蒸汽輪機(jī)抽汽供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造

曹敬秋

【摘 要】為充分利用余熱余能，實(shí)現(xiàn)降本增效，改造蒸汽輪機(jī)抽汽，并優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)，不但解決了高壓蒸汽減溫減壓帶來(lái)的能源浪費(fèi)，而且保證了低壓蒸汽的生產(chǎn)需求，滿足冬季供熱需要，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益約703萬(wàn)元。

【關(guān)鍵詞】蒸汽輪機(jī)；抽汽；高壓蒸汽；減溫減壓；節(jié)能改造

0 前言

近年來(lái)，隨著鋼鐵市場(chǎng)持續(xù)惡化，鋼鐵企業(yè)面臨的形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，大力開展余熱余能開發(fā)創(chuàng)收增益，堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新推動(dòng)能源資源高效利用開發(fā)，成為鋼鐵企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵所在。

某公司220t鍋爐和3200高爐汽鼓風(fēng)項(xiàng)目投產(chǎn)后，冬季低壓蒸汽全部由次高壓蒸汽母管經(jīng)過(guò)減溫減壓后供應(yīng)。此種供應(yīng)模式，不僅造成了資源、能源的極大浪費(fèi)，而且也會(huì)造成蒸汽系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整波動(dòng)頻繁，生產(chǎn)組織難度加大，因此，進(jìn)行低壓蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化和再分配迫在眉睫。

1 現(xiàn)狀分析

汽輪機(jī)供熱系統(tǒng)工藝流程為：

汽輪機(jī)→抽汽逆止閥（水控）→液壓快切閥（可調(diào)整）→電動(dòng)閥門（MV3102）→減溫器→手動(dòng)閥門→電動(dòng)閥門（新裝）■抽汽供汽母管→用戶（潤(rùn)原化工、110t除氧、220t除氧、藍(lán)星供汽、120燒結(jié)、藍(lán)星低壓、化工廠）。

燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)正常情況下運(yùn)行4套燃機(jī)，該區(qū)域低壓蒸汽產(chǎn)量約30t/h，除氧器消耗約50～70t/h（與鍋爐負(fù)荷相關(guān)），外銷約30t/h，缺口50～70t/h。

2 改造方案

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的熱力計(jì)算和校核計(jì)算，具有18級(jí)葉輪的原型機(jī)，進(jìn)口蒸汽壓力為6.77MPa，溫度為465℃。蒸汽經(jīng)過(guò)葉片做功后，蒸汽壓力、溫度隨之降低，到第6級(jí)末端，蒸汽參數(shù)數(shù)值為1.3MPa左右，（根據(jù)蒸汽壓力波動(dòng)），一部分蒸汽通過(guò)抽汽口抽出，令一部分繼續(xù)做功直至變?yōu)榉ζ湃肽鳌＝?jīng)過(guò)核算，可抽出最大流量為50t/h蒸汽（單臺(tái)）。此蒸汽各項(xiàng)參數(shù)完全滿足實(shí)際生產(chǎn)組織需要。

因此，主要改造部位是在原機(jī)型的第六級(jí)隔板后，下汽缸的兩側(cè)面各開一個(gè)附加抽汽口，接出兩條￠219×6的蒸汽管道，然后合并為一條￠325×10的主供汽管道，經(jīng)過(guò)減溫調(diào)節(jié)后，分別分配蒸汽至內(nèi)部用戶及廠區(qū)供熱管道。

3 改造要求

3.1 由于工藝進(jìn)汽參數(shù)變化（范圍：5.70-6.77MPa），該機(jī)組最大進(jìn)汽量為130-150 t/h。

3.2 當(dāng)進(jìn)汽參數(shù)為5.70 MPa.a，465℃，抽汽工況為50 t/h時(shí)，該工況下，抽汽壓力為1.326 MPa，溫度為300.4℃，抽汽的位置在五級(jí)后，要保證抽汽50 t/h，則須增加兩個(gè)DN200的抽汽口，需要增加相應(yīng)的蒸汽管道和閥門，去掉第六級(jí)隔板，將第七級(jí)至第十四級(jí)隔板的汽道數(shù)分別改為72、84、90、86、98、58、64、72。

3.3 由于熱平衡圖數(shù)據(jù)均為計(jì)算值，且因機(jī)組已投產(chǎn)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，機(jī)組各方面性能均有所下降，因此，改造后實(shí)際考核值允許偏差3-6%。

3.4 抽汽用戶所需蒸汽壓力可以通過(guò)兩種方式調(diào)整，實(shí)現(xiàn)互為備用功能。一種是改變汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力范圍；另一種是調(diào)整塊切閥開度。

4 系統(tǒng)調(diào)試步驟

4.1 在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)蒸汽參數(shù)調(diào)整后，逐漸升高#7汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力至試驗(yàn)要求值（5.7MPa），通過(guò)調(diào)整抽汽調(diào)節(jié)閥開度，增加抽汽流量，接近最大抽汽量50t/h，滿足工況一（5.7 MPa；進(jìn)汽溫度：465；抽汽50t/h）所需條件，記錄汽輪機(jī)功率，待抽汽供汽系統(tǒng)穩(wěn)定工作后，快關(guān)抽汽調(diào)節(jié)閥，停止外供汽，觀察此時(shí)汽輪機(jī)各重要參數(shù)變化。

4.2 檢驗(yàn)汽輪機(jī)對(duì)抽汽系統(tǒng)突然發(fā)生劇烈變化時(shí)的適應(yīng)能力，實(shí)踐證明，對(duì)熱井水位有一定影響（5分鐘內(nèi)水位在其他不變情況下，抽汽短時(shí)增加到50t/h由+800mm降至+300mm，待調(diào)整后恢復(fù)正常）。在汽機(jī)系統(tǒng)自身負(fù)荷調(diào)整結(jié)束后，達(dá)到試驗(yàn)工況二（5.7 MPa；進(jìn)汽溫度：465；不抽汽）條件要求，記錄發(fā)電機(jī)功率。

4.3 繼續(xù)投入抽汽系統(tǒng)運(yùn)行，逐漸開打抽汽調(diào)節(jié)閥開度，提升抽汽流量，盡量調(diào)整汽輪機(jī)近汽壓力維持在5.7MPa左右，直至抽汽流量不再增加，達(dá)到抽汽量極限值。恢復(fù)各系統(tǒng)至正常狀態(tài)。

4.4 參數(shù)對(duì)比：

以上圖表內(nèi)容可以看出：

1）9：30分開始做試驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程汽輪機(jī)主汽壓力基本保持不變，為試驗(yàn)順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。隨著抽汽流量增加，當(dāng)10：03分左右，抽汽量穩(wěn)定在50t/h時(shí)，發(fā)電機(jī)功率為25.6MW，與附表工況一數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)，基本滿足試驗(yàn)要求。

2）當(dāng)退出抽汽運(yùn)行，在10：06分左右，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)功率為30.1MW，控制進(jìn)汽參數(shù)變化，發(fā)電機(jī)功率還有上升趨勢(shì)，與附表工況二對(duì)標(biāo)，接近設(shè)計(jì)值。

3）抽汽調(diào)節(jié)閥打開后，繼續(xù)增加抽汽量，發(fā)電機(jī)功率開始減少，10：47分左右，抽汽流量達(dá)到67t/h，繼續(xù)開大調(diào)節(jié)閥開度，抽汽流量不再增加，可以確定在汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為5.7MPa、溫度為455℃時(shí)，最大抽汽量為67 t/h，此時(shí)發(fā)電機(jī)負(fù)荷為21.8MW。

抽汽流量滿足設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)正常供應(yīng)。

5 蒸汽調(diào)整方式

5.1 用戶總需求穩(wěn)定，汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)變化

當(dāng)供熱各個(gè)用戶所需蒸汽壓力、流量穩(wěn)定的情況下，密切關(guān)注汽輪機(jī)進(jìn)汽蒸汽壓力、抽汽調(diào)節(jié)閥前壓力變化，通過(guò)調(diào)整抽汽調(diào)節(jié)閥開度，滿足供汽母管供應(yīng)壓力（0.6—0.8MPa）、流量（30—50t/h）。關(guān)注熱井水位波動(dòng)情況，可通過(guò)補(bǔ)水進(jìn)行微量調(diào)整，保證熱井水位在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

5.2 汽輪機(jī)進(jìn)汽資源穩(wěn)定，各用戶需求有差異

當(dāng)汽輪機(jī)抽汽閥前蒸汽參數(shù)穩(wěn)定時(shí)，各別用戶需要降低蒸汽壓力或流量時(shí)，減小此支路電動(dòng)閥門開度，滿足用戶要求后，根據(jù)供熱蒸汽母管調(diào)節(jié)閥閥后壓力、流量變化情況，如果壓力變化較大，其它用戶不需要補(bǔ)充，可適當(dāng)降低母管調(diào)節(jié)閥開度，節(jié)約蒸汽資源，節(jié)約實(shí)用蒸汽資源；各別用戶需要升高蒸汽壓力或流量時(shí)，增大此支路電動(dòng)閥門開度，滿足用戶要求后，根據(jù)供熱蒸汽母管調(diào)節(jié)閥閥后壓力、流量變化情況，可適當(dāng)增加母管調(diào)節(jié)閥開度，保障供熱的能量余量。這種不平衡狀態(tài)下的調(diào)整，調(diào)整原則是微調(diào)，緩慢調(diào)整，保證系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)，在日常生產(chǎn)實(shí)踐中，這樣的操作方式也是最見(jiàn)的，要求操作人員熟練掌握供熱系統(tǒng)工藝，適應(yīng)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的生產(chǎn)調(diào)整模式，做好供熱與電負(fù)荷協(xié)調(diào)配合工作。

6 效果分析

該項(xiàng)目投運(yùn)后，將原設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，完全滿足供熱需求，同時(shí)，汽輪機(jī)機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好（抽汽參數(shù)表見(jiàn)附表1、附表2）。

抽汽參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求1.0MPa、250℃低壓蒸汽，抽汽量也能滿足最大80t/h用量，置換原減溫減壓外供蒸汽包括藍(lán)星化工廠10t/h、山塑15 t/h、高爐煤氣鍋爐除氧用蒸汽15t/h，共計(jì)40t/h蒸汽（采暖季外供量相應(yīng)增加），有效解決高壓蒸汽減溫減壓使用帶來(lái)的能量浪費(fèi)問(wèn)題，增加發(fā)電量，同時(shí)填補(bǔ)低壓蒸汽缺口，滿足冬季供熱需要。

自2012年11月23日至2013年7月1日，設(shè)備累計(jì)運(yùn)行5208小時(shí)，累計(jì)抽汽流量15.6萬(wàn)t，平均抽汽流量30t/h，實(shí)現(xiàn)收益約703萬(wàn)元。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高英權(quán)，等.低真空抽凝式汽輪機(jī)排汽供熱的研究及其改造[J].節(jié)能技術(shù)，2005（2）：166-176.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]