钢铁企业低压饱和蒸汽余热发电的应用
时间：2021-01-28 04:00:53 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：通过重钢长寿新区二期低温余热发电项目的工程实例，介绍了转炉烟气余热回收及低压饱和蒸汽发电系统的工艺流程，结合工程实际对的经济性及更好的利用方式进行了分析。
关键词：低压饱和蒸汽；余热利用；发电
1 钢铁企业能耗现状
我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，节能减排已成为中国经济社会可持续发展及工业转型升级的必要选择。中央政府将节约资源和环境保护纳为我国的基本国策。近年来，为缓解我国能源供需矛盾、保持经济平稳较快发展、推动经济结构调整和产业技术进步、改善环境质量，我国政府综合运用法律、经济、技术和必要的行政手段，出台了一系列推动节能减排的政策措施。在各项政策的鞭策下，我国节能减排工作取得了良好成效。“十二五”前三年我国累计节能约3.5亿吨标准煤。
作为高能耗行业的我国钢铁工业，同时也是“节能大户”。2014年上半年全国重点钢铁企业吨钢综合能耗、各工序能耗比上年同期均有所下降。部分钢铁企业的部分指标已达到或接近国际先进水平，特别是吨钢耗新水指标创出历史最好水平，有32家企业吨钢耗新水低于3m3。企业之间的各工序能耗最高值与先进值差距较大，各企业之间的节能工作发展不平衡，说明钢铁工业还有节能潜力。
钢铁企业余热、余能资源数量巨大。近些年来我国钢铁企业的余热余能资源回收利用水平取得了较大提高。注重了能源结构的优化，特别是低品质能源利用技术开发；注重了过程能源的高效利用，特别是工艺过程的优化；注重了余热余能回收的投入，特别是余热余能回收技术及装备的开发。但与国际先进水平相比仍有很大差距，国外余热余能资源的回收率，先进国家己达到90%以上，如日本新日铁达到了92%，而国内钢铁企业只有30～40%，且回收后使用效率不高。
2 转炉烟气余热回收及利用
在钢铁企业中，氧气转炉在吹炼期间产生大量的含尘炉气，温度为1400～1600℃。转炉烟气中含有大量的显热和潜热，其中潜热占主要部分，显热占16%左右。目前，转炉烟气中可供利用的高温显热，一般都采用余热锅炉进行蒸汽回收，将冶炼过程中产生的高温烟气经过余热锅炉降温并放出热量，锅炉中的饱和水吸收这些热量成为饱和蒸汽。
转炉炼钢过程中由于C-O反应产生大量富含可燃气体（CO）的烟气，吨钢可达200Nm3，烟气主要含有CO、CO2、O2和基本成分为氧化铁的尘粒，CO含量为40%～80%，含尘量为150g/Nm3。这部分烟气带出大量潜热和显热。这些有害气体直接外排，会严重污染大气环境，钢铁企业必须对转炉烟气进行有效的治理。在治理的同时，尽可能回收烟气中的热能和化学能，以降低炼钢工序的能耗，减少环境的污染。目前，国内外转炉炼钢烟气处理采用的主要方法分为两种方式：湿法除尘工艺（OG法）和干法除尘工艺（LT法）。
湿法除尘工艺（OG法）是非常成熟的工艺技术，自20世纪60 年代日本开发成功以后，现在全世界约99%以上的转炉均采用这一工艺。传统OG法除尘工艺流程是：利用汽化冷却烟道将1600℃转炉烟气冷却到900～1000℃，然后经过两级文丘理管对炉气进行降温和除尘，使烟气温度达到100℃以下，经脱水后送人煤气柜回收或放散。
3 重钢低温余热回收及利用
重钢长寿新区二期低温余热发电项目利用炼钢、轧钢工序产生的饱和蒸汽，将其转为优质电能，建设6.0MW低温余热发电站。在前期1#、2#低温余热电站已建成的基础上，利用重钢长寿新区自产低压余热蒸汽（二期搬迁3台80t/h转炉、1台棒材加热炉、1台线材加热炉、1台型钢加热炉所产余热蒸汽），设置蒸汽蓄热站，配置6.0MW低压饱和蒸汽汽轮发电机组及配套公辅设施。
根据重钢炼钢和轧钢工序中产生的饱和蒸汽量，确定项目装机为1台6.0MW汽轮发电机组，2台蓄能器。
由于主要汽原产自转炉汽化冷却烟道及余热锅炉的蒸汽，该部分蒸汽具有不连续、流量波动大、含湿量高等特点，需通过蒸汽蓄热器将此蒸汽转化为流量稳定的低压饱和蒸汽用来发电。炼钢轧钢工艺来的低压饱和蒸汽从蓄能器出来，经两级汽水分离器至汽轮机膨胀作功后将热能转化为机械能，带动发电机产生电能。作功后的乏汽经冷凝器冷凝为凝结水，再经凝结水回水泵加压输送至工厂的凝结水回水系统，送至各蒸汽来源处。
凝结水采用单母管制系统，机组配选凝结水泵两台，一用一备，运行中投入联锁状态互为备用，凝结水泵设有再循环管，再循环管上装有调节阀。
汽机本体加热器的疏水利用压差自流至凝汽器，汽机本体及本体部分的蒸汽管道疏水接入本体疏水扩容器，扩容后接入凝汽器。
汽轮机循环冷却水系统采用闭式循环系统。机组凝汽器抽真空系统采用射水抽气器。由于是小机组，汽轮发电机采用505控制，可以实现汽轮发电机的启停、负荷调整、以及事故处理。并采用TSI系统，对汽轮机的超速、振动等进行监测保护。
4 经济性分析
重钢长寿新区二期低温余热发电工程项目计划一年建成，投产第一年达到设计能力的80%，第二年达到设计能力的100%。项目计算期取16年，其中：建设期1年，运行期15年。项目总投资约4400万元。项目年利用时间4000h，年外供电量2160万kwh（已扣自耗电），年节标准煤0.672万吨，年减排二氧化碳2.154万吨。
项目运行总成本主要为：外购燃料、动力费、工资福利费、维修费、折旧与摊销费、利息支出及管理费用等。主要燃料动力消耗根据设计专业计算确定，价格参照市场价格选取。经计算，年平均总成本约700万元，其中：年平均经营成本约380万元。
项目年上网售电量2160×104kWh/a，投产后，上网电价按0.5132元/kwh估算，年平均销售收入约1123万元（不含税）。
经测算和效益评价，项目投资财务内部收益率（税后）（FIRR）：11.00%，财务净现值（ic=8%）（FNPV）：779万元，项目投资回收期：8.30年（含建设期1年），项目资本金财务内部收益率（税后）（FIRR）：13.24%，项目可取得较好的经济效益。项目全部资金税后内部收益率大于基准收益率；财务净现值大于0，项目在经济上可行，且节能效益显著。
5 结束语
低压饱和蒸汽发电系统充分利用钢铁企业炼钢工艺的烟气余热，不需要投用额外燃料。在净化转炉含尘烟气的用时，利用余热发电，消除了转炉排放富余蒸汽时产生的噪声，减少了大气污染，符合国家节约资源和环境保护的基本国策。
值得注意的是，为了充分利用能源，应根据不同的蒸汽参数及特点，选择相适应的技术方案及设施，才能使能源得到最合理的利用。在条件允许的情况下，可以配置再热机组或双压余热锅炉以提高机组效率。
作者简介：王万谅（1986-），男，重庆人，职称：助理工程师，学历：本科，主要从事热力专业设计及总包管理工作。
