽汽轮机发电与常规过热蒸汽汽轮机发电相比，系统循环热效率较 低，以回收低品位蒸汽的余能为目的。钢铁企业的低压蒸汽用量随季节性波动较 大，利用低压饱和汽发电可平衡蒸汽用量的季节性差异， 在钢铁企业具备良好的 技术适用性。4、经济效益分析饱和蒸汽发电在非米暖季运行，其年运行小时数按5000h考虑。汽机的负荷受富裕蒸汽量的影响，蒸汽量平均按64t/h计算，汽机平均负荷按70%则年回收蒸汽32万t，年发电4550万kWh如果电价按0.45元/kWh计算，则每年可 节约电费约2000万元，工程总投资约4