兩座轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電在鋼鐵廠的應(yīng)用實(shí)踐

文_彭青峰 湖南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

鋼鐵企業(yè)大力發(fā)展和推廣飽和蒸汽低溫余熱技術(shù)，遵循國(guó)家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，符合可持續(xù)發(fā)展要求，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要手段。

1 兩座轉(zhuǎn)爐余熱資源情況

陽(yáng)春新鋼鐵有兩座120t轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐在吹煉過(guò)程中，產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓?400～1600℃），為了降低煙氣溫度、回收高溫?zé)煔庵械挠酂?，轉(zhuǎn)爐配套設(shè)置了汽化冷卻煙道。汽化冷卻煙道以除氧水為介質(zhì)，利用轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥酂嶙鳛闊嵩串a(chǎn)生蒸汽。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)呈周期性，排出的煙氣余熱也是間斷的、周期變化的，因此，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道也只能間斷產(chǎn)生蒸汽。陽(yáng)春新鋼鐵單臺(tái)120t轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道蒸汽參數(shù)如下。

每爐鋼產(chǎn)汽量：～11t/爐；

每爐鋼冶煉周期：～42min；

冶煉周期平均產(chǎn)汽量：～15t/h；

蒸汽壓力：1.8MPa；

溫度：飽和溫度。

在轉(zhuǎn)爐吹煉期間，兩座轉(zhuǎn)爐產(chǎn)1.8MPa飽和蒸汽30t/h。

在余熱發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施之前，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽除了少量用于食堂洗澡及轉(zhuǎn)爐煤氣放散塔滅火，其他大部分被迫放散，既浪費(fèi)能源，又污染環(huán)境，基本沒(méi)有得到有效利用。

2 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電工藝整體設(shè)計(jì)

上文提到，轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道所產(chǎn)生的蒸汽也是間斷的，為使間斷供汽變?yōu)檫B續(xù)、穩(wěn)定的汽源，需在系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽蓄熱器。

蒸汽蓄熱器是一種熱能儲(chǔ)存容器，具有均衡供汽尖峰負(fù)荷的作用。用于負(fù)荷波動(dòng)的蒸汽系統(tǒng)時(shí)，可使鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定；用于余熱利用系統(tǒng)時(shí)，能有效的回收熱量。合理使用蒸汽蓄熱器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)平穩(wěn)供汽，并保證汽輪機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

蓄熱器的低壓蒸汽壓力低，濕度大，直接用于發(fā)電效率低，而且對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行有很大的隱患。因此采用過(guò)熱爐將蓄熱器出來(lái)的蒸汽進(jìn)行過(guò)熱后送至汽輪機(jī)進(jìn)行，有利于提升汽輪機(jī)的效率及安全運(yùn)行。

2.1 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電工藝流程

為保證使用，在供汽系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽3臺(tái)180m3蓄熱器，蓄熱器進(jìn)口壓力為1.8MPa，出口壓力1.1MPa。

兩座轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐的發(fā)電模式陽(yáng)春新鋼鐵在全國(guó)鋼鐵企業(yè)中是首例，并在蓄熱器后增加了1臺(tái)30t/h過(guò)熱爐（自產(chǎn)蒸汽9t/h）。正常工況下2臺(tái)轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐可提供30t/h飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)蓄熱器穩(wěn)流穩(wěn)壓后進(jìn)入過(guò)熱爐，過(guò)熱爐將飽和蒸汽溫度提高至420℃，然后蒸汽進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。在汽輪發(fā)電后的蒸汽，經(jīng)冷凝器冷凝，送至除氧器除氧之后送回?zé)掍撈鋮s煙道，進(jìn)行再循環(huán)，其系統(tǒng)圖如圖1所示。非正常工況下，轉(zhuǎn)爐停運(yùn)一臺(tái)，過(guò)熱爐及汽輪機(jī)降負(fù)荷生產(chǎn)。當(dāng)兩臺(tái)轉(zhuǎn)爐短時(shí)間停運(yùn)，通過(guò)蓄熱器釋放儲(chǔ)存的蒸汽及過(guò)熱爐自產(chǎn)9t/h、1.0MPa、420℃過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，汽輪機(jī)降低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，不必停機(jī)，待轉(zhuǎn)爐工作正常后可迅速提升負(fù)荷。

圖1 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)配套6MW的汽輪機(jī)及7.5MW的發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)年發(fā)電量4800萬(wàn)kWh（按8000h計(jì)）；凝結(jié)水年回收量22.8萬(wàn)t（汽水損失5%）。

2.2 轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電設(shè)計(jì)

⑴ 主要設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道、蓄熱器、過(guò)熱爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等組成。轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)蓄熱器穩(wěn)壓穩(wěn)流后送至過(guò)熱爐加熱，經(jīng)過(guò)熱爐加熱后的蒸汽送至汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1

⑵ 主廠房設(shè)計(jì)

主廠房由汽機(jī)房和輔房組成。汽機(jī)房長(zhǎng)24m，跨度15.0m，柱距6m，雙層布置，0.000層布置輔助設(shè)備，7.000層為運(yùn)行層，布置汽輪發(fā)電機(jī)組，吊車軌面標(biāo)高14.00m，設(shè)置一臺(tái)16t/3t的吊鉤橋式起重機(jī)，汽輪機(jī)采用縱向布置。

汽機(jī)房西側(cè)布置了一個(gè)寬8m的輔房，三層布置，0.000層布置配電及發(fā)電機(jī)小室，二層標(biāo)高為4.000m，為辦公室和電纜層；三層標(biāo)高為7.000m布置機(jī)爐電集中控制室、電子設(shè)備間。

3 效益分析

項(xiàng)目自2014年6月20日開(kāi)工，2015年2月14日試并網(wǎng)成功，通過(guò)3個(gè)月整改和試生產(chǎn)，6月底完成竣工驗(yàn)收。轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可以從噸鋼發(fā)電量及軟水回收量?jī)煞矫嬗?jì)算。

3.1 噸鋼發(fā)電量

本項(xiàng)目自2015年7月1日開(kāi)始正式運(yùn)行，2015年發(fā)電量為2188.3萬(wàn)kWh，供電量為2008.6萬(wàn)kWh，噸鋼發(fā)電量17.38kWh/t；2016年發(fā)電量為3456.7萬(wàn)kWh，供電量為3121.2萬(wàn)kWh，噸鋼發(fā)電量13.65kWh/t；2017年發(fā)電量為4928.9萬(wàn)kWh，供電量為4542.69萬(wàn)kWh，噸鋼發(fā)電量17.77kWh/t；2018年發(fā)電量為4630.3萬(wàn)kWh，供電量為4282.1萬(wàn)kWh，噸鋼發(fā)電量15.02kWh/t。由上數(shù)據(jù)可知2016年的噸鋼發(fā)電量不是很理想，主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)爐運(yùn)行年限較長(zhǎng)未進(jìn)行大修，造成轉(zhuǎn)爐不順，轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽量及壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸汽參數(shù)要求，造成噸鋼發(fā)電量偏低。2017年在轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道活動(dòng)煙罩進(jìn)行大修后，噸鋼發(fā)電量明顯提升。2018年的噸鋼發(fā)電量比2017年有明顯的下降，主要原因是汽輪發(fā)電機(jī)組自2015年2月試運(yùn)行以來(lái)，未進(jìn)行大修，2018年進(jìn)行了一次大修，有約20天左右未進(jìn)行發(fā)電，造成噸鋼發(fā)電量有所下降，從2015年7月1日至2018年12月31日，平均噸鋼發(fā)電為15.94kWh/t,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)煉鋼余熱發(fā)電噸鋼發(fā)電量8.6～10kWh/t的平均水平，處于先進(jìn)水平。從2015年至2018年12月31日，本項(xiàng)目為陽(yáng)春新鋼鐵供電總量為13954.6萬(wàn)kWh，平均年供電量約為3987萬(wàn)kWh。

3.2 軟水回收量

本項(xiàng)目的軟水回收量，從2015年至2018年分別為10.7萬(wàn)t，16.9萬(wàn)t，24.2萬(wàn)t和22.7萬(wàn)t，共計(jì)回收軟水74.5萬(wàn)t，平均年回收軟水量為21.3萬(wàn)t。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析及節(jié)能效果

由3.1和3.2可知，轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電實(shí)施后，每年向陽(yáng)春新鋼鐵供電3987萬(wàn)kWh，回收軟水量21.3萬(wàn)t。按照電價(jià)為0.5元/kWh，軟水價(jià)格6.78元/t，每年可產(chǎn)生效益2133萬(wàn)元，項(xiàng)目2年就可收回投資。有著非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

按照1萬(wàn)kWh電可節(jié)約3.2tce計(jì)算，此項(xiàng)目的平均每年可節(jié)約12758tce，以1tce減排2.6t二氧化碳計(jì)算，平均減排二氧化碳33171t。此項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能效果和社會(huì)效益非常明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

在陽(yáng)春新鋼鐵轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電項(xiàng)目實(shí)施前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)兩座及兩座以下轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電的項(xiàng)目。陽(yáng)春新鋼鐵是兩座轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電的首例，對(duì)于只有一座或者兩座轉(zhuǎn)爐的中小型鋼鐵企業(yè)的余熱發(fā)電具有一定的借鑒意義。

本項(xiàng)目采取1臺(tái)過(guò)熱爐將煉鋼的飽和蒸汽進(jìn)行過(guò)熱發(fā)電，不僅提高了發(fā)電的效率，同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行起到很好的保護(hù)作用。鋼鐵企業(yè)中有大量的飽和蒸汽，如電爐余熱、加熱爐余熱等等。此項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)鋼鐵企業(yè)飽和蒸汽發(fā)電有很好的借鑒意見(jiàn)。