翟国营

(安阳钢铁股份有限公司)

低压饱和余热蒸汽发电技术在安钢的应用实践

翟国营

(安阳钢铁股份有限公司)

介绍了安钢低压饱和余热蒸汽的利用现状及存在的问题，对低温余热蒸汽的利用工艺进行了探讨，总结了螺杆膨胀动力机在低压饱和余热蒸汽发电方面的应用实践，提出了余热蒸汽发电项目的设计建议。

低压饱和余热蒸汽 低温余热发电技术 螺杆膨胀动力机

0 前言

安阳钢铁股份有限公司(简称安钢)是集焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢于一体的特大型钢铁联合企业，具备年产1 000万吨钢的生产能力，拥有丰富的余热余能资源，“十一五”期间，安钢已全面实现高品位余热资源的高效回收利用，但一些低品位零散余热如低压余热蒸汽尚未得到充分利用，随着节能技术进步，对余热蒸汽等低品位余热资源进行深度开发利用已成为安钢节能挖潜的重要方向。

1 安钢余热蒸汽现状及问题

安钢余热蒸汽主要指转炉和加热炉余热蒸汽，属于低温低压饱和蒸汽，受生产工艺、生产节奏和炉况条件的影响，这些蒸汽的温度、压力较低，产汽量不稳定，参数波动较大，高效利用困难，除少量用于厂区供暖和澡堂、食堂外，大部分直接放散。据统计，在非采暖期，安钢100 t转炉、炉卷加热炉、热连轧加热炉余热蒸汽总放散量达50 t/h左右，余热蒸汽资源情况见表1。

安钢余热蒸汽利用的主要问题有：

(1)缺乏稳定的工艺用户。余热蒸汽品质低，稳定性差，不能直接作为工艺用汽被生产系统使用;

(2)缺乏稳定的热用户。厂区供暖每年用汽时间不足4个月，澡堂、食堂是间歇用户且用汽量很小;

(3)缺乏配套的余热蒸汽吸收设施。

表1 余热蒸汽资源情况

2 余热蒸汽利用方向

余热利用的总原则是，根据余热资源的数量和品位以及用户需求，尽量做到能级匹配，在符合技术经济条件下，选择适宜的系统和设备，使余热发挥最大效益。电能是一种使用方便、灵活的高级能，对于较低温度的余热，在没有适当热用户的情况下，将其转换成电能加以利用是一种有效的回收方案。就安钢实际而言，将余热蒸汽转换成电能是减少蒸汽放散、提高利用价值的主要方向。

3 余热蒸汽发电技术选择

国内蒸汽发电主要有汽轮机技术和螺杆膨胀动力机技术，汽轮机一般适用于过热蒸汽，对蒸汽品质和汽源稳定性要求高，广泛用于大型热力发电机组，对于波动较大的低压饱和余热蒸汽应用受限制。螺杆膨胀动力机驱动技术是适用于低品位余热资源回收利用的节能新技术，已被列入国家重点节能技术推广目录，与汽轮机相比，该技术具有以下优点：(1)蒸汽适应性强，可同时适用于过热蒸汽、饱和蒸汽和汽液两相湿蒸汽; (2)对热源波动适应性强，在蒸汽流量、压力、温度大范围波动情况下仍能安全稳定运行; (3)运行操作简单，不暖机、不盘车、不飞车，可以直接冲转启动; (4)系统结构简单，设备布局紧凑，占地面积小，运行维护费用低; (5)适合回收低品位零散余热建设小容量发电机组。

综上所述，螺杆膨胀动力机发电技术更加适合安钢的余热蒸汽条件，更加符合安钢实际。

4 项目实施

4.1 建设方案

安钢100吨转炉、炉卷加热炉、热连轧加热炉相距较远，生产控制相互独立，蒸汽压力也不同，集中利用受制约，因此，本项目采用分布式发电站建设方案，在各汽源附近分别建设匹配的发电机组，实现余热蒸汽的就地转换。

4.2 工艺方案

各汽源点的余热蒸汽直接通过进汽管道及控制阀组进入螺杆机做功发电，发出的电能就近并入所在工序的同级电网直接利用，从螺杆机排出的乏汽进入冷凝系统被冷却成软水，软水输送至各汽源点的原汽化系统进行循环利用。乏汽冷凝系统主要包括冷凝器、冷却塔、循环泵、风机等，采用循环冷却水和空气作为冷却介质。热力系统简图如图1所示。

图1 热力系统图

4.3 发电机组配置

根据余热蒸汽供汽条件和现场实际，在各汽源点分别建设1套螺杆发电机组，主要设计参数见表2。

表2 螺杆发电机组设计参数

4.4 项目建设

项目采用合同能源模式，由合同能源公司以总承包的方式负责项目建设及运营管理，承担全部建设投资和运营费用，产生的节能效益由双方按约定分享，项目总投资约1 500万元，建设周期约6个月，于2013年建成投运。

5 项目运行及优化

5.1 发电效果

项目投运后，发电机组能够适应复杂多变的余热蒸汽条件，在蒸汽压力、温度、流量大范围波动的情况下仍能安全稳定运行，发电效果达到了预期，螺杆发电机组运行数据见表3。

表3 螺杆发电机组运行数据

5.2 问题与不足

5.2.1 对余热蒸汽产汽条件的变化估计不足。

本项目建成后，受产汽设施生产工艺、生产节奏及设备状况的影响，供汽条件发生较大变化，影响了机组能力发挥。主要表现在：(1)炉卷加热炉由双炉生产改为单炉生产，供汽量大幅减少，供汽压力低于设计，发电负荷率仅40%左右;(2)热连轧加热炉炉况发生变化，汽化系统降压运行，供汽压力低于设计，供汽能力受影响，发电负荷率仅50%左右。

5.2.2 对软水回收效益的不确定性估计不足。

软水回收效益主要取决于软水回收量和冷凝系统的运行费用，实际生产中，余热蒸汽波动较大，经常出现供汽量不足的情况，这时，软水回收量减少，而冷凝系统的自耗电等运行费用基本不变，软水回收成本高，没有经济效益。

5.3 项目优化

(1)余热蒸汽优化。针对炉卷发电机组余热蒸汽量严重不足的问题，增建一套补汽系统，将附近150 t转炉富余蒸汽作为补充汽源引入该机组，当补汽系统开启时，机组采用双路供汽可以满负荷发电，发电效益大幅提升。

(2)软水回收系统优化。针对软水回收成本高的问题，增设乏汽排空设施，将发电乏汽直接排放，不再采用强制冷却工艺回收软水，仅回收蒸汽做功和排放过程中自然析出的凝结水，这种方式虽然回收的软水量较少，但回收成本几乎为零。优化后，发电机组对余热蒸汽的适应性更强，运行控制更加简单，运行费用大幅降低，发电节电效益显著。

6 经济效益

该项目实现了100 t转炉、炉卷加热炉、热连轧加热炉余热蒸汽的就地转换与发电创效，解决了余热蒸汽在非采暖期大量放散的问题，项目运行效果良好，节能效益显著。2015年该项目累计净发电938万kWh，平均外购电价按0.6元/ kWh计算，年发电效益达563万元。

7 建设经验与结论

(1)螺杆膨胀动力机发电技术对热源波动适应性强，是低品质余热蒸汽发电的可靠技术。

(2)螺杆膨胀动力机的排汽含有大量汽化潜热，乏汽冷凝费用较高，经济上不可取，因此，在不回收排汽余热的情况下，余热蒸汽螺杆发电应优先采用乏汽直排工艺。

(3)余热蒸汽发电项目设计应充分考虑余热的不稳定性，不宜按最大余热量确定机组容量，否则容易造成能力浪费。

[1] 汤学忠主编.热能转换与利用[M].第2版.北京：冶金工业出版社，2002：127-131.

[2] 国家重点节能技术推广目录.第二批[M].国家发展和改革委员会，2009:56-58.

[3] 王晓玲.利用螺杆膨胀动力机回收蒸汽余热发电[J].广州化工,2010,38(7)：199-200.

THE APPLICATION PRACTICE OF LOW PRESSURE SATURATED WASTE HEAT STEAM POWER GENERATION TECHNOLOGY IN ANYANG STEEL

Zhai Guoying

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd.)

The current situation and existing problems of Angang's low pressure saturated waste heat steam are introduced and its application technology is discussed. The application practice of Screw expanding power machine in the low pressure saturated waste heat steam power generation is summarized and the design suggestion of waste heat steam power projects is presented.

low pressure saturated waste heat steam low temperature waste heat power generation technology screw expanding power machine

2016-6-21

*联系人：翟国营，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司能源环保管理处;