加熱爐汽化冷卻與蒸汽發(fā)電技術(shù)綜合應(yīng)用

劉 銳，夏小街

（1上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司，上海200032；2福建三鋼閩光股份有限公司，福建 三明365000）

1 前言

軋鋼加熱爐鋼坯支撐梁采用汽化冷卻循環(huán)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到加熱爐的新建及改造項目中。加熱爐支撐梁采用汽化冷卻可以節(jié)省冷卻循環(huán)系統(tǒng)工業(yè)用水量，可減輕鋼坯上水梁滑塊遮蔽黑印，減小鋼坯斷面溫差，提高鋼坯加熱質(zhì)量。汽化冷卻系統(tǒng)管路較水冷卻系統(tǒng)管路使用壽命延長，減少對循環(huán)管路維護(hù)和檢修方面的經(jīng)濟(jì)投入。應(yīng)用汽化冷卻循環(huán)系統(tǒng)可以產(chǎn)生蒸汽副產(chǎn)品，節(jié)省了利用其他方式生產(chǎn)蒸汽造成的能源消耗。利用汽化冷卻循環(huán)方式生成大量蒸汽的綜合利用相當(dāng)廣泛，采用專業(yè)方法技術(shù)將此部分蒸汽有效利用將會創(chuàng)造出較大的額外價值，有效利用了汽化蒸汽，既避免了蒸汽資源的浪費，同時也節(jié)約了因特定需要而直接對用煤或者電能的消耗，從而降低了環(huán)境污染。

福建三鋼閩光股份有限公司高線廠一線加熱爐支撐梁冷卻系統(tǒng)原設(shè)計為水冷卻方式。多年的生產(chǎn)使系統(tǒng)老化，同時也暴露出水冷卻方式的諸多不利之處，為此決定利用加熱爐項目改造機(jī)會將支撐梁水冷卻循環(huán)改為汽化冷卻循環(huán)，并結(jié)合蒸汽發(fā)電技術(shù)配置1套蒸汽余熱發(fā)電機(jī)組，將汽化冷卻循環(huán)產(chǎn)生的余熱蒸汽有效循環(huán)利用并創(chuàng)造效益。

2 汽化冷卻系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)組設(shè)備構(gòu)成

加熱爐支撐梁汽化冷卻系統(tǒng)改造任務(wù)由上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司完成，蒸汽發(fā)電機(jī)組（包括一級和二級兩級蒸汽余熱發(fā)電機(jī)組）設(shè)計安裝任務(wù)由其他專業(yè)單位完成。為使兩個項目在蒸汽資源利用銜接上互相匹配，汽化冷卻系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)定為：汽包蒸汽壓力1.3 MPa，蒸汽溫度194℃，蒸汽產(chǎn)量為4 t/h，正常系統(tǒng)補(bǔ)水量3～5 t/h，汽包蒸汽排放壓力可以隨蒸汽發(fā)電機(jī)的需要調(diào)節(jié)。蒸汽一級發(fā)電機(jī)組為汽液全流動螺桿動力發(fā)電機(jī)，設(shè)計參數(shù)：進(jìn)汽壓力1.0 MPa，進(jìn)汽溫度182℃，蒸汽使用流量4 t/h，排汽壓力0.01 MPa，排汽溫度102℃。二級發(fā)電機(jī)組為蒸汽型螺桿膨脹發(fā)電機(jī)，它只需利用一級發(fā)電機(jī)組排出的蒸汽即可工作發(fā)電，此發(fā)電機(jī)組適合采用各形態(tài)的低品低溫?zé)嵩?，允許介質(zhì)熱參數(shù)壓力、溫度、流量大范圍波動，運行安全平穩(wěn)、安裝維護(hù)方便，并且發(fā)電機(jī)組內(nèi)效率可高達(dá)70%～85%。

汽化冷卻系統(tǒng)配置設(shè)備及部件：軟水箱1座，大氣式熱力除氧器1套，排污擴(kuò)容器1臺，取樣冷卻器2個，磷酸鹽加藥裝置1臺，汽包1臺，軟水泵2臺，給水泵3臺，熱水循環(huán)泵3臺，旋轉(zhuǎn)接頭和聯(lián)箱組件2套，設(shè)備系統(tǒng)管路及閥門配件等。

一級汽液全流動螺桿動力發(fā)電機(jī)組由動力機(jī)主機(jī)、底座、發(fā)電機(jī)、減速機(jī)、油潤滑冷卻系統(tǒng)、水冷卻循環(huán)系統(tǒng)、調(diào)速控制系統(tǒng)組成。二級蒸汽型螺桿膨脹機(jī)組由預(yù)熱器、蒸發(fā)器、油分離器、膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)、冷凝器、液體泵、控制系統(tǒng)等組成。兩套發(fā)電機(jī)組占地面積小，設(shè)備安裝及日常維護(hù)。

汽化冷卻系統(tǒng)和蒸汽發(fā)電機(jī)組結(jié)合應(yīng)用的工作流程如圖1所示。

圖1 組合應(yīng)用工作流程

3 投入與效益回收對比

汽化冷卻系統(tǒng)和蒸汽發(fā)電機(jī)組投入運行后，設(shè)備系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定，減少了系統(tǒng)日常維護(hù)，降低了加熱爐操作人員的工作強(qiáng)度，提高了加熱爐的鋼坯生產(chǎn)質(zhì)量，同時系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽也滿足了發(fā)電機(jī)組投入正常的運轉(zhuǎn)，達(dá)到了汽化系統(tǒng)的預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。在加熱爐日常生產(chǎn)運行下，將汽化系統(tǒng)生產(chǎn)的蒸汽全部供給發(fā)電機(jī)組，蒸汽發(fā)電機(jī)組發(fā)電并入廠內(nèi)部電網(wǎng)供生產(chǎn)用電。即使蒸汽發(fā)電機(jī)組停運不發(fā)電，也可將蒸汽直接并入公司蒸汽管網(wǎng)，蒸汽輸出結(jié)算單價為60元/t的蒸汽收益。

氣化冷卻及蒸汽發(fā)電機(jī)組兩項技術(shù)的應(yīng)用投入和效益產(chǎn)出兩方面數(shù)據(jù)對比，從中可以更直觀地看出兩項技術(shù)應(yīng)用的投資回收期，更有力說明兩項技術(shù)的應(yīng)用價值。

1）汽化冷卻系統(tǒng)和蒸汽發(fā)電機(jī)組投入使用后全部實現(xiàn)自動檢測、控制，不需要特意安排手動操作崗位，日常點檢隨加熱爐其他設(shè)備同時進(jìn)行，在加熱爐崗位定員上減少1或2人的工作崗位，每月可以節(jié)省支出3 000～6 000元。

2）相對于閉路水冷，采用汽化冷卻方式平均每天可以節(jié)省系統(tǒng)用水、電綜合費用470.8元，相對于開路水冷平均每天可以節(jié)省系統(tǒng)用水、電綜合費用6 220元。加熱爐原采用的是閉路水冷方式，按系統(tǒng)日常節(jié)省開支470.8元計入，但是在使用閉路水冷循環(huán)冷卻系統(tǒng)中要增加一項凈環(huán)水冷卻塔的使用和維護(hù)費用，每年冷卻塔減速機(jī)維護(hù)費用為1.5萬元，風(fēng)機(jī)維護(hù)費用為0.5萬元，共計2萬元。

3）一級發(fā)電機(jī)組建設(shè)直接投資費用165萬元，一級發(fā)電機(jī)組目前工作平均每小時發(fā)電量為80 kW，廠內(nèi)用電核算價格0.6元/（kW·h），每日一級發(fā)電機(jī)組效益為1 152元，4 a即可收回本機(jī)組投資。二級發(fā)電機(jī)組建設(shè)采用合同能源管理模式，5 a后機(jī)組歸業(yè)主自行管理，本機(jī)組至少可以保運10 a連續(xù)使用不大修。二級發(fā)電機(jī)組目前工作平均每小時發(fā)電量為160 kW，仍按0.6元/（kW·h）核計，每日發(fā)電效益為2 304元。

4）在蒸汽發(fā)電機(jī)組不投入運行情況下，按照三鋼廠內(nèi)的蒸汽核算標(biāo)準(zhǔn)60元/t計，在汽化系統(tǒng)蒸汽不用于發(fā)電只是輸出情況下，仍可有2 880元收益（按2 t/h蒸汽產(chǎn)出）。氣化冷卻系統(tǒng)改造總投資約130萬元，折算后2 a內(nèi)可將改造費用回收。

4 結(jié)語

由以上數(shù)據(jù)看出，汽化冷卻系統(tǒng)和蒸汽發(fā)電機(jī)組投入運行雖然改造建設(shè)一次性投入稍大，但是項目的長遠(yuǎn)效益非?？捎^，項目的建設(shè)投資最長在自身收益5 a內(nèi)回補(bǔ)完，之后將為各項目創(chuàng)造凈利益。