钢铁厂饱和蒸汽发电技术的运用

钢铁厂饱和蒸汽发电技术的运用

李玉清

唐山钢铁国际工程技术股份有限公司河北唐山063000

摘要：随着我国对节能减排的重视，各行各业对余热余能的利用水平也越来越高。随着发电技术的进步，蒸汽发电技术越来越多的应用于各种行业，其中在钢铁、铜业、水泥、玻璃等行业已经广泛应用。由于在工业生产中产生大量的饱和蒸汽，而这些蒸汽可以通过处理后直接用来发电，饱和蒸汽发电技术不仅工艺简单、安全性高、投资少，越来越多的应用于企业生产中，不仅节约成本，而且可以减少大气的污染。

关键词：钢铁；蒸汽发电；技术运用

饱和蒸汽发电技术是低温余热发电的重要趋势。饱和蒸汽发电技术的应用为节能减排、环境保护做出了巨大贡献，同时也为企业创造了可观的经济效益。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。

一、饱和蒸汽发电技术简介

钢铁企业在冶炼、轧钢过程中产生较多的余热资源，特别是一些低品质余热，例如：竖炉蒸汽、转炉汽化冷却系统蒸汽、加热炉蒸汽。这些蒸汽由于品质较低在企业中往往被直接放散，或者仅用于采暖，造成了余热资源的大量的浪费。饱和蒸汽发电技术主要是通过对蒸汽参数进行调节优化，利用饱和蒸汽带动蒸汽轮机发电。此项技术不但有效利用了蒸汽余热，避免了能源浪费，为企业创造了较好的经济效益，且在此过程中不产生额外的废气、废渣、粉尘和其他有害气体，是节能环保新技术。

二、饱和蒸汽发电的利用意义

目前，余热发电技术主要集中在一些高耗能的企业，其中以钢铁和水泥行业发展较迅速，且一些发电技术已经基本成熟。但是，仍未实现能量的梯级利用。大多钢铁企业和水泥行业主要是利用高温烟气（＞500℃），一些低温尾部烟气（＜400℃）目前国内尚属于难于利用的余热，几乎全部排向大气。可以说，如果能够利用这部分低品位余热进行发电，则对我国的经济可持续发展和实现和谐社会具有重要的社会经济意义。

三、国内外发展状况

钢铁工业是国家经济的支柱产业，也是工业生产耗能大户，我国钢铁产业的技术水平和能耗指标与国际先进水平相比还有相当的差距。据统计，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15％左右。

目前，我国在钢铁行业已经实现饱和蒸汽发电机组的运行，且已经产生巨大的经济效益。国内从1996年开始研究用于低温余热发电的汽轮机发电电机组。以杭州中能汽轮机动力有限公司和青岛汽轮机厂等国内汽轮机制造企业为例，已经攻克了饱和汽轮机在运行过程中的一些重大技术难题，使低压饱和蒸汽汽轮机已经成为较为成熟的技术。如杭州中能汽轮机动力有限公司为江阴兴澄特钢制造的BN12－0．85/0．3蒸汽汽轮机，额定功率12MW，一级进汽为0．85MPa的饱和蒸汽，额定补汽压力为0．3MPa。自2007年8月，机组运行正常，机组平均汽耗量为7．5t/MW，正常日发电量为20万kWh，年累计发电量6500万kWh，节约标煤23800t/a，一年可收回成本。青岛捷能汽轮机集团股份有限公司采用机内再热饱和蒸汽发电技术已经成功运用于济钢和东岭铅锌冶炼，并且取得良好的经济效益。

四、饱和蒸汽发电技术在炼钢领域的应用

饱和蒸汽发电是一个涉及面较广的工程，也需要做好较多的准备工作。首先，必须对余热资源进行分析，提炼可靠的余热回收和发电站建设的数据，保证蒸汽发电厂站的建设不会对钢铁生产造成影响。其次，需要做好能源的普查工作，确定发电机组的规模和建设形势。再次，完善外部建设条件，主要包括电站水源条件和电网并网等。

1、蓄热器。炼钢的生产阶段包括装料、吹氧、出钢除渣等工序，生产过程的不连续导致蒸汽的产生也不连续。变压式蓄热器的设置是为了保证有连续稳定的蒸汽，提高汽轮机运行的稳定性。蓄热器容积按下式计算：

V=1000G/g0SQ

式中V表示蓄热器的计算容积，单位m3；g0表示蓄热器的计算蓄热能力，单位t/h；S表示蓄热器的单位蓄热能力，单位kg/m3；Q表示蓄热器的冲水系数。

2、热力系统。汽化冷却产生的蒸汽进入蓄热器，蒸汽进入蓄热器之前并不连续，在蓄热器的作用下，连续的蒸汽进入蒸汽滤洁器，除去其中的水分后将蒸汽送入汽轮机。凝结水主要由汽轮机底部的凝结水泵供应，汽轮机凝汽器的循环水由循环水泵供应，循环水采用双供水双回水系统。

3、循环冷却水系统。冷却塔冷却后的水流入循环水泵吸水池，经过循环水泵升压后送至凝汽器，水携带一定的热量后精油压力管道送至冷却塔，进入下一循环。在循环冷却供水系统中，对补给水的质量有一定的要求，水的PH值在6.5-9.5之间，水中悬浮物的含量不超过20mg/L，水的碳酸盐硬度在250mg/L以下。循环水冷却系统中的机力通风冷却塔，在节约用地的同时，降低了用水量。

五、饱和蒸汽发电关键技术

1、叶片的水蚀问题。饱和蒸汽发电系统中，采用的汽轮机不同于常规电站的汽轮机，汽轮机进口的蒸汽处于饱和状态，因此在很多情况下存在一定的游离水，在不进行中间再热的情况下，机组的排气湿度增加，有时高达15%，加速了机组叶片的水蚀，降低了机组的效率。为了解决叶片的水蚀问题，提高机组的发电效率必须首先解决排气湿度，将排气湿度降低到10%以内。常用的降低叶片水蚀速率的方法归纳如下：

（1）中间再热式，即利用中间再热器除去蒸汽中的水分，这种方法需要消耗较多的能量，机组构成较为复杂。

（2）强制疏水式，即将湿蒸汽在流动的过程中形成水滴后强制排出汽轮机外。

（3）截流调节式，即以截流的方式将饱和蒸汽变成热蒸汽后送入汽轮机，截流的过程中往往存在一定量的能量损失。

（4）抗蚀增强式，从制作材料着手，增强材料的抗蚀性能，针对水滴冲刷严重的地方，镶嵌硬质合金起到保护作用。

2、机组的效率问题。由于饱和蒸汽本身的特点，在利用饱和蒸汽发电的过程中，机组的发电效率往往不高，必须采取科学有效的方式提高发电效率。据统计，汽轮机各项损失中，漏气损失占总损失的30%，因此，提高发电效率的首要任务是对设备进行改进，降低漏气损失。其次，应降低流动损失，针对设备的零部件进行合理的优化改造，包括主要的汽封结构、阀门和管道等。再次，对现有气缸结构进行改进，提供大面积的流道或者去除支撑梁以使流动特征得以改善，减少汽轮机的紊流。最后，对汽轮机的叶型进行优化，末级叶片采用马刀型静叶，采用蜂窝汽封，加强去湿效果，提高叶片根部的反动度，降低叶片的水蚀。此外，研究开发高性能材料也是提高机组效率的关键技术之一。

这个钢铁企业饱和蒸汽余热发电工程主要利用转炉及加热炉的饱和蒸汽资源，通过合理配置进行发电，有效节约了能源。整个工程投资造价较低，工程回收期较短，是短平快的项目，可使企业取得良好的经济效益，可有效降低钢铁企业用电所产生的高额费用。同时饱和蒸汽余热发电工程又属于环保型项目，不会产生二次污染，可为企业创造良好的环境效益。近几年，部分钢铁企业开始使用低压饱和蒸汽发电技术回收利用富余的低温低压蒸汽余热发电，避免大量蒸汽向空排放对周边环境污染的问题，又可得到廉价的电力，缓解企业用电的供需矛盾，降低钢铁生成能耗，而节约了大量工质损耗，降低吨钢水耗指标。

参考文献：

[1]何梅松.饱和蒸汽发电技术在庛热利用系统中的库用硫酸工业，2010