炼钢厂饱和蒸汽发电机组的选型与工艺流程,冶金工程论文

炼钢厂饱和蒸汽发电机组的选型与工艺流程,冶金工程论文摘要：为充分回收利用炼钢厂转炉汽化冷却系统回收的饱和蒸汽，降低炼钢工序能耗，进一步提高自发电量，鄂城钢铁有限公司建设炼钢饱和蒸汽发电项目，可充分利用炼钢充裕的余热饱和蒸汽进行发电，实现炼钢余热饱和蒸汽的有效利用，同时解决蒸汽放散造成的白色污染问题。本文关键词语：饱和蒸汽;蓄热器;汽轮发电机;近年来，我们国家大力提倡循环、低碳、绿色经济，钢铁企业作为高耗能大户，节能降耗尤其重要，需不断提高能源综合利用效率，降低综合能耗，降低生产成本，才能提高产品竞争力，实现可持续发展。鄂城钢铁有限公司〔下面简称公司〕在炼钢生产经过中，转炉汽化冷却系统会产生大量低品质的蒸汽，蒸汽压力、流量波动大，含水量高，在炼钢厂RH炉不生产时，转炉余热蒸汽并入公司低压蒸汽管网〔正常运行压力0.50MPa左右〕，对管网压力造成很大冲击。蒸汽放散既会造成热能的浪费，又会产生噪音和白色污染。公司根据炼钢厂现在状况，将转炉汽化冷却系统回收的饱和蒸汽用于发电，产生了较好的经济效益和社会效益。1、炼钢厂蒸汽产量现在状况炼钢厂当前有3座转炉、1座RH炉，华而不实每座转炉每小时供汽量为16.5t/h，蒸汽压力1.45～2.0MPa。现有系统〔3座转炉、1座RH)RH炉生产时每小时耗汽量为23t,R炉不生产时，转炉余热蒸汽进入蓄热器存储。当蓄热器存储量超过设计值后，会放散多余蒸汽。据统计，2021年炼钢厂富有蒸汽量约8.80万t，造成资源的极大浪费，并且带来白色污染。根据公司现有的汽平衡结果，最大将会有约49.5t/h的蒸汽富有，公司当前的蒸汽用户难以消纳这部分蒸汽，为保证生产和管网安全，只能将富有蒸汽直接排空，这样进一步加剧了能源浪费和白色环境污染问题。2、蒸汽平衡正常情况下1#、2#和3#转炉每台对应的余热锅炉产蒸汽13.5t/炉，华而不实余热锅炉除氧器消耗1t/炉，则每台余热锅炉外供应蓄热器蒸汽量约12.5t/炉，每台炉月生产炉数为950炉，详细见表1所示。注：如今生产中，一次除尘冷却器和转炉氧枪氮封都采用蒸汽密封，后期为保证该汽轮发电机组正常运行，且全厂氮气富有，将改回原设计氮封形式，本表根据两系统采用氮封计算。由表1能够看出，理论上在RH炉不上生产时，每炉供汽量为12.5t/炉，此时，转炉供汽指标约为80kg/t，该指标符合行业实际情况。连续生产情况下每台转炉供蓄器蒸汽量折合为Q1=12.59503024=16.5t/h，则3台转炉供汽量约为49.5t/h。RH炉生产时，其每小时耗汽量在23t/h，则每小时富有蒸汽量约为26.5t/h。实际生产中，由于该蒸汽为饱和蒸汽，且蒸汽输送距离在700m左右，蒸汽由于管道阻力损失和温度损失会产生大量疏水，疏水量按10%考虑，则RH不生产时，供汽轮发电机发电用蒸汽最大量为49.50.9=44.55t/h,RH生产时，供汽轮发电机用蒸汽量26.50.9=23.85t/h。考虑正常生产、1台转炉检修和两台转炉检修3种生产情况，做出下面汽平衡表，详细如下：(1)3台转炉正常生产情况，如表2所示。由上表能够看出，3台转炉都生产的情况下，当RH不生产时，供应汽轮发电机发电用蒸汽量为44.55t/h。当RH生产时，供汽轮发电机发电用蒸汽量为23.85t/h。表1炼钢厂余热蒸汽平衡表表2正常生产时蒸汽平衡表(2)1台转炉检修，2台转炉正常生产情况，如表3所示。表32台转炉检修时蒸汽平衡表(3)2台转炉检修，1台转炉正常生产情况，如表4所示。注：此时，RH炉无法生产，1台转炉供汽无法知足RH用汽要求。3、饱和蒸汽发电机组选型3.1、发电机组容量选择由表2蒸汽平衡表能够看出，当3#转炉投产以后，正常情况下，公司6MW炼钢汽化冷却蒸汽发电项目整个管网最大蒸汽富有量将到达49.5t/h，最小量为26.5t/h，华而不实最大排放量时间占比达44%。正常生产情况下，RH生产用汽压力为1.0MPa，考虑最大限度利用蓄热器的调节能力，结合管道阻力损失情况，经计算确定，所选定的汽轮机为6MW低压凝汽式汽轮机组，机组进汽压力为0.8MPa。3台转炉都生产的情况下，当RH不生产时，供应汽轮发电机发电用蒸汽量为44.55t/h，汽轮机能够满负荷〔6MW〕运行。假如此时蒸汽还有充裕，为减少白色污染，能够根据实际情况将一次除尘和氧枪口密封由氮气切换为蒸汽。当RH生产时，供汽轮发电机发电用蒸汽量为23.85t/h，能够保证汽轮机在55%负荷运行。在这种情况下，各个生产系统都能够正常生产，汽轮机不出现停机情况。表4两台转炉检修时蒸汽平衡表1台转炉检修时，当RH不生产时，供应汽轮发电机发电用蒸汽量为29.7t/h，汽轮机能够70%负荷运行。当RH生产时，供汽轮发电机发电用蒸汽量为9.0t/h，此时，无法知足汽轮机最低负荷运行要求。若检修时间较短，能够使汽机处于热机状态，当检修完成后，汽轮机热启动，启动时间较短；若检修时间较长，此时，建议协调RH生产调度，尽量保证RH避开转炉检修时段，以确保汽轮机供汽量；极端情况下，当生产调度有困难时，需要停机，则富有蒸汽存储在蓄热器内，在这里情况下，能够将一次除尘蒸发器和氧枪口密封由氮气切换为蒸汽，尽量不出现蒸汽放散情况。两台转炉检修时，此时一台转炉供汽无法知足RH生产用汽要求，则RH不生产，供应汽轮发电机组发电用蒸汽量为14.85t/h，汽轮发电机组能够约35%负荷运行，汽轮机不需要停机。3.2、汽机发电机组参数汽轮发电机组采用中低压凝汽式汽轮机组，为合理利用相关资源，降低系统投资，采用某钢铁公司已停产汽轮发电机组，并经专业改造，详细参数如下：(1〕汽轮机汽轮机形式：单轴、单缸、凝汽式额定功率：6.0MW额定转速：3000r/min额定进汽流量：46.8t/h主汽门前进汽压力：0.8MPa主汽门前进汽温度：170.5℃额定排汽压力：9.0kPA(a)额定汽耗率：7.8kg/kWh调节系统调节方式：低压电液调节系统冷却水温度：最高33℃设计排汽温度：44℃临界转速：～2035汽轮机检修时最大件重量：～15t(2〕发电机额定功率：6.0MW额定功率因数：0.8〔滞后〕额定电压：10.5kV额定频率：50Hz4、工艺流程本系统为新建一台6MW汽轮发电机组，主蒸汽由厂区管网供应，产生的凝结水通过凝结水泵送至发电机房界区接口后，经管网送至炼钢汽化冷却水箱循环利用。考虑系统运行地安全性、经济性和灵敏性，热力系统尽可能简化。为减少汽机末端含湿量，在汽轮机尾部设置除湿措施。4.1、主蒸汽系统主蒸汽系统的功能是将蒸汽由管网接口送至汽轮机作功，同时，在机组启动和停机经过中，向汽轮机的汽封系统供汽。主蒸汽经一根DN250(20钢)的管道送至稳压箱后进入汽轮机主汽门。主蒸汽管道及补汽管道考虑有适当的疏水点和相应的疏水阀，以保证机组在起动暖管、低负荷或故障条件下能及时疏尽管道中的凝结水，避免汽轮机进水事故的发生。主蒸汽管道由蓄热器接至发电机厂房，管道每隔100m和管道低点设置疏水装置。4.2、凝结水系统机组凝结水从凝汽器热井引出，由凝结水泵升压，经汽封加热器送至厂房界区。在汽轮机旁设置2台凝结水泵，1台运行，1台备用，每台泵的容量知足纯凝工况最大凝结水量的110%的凝结水需求。泵扬程按100m计。在轴封加热器后，凝结水管道设有一路至凝汽器的凝结水再循环管，凝结水管道由凝结水泵送至炼钢汽化冷却水箱。4.3、油系统机组设置一台主机润滑油箱，油箱容积为4m3，厂房外设有汽机润滑油系统的事故油箱，事故工况时，主机润滑油系统的润滑油排放至该事故油箱，事故油箱容积为10m3。厂房设置高压沟通油泵、沟通润滑油泵和直流油泵，直流油泵作为在沟通电源或沟通润滑油泵出现故障时，保证汽轮发电机组轴承润滑油的供油。4.4、循环冷却水系统循环冷却水系统为带机力通风冷却塔的二次循环冷却系统，设循环水泵，向凝汽器、冷油器、发电机空冷器提供循环水冷却。4.5、抽真空系统抽真空系统在机组启动时，抽取凝汽器内以及辅助设备和管道里的空气，使其真空到达要求的启动值〔抽吸状态〕；机组正常运行期间，该系统排除集结在凝汽器内的不凝结气体，以维持系统真空。本机组设置2台真空泵，1台运行，1台备用。4.6、稳压疏水系统在管道间设置一台集汽箱，集汽箱具有稳定汽机进口主蒸汽压力和疏水的功能，以知足汽轮机对蒸汽品质的要求。汽轮机主汽由管网送至汽轮发电机主厂房界区，在厂房内设置稳压箱，蒸汽稳压后进入汽轮机，稳压箱设置隔断阀。主蒸汽进入汽轮机发电后，乏汽进入凝汽器经循环水冷却凝结成水，生成的凝结水由凝结水泵经汽封加热器送至炼钢汽化冷却水箱。5、关键技术蒸汽在汽轮机内膨胀经过中产生的水分较多，必须考虑汽轮机低压级叶片带水去湿措施。由于低压饱和蒸汽的比焓较低，同常规汽轮机相比，其耗汽量较大。汽轮机通流部分需充分考虑余热发电系统低压蒸汽特点，末尾几级叶片动叶需激光强化，以便有效地防止水蚀；采用三维设计，尽量减小排汽余速损失。隔板全部采用焊接式隔板。全部直叶片动叶设计用自带围带、整圈连接；围带加工成内斜外平的形式，构成光滑的通道子午面；并对通道扩张角进行最优化设计，提高机组的整体效率。6、结束语饱和蒸汽发电系统建成后，转炉生产、RH炉生产、蓄热器和汽轮机发电各单元愈加严密有机协调，各生产单元之间运行流畅。汽轮发电机生产单元能够根据RH炉生产节拍和生产布置，适时调节汽轮机进汽量；RH炉生产单元将生产布置提早告知汽轮机单元，以便汽轮机单元根据RH生产调节汽轮机进汽量。在各种生产工况下，对炼钢