张明明（天津钢铁集团有限公司动力厂，天津300301）

0 引言

深度利用能源一直是钢铁企业在近年来研究并实践的重大课题，也是钢铁企业摆脱自身困境，实现持续发展的主要途径之一。在全球能源日益紧缺和钢铁企业产能过剩的今天，采用新型节能减排技术改造或替代原有能源利用不充分的环节，是企业实现降本增效，提高能源利用效率的关键。本文主要介绍了天钢动力厂利用新型的螺杆发电技术替代原有常规减温减压装置，将螺杆排汽并入原减温减压后的低压蒸汽管道，将减温减压装置作为备用，既可使螺杆发电机组利用中温中压蒸汽热能产生发电收益，又可为螺杆机组提供备机保证；同时，除将螺杆排汽并入低压蒸汽管道外，还可直接并入厂内低压发电机组，为生产部门提供多元化的生产调整模式。

1 常规减温减压装置介绍

由于整体设计较早，且当时没有有效可靠的能源利用方式，本企业利用减温减压装置将3台140t/h锅炉产生的中温中压蒸汽的小部分减压成低温低压蒸汽供生产使用。其原理为中温中压蒸汽经过减温减压一体式调节阀经喷水减温和扩容降压，变为低温低压蒸汽（工作原理见图1）。根据季节的不同，减温减压装置的送出量为30～80 t/h不等。中温中压蒸汽参数为：压力3.5 MPa，温度450℃；低温低压蒸汽参数为：压力0.5～0.8 MPa，温度200～250℃。中温中压蒸汽的热能未得到有效的阶梯利用，就直接变为低压蒸汽，造成了能源的浪费。

图1 天钢动力厂减温减压装置热力系统图

2 螺杆发电机组介绍及特性

2.1 螺杆动力机基本工作原理

螺杆动力机本体的基本部件是一对螺杆和机壳，工作原理见图2。热能工质首先进入到螺杆齿槽A，推动阴阳两螺杆向相反方向转动，随着螺杆的转动，齿槽 A旋转到 B、C、D的位置，行程逐渐加长，容积增大，工质降压降温膨胀(闪蒸)做功，最后从齿槽E排出，功率从主轴阳转子输出，通过膜片式联轴器连接发电机主轴，带动发电机发电。

图2 螺杆动力机转子做功过程图

2.2 螺杆发电机组的系统组成

螺杆发电机组由螺杆动力机组本体、调速系统、润滑油系统、循环冷却水系统、自动危急保护系统等组成。调速系统主要由一套控制系统控制主调节阀和微调节阀（两阀为主、旁路关系）实现机组的转速控制。主调节阀适用于机组启动过程和大幅度负荷调整的工况，微调节阀适用于机组并网和小幅度负荷调整的工况。润滑油系统主要由油泵、过滤器和稳压阀组成，对动力机轴瓦起到润滑和轴瓦冷却的作用。循环冷却水系统分为油系统冷却和机封冷却，油系统冷却用于对轴瓦润滑过后的高温润滑油进行冷却；机封冷却水用于对动力机前后机封的冷却。自动危急保护系统由联锁保护程序和快速切断阀组成，机组重要参数达到联锁停机值时，快速切断阀快速自动关闭，保护机组。

2.3 螺杆发电机组主要特点

螺杆动力机作为一种新型的能源动力机，对工质的适应性强，能适应从高品质蒸汽到低位热能的不同形态的工质，主要具有以下4方面的技术优势：

（1）螺杆发电机组具有明显的降压减温作用，可用于多种形式的热能工质的阶梯利用，将热能转化为电能，避免因直接减温减压造成的能源浪费。

（2）对进入螺杆机组的做功工质适应性强，能够满足多种形态下的热能工质，通常情况下螺杆动力机能够同时在汽液混合和较高温度热水的低品位工质，及在饱和蒸汽、过热蒸汽的中高品位工质下稳定工作，机组故障率低。

（3）对负荷变化和汽源参数变化的适应性很强。螺杆动力机可以允许负荷和汽源在设计范围内波动变化，机器照常工作，而且工作效率降幅很小，与设计值接近，能维持稳定的高效率，运转依然平稳、安全、可靠。本文利用了螺杆机的这一优点，对螺杆排汽开展多元化利用。

（4）螺杆动力机开机前先对机组暖机，暖机过程无需盘车，主轴不易变形。机组运行稳定，振动较小，联锁保护装置可靠，故障率低，可实现无人值守。

3 螺杆发电机组在天钢的应用

天钢动力厂一、二期共配备3台JG-140/3.82-Q型燃气锅炉，主烧高炉煤气，每台锅炉额定蒸发量为140 t/h，为3台高炉汽动鼓风机组和1台中压发电机组提供高品质中温中压蒸汽。设计2套喷水减温减压装置，将小部分中温中压蒸汽减压为0.5～0.8 MPa低温低压蒸汽，供蒸汽外网生产使用。夏季用汽量约为30 t/h左右，冬季用汽量约为80 t/h左右。由于直接由中温中压蒸汽变为低温低压蒸汽，此部分蒸汽存在较大热能未得到有效利用。为充分利用此部分热能，利用螺杆发电机组对此部分蒸汽做功发电，中温中压蒸汽做功后焓值降低，变为低温低压蒸汽经螺杆排汽排出。此过程只利用蒸汽热能，并不消耗蒸汽，几乎无运行成本，螺杆排汽可直接并入原低压蒸汽管网。

螺杆机组选型。由于厂家在合同签订阶段未试验出匹配本单位中温中压蒸汽参数（压力3.5MPa，温度450℃）的成熟机组，选用2台该厂型号为SEPG500-1700/1500-1.65-S螺杆发电机组，单台装机功率为1 700 kW，实际发电功率为1 600 kW，额定进汽量为40 t/h的应用较为成熟的螺杆发电机组，来替代减温减温装置。该机组参数额定进汽压力为2.34 MPa，额定进汽温度为296℃ ，额定排汽压力为0.84 MPa，额定排汽温度为206℃，能够满

TIANJ IN METALLURGY足低压蒸汽管网的用汽需求（螺杆排汽在0.5～0.8 MPa可调）。为适应该机组，需在机组前加装减温器，将介质调整为2.34 MPa的中温中压蒸汽，满足该机组的需要，系统图见图3。机组运行后，将螺杆排汽并入低压蒸汽网管，关闭原减温减压装置的出口阀，将原减温减压装置作为备用。既满足了工艺要求和生产的需要，又实现了能源的阶梯利用，取得了大量发电收益，属于节能推广型技术。

图3 天钢动力厂螺杆发电机组热力系统图

4 螺杆排汽的多元化生产模式

螺杆发电机组投入运行之后，取代了原减温减压装置，取得了较大的发电收益，提高了天钢的自发电率。同时，也探索出了包括用螺杆排汽作为低压发电新汽的多种生产调节模式，使生产调整更加灵活，效益达到最大化，降低了能源消耗。

4.1 螺杆排汽送低压蒸汽管网

在夏季或需求30～40t/h蒸汽量时，可安排启动1台螺杆发电机组并将螺杆排汽直接并入低压蒸汽管网，将减温减压装置出口阀关闭，使减温减压装置处于热备用状态。当螺杆发电机组故障停机时，可迅速开启减温减压装置的出口阀，降低低压蒸汽管网压力波动，减小生产影响。在螺杆机组故障恢复后，再将螺杆机组并入，减温减压装置热备用。

4.2 螺杆排汽送低压发电

天钢动力厂配备1台低压余热回收发电机组，发电量每小时6 000 kW，蒸汽进汽参数为压力0.8～1.0 MPa，进汽温度180～200℃，进汽流量40 t/h左右，螺杆排汽能够与之相匹配。在低压发电汽源不稳定导致低压发电无法正常开启时，可安排启动1台螺杆发电机组，并将螺杆排汽通过阀门切换直接并入低压发电机组，作为机组的汽源进行二次发电。在实现蒸汽热能阶梯利用取得大量发电收益的同时，大大提高了天钢的自发电率。低压蒸汽发电做功后的凝结水送入本厂除盐水站补水池，实现了水的循环利用，年可节约优质水量达30万t，同时还可以改善补水池水质，降低除盐水制水成本。

4.3 螺杆排汽同时送低压蒸汽管网和低压发电

在低压蒸汽管网需求量较大时，可安排开启2台螺杆发电机组，并将螺杆排汽同时接入低压蒸汽管网和低压发电，能够同时满足低压管网和低压发电用汽，兼顾生产和低压发电，创造最大效益。

5 经济效益计算与分析

螺杆发电机组代替减温减压装置在天钢动力厂的应用，使原来中温中压蒸汽变为低温低压蒸汽损失的热能得到了充分利用，响应了在当前形势下节能减排的号召，在取得良好社会效益的同时，又取得了较大的经济效益，提高了自发电率。

天钢动力厂单台螺杆发电机组装机功率为1 700 kW，实际发电功率为1 600 kW，根据生产情况不同，机组年均发电量可达1 814×104kW·h。按照0.65元/kW·h计算，全年发电收益=1 814×104kWh×0.65元/kW·h=1 179万元。

低压发电机组因用螺杆机组供汽，年增开2 100 h，发电量可达 1 260×104kWh，按照 0.65 元/kW·h计算，全年发电收益=1 260×104kW·h×0.65元/kW·h=819万元。

年综合收益可达1998万元。

6 结论

螺杆发电机组代替减温减压装置，在实现了能源阶梯利用的同时，也取得了发电收益，提高了天钢的自发电率，年发电量可达1 814×104kW·h，年发电量折合标煤约6 349 t（折算系数取0.35 kg/kW·h），每年可减少一氧化碳排放量约15 056 t/a（折算系数取0.83 kg/kW·h），创造了良好的经济效益和社会效益，同时对环境保护起到了积极的作用。创新了螺杆发电机组与低压蒸汽管网、低压发电机组之间多种调节模式，为生产提供了更加灵活的调整方式。对螺杆机组减温器前的蒸汽阶梯热能还未得到有效利用，将继续研究寻找合适的解决方案，实现能源的最大化利用。