螺桿發電技術代替常規減溫減壓裝置實踐

張明明（天津鋼鐵集團有限公司動力廠，天津300301）

0 引言

深度利用能源一直是鋼鐵企業在近年來研究并實踐的重大課題，也是鋼鐵企業擺脫自身困境，實現持續發展的主要途徑之一。在全球能源日益緊缺和鋼鐵企業產能過剩的今天，采用新型節能減排技術改造或替代原有能源利用不充分的環節，是企業實現降本增效，提高能源利用效率的關鍵。本文主要介紹了天鋼動力廠利用新型的螺桿發電技術替代原有常規減溫減壓裝置，將螺桿排汽并入原減溫減壓后的低壓蒸汽管道，將減溫減壓裝置作為備用，既可使螺桿發電機組利用中溫中壓蒸汽熱能產生發電收益，又可為螺桿機組提供備機保證；同時，除將螺桿排汽并入低壓蒸汽管道外，還可直接并入廠內低壓發電機組，為生產部門提供多元化的生產調整模式。

1 常規減溫減壓裝置介紹

由于整體設計較早，且當時沒有有效可靠的能源利用方式，本企業利用減溫減壓裝置將3臺140t/h鍋爐產生的中溫中壓蒸汽的小部分減壓成低溫低壓蒸汽供生產使用。其原理為中溫中壓蒸汽經過減溫減壓一體式調節閥經噴水減溫和擴容降壓，變為低溫低壓蒸汽（工作原理見圖1）。根據季節的不同，減溫減壓裝置的送出量為30～80 t/h不等。中溫中壓蒸汽參數為：壓力3.5 MPa，溫度450℃；低溫低壓蒸汽參數為：壓力0.5～0.8 MPa，溫度200～250℃。中溫中壓蒸汽的熱能未得到有效的階梯利用，就直接變為低壓蒸汽，造成了能源的浪費。

圖1 天鋼動力廠減溫減壓裝置熱力系統圖

2 螺桿發電機組介紹及特性

2.1 螺桿動力機基本工作原理

螺桿動力機本體的基本部件是一對螺桿和機殼，工作原理見圖2。熱能工質首先進入到螺桿齒槽A，推動陰陽兩螺桿向相反方向轉動，隨著螺桿的轉動，齒槽 A旋轉到 B、C、D的位置，行程逐漸加長，容積增大，工質降壓降溫膨脹(閃蒸)做功，最后從齒槽E排出，功率從主軸陽轉子輸出，通過膜片式聯軸器連接發電機主軸，帶動發電機發電。

圖2 螺桿動力機轉子做功過程圖

2.2 螺桿發電機組的系統組成

螺桿發電機組由螺桿動力機組本體、調速系統、潤滑油系統、循環冷卻水系統、自動危急保護系統等組成。調速系統主要由一套控制系統控制主調節閥和微調節閥（兩閥為主、旁路關系）實現機組的轉速控制。主調節閥適用于機組啟動過程和大幅度負荷調整的工況，微調節閥適用于機組并網和小幅度負荷調整的工況。潤滑油系統主要由油泵、過濾器和穩壓閥組成，對動力機軸瓦起到潤滑和軸瓦冷卻的作用。循環冷卻水系統分為油系統冷卻和機封冷卻，油系統冷卻用于對軸瓦潤滑過后的高溫潤滑油進行冷卻；機封冷卻水用于對動力機前后機封的冷卻。自動危急保護系統由聯鎖保護程序和快速切斷閥組成，機組重要參數達到聯鎖停機值時，快速切斷閥快速自動關閉，保護機組。

2.3 螺桿發電機組主要特點

螺桿動力機作為一種新型的能源動力機，對工質的適應性強，能適應從高品質蒸汽到低位熱能的不同形態的工質，主要具有以下4方面的技術優勢：

（1）螺桿發電機組具有明顯的降壓減溫作用，可用于多種形式的熱能工質的階梯利用，將熱能轉化為電能，避免因直接減溫減壓造成的能源浪費。

（2）對進入螺桿機組的做功工質適應性強，能夠滿足多種形態下的熱能工質，通常情況下螺桿動力機能夠同時在汽液混合和較高溫度熱水的低品位工質，及在飽和蒸汽、過熱蒸汽的中高品位工質下穩定工作，機組故障率低。

（3）對負荷變化和汽源參數變化的適應性很強。螺桿動力機可以允許負荷和汽源在設計范圍內波動變化，機器照常工作，而且工作效率降幅很小，與設計值接近，能維持穩定的高效率，運轉依然平穩、安全、可靠。本文利用了螺桿機的這一優點，對螺桿排汽開展多元化利用。

（4）螺桿動力機開機前先對機組暖機，暖機過程無需盤車，主軸不易變形。機組運行穩定，振動較小，聯鎖保護裝置可靠，故障率低，可實現無人值守。

3 螺桿發電機組在天鋼的應用

天鋼動力廠一、二期共配備3臺JG-140/3.82-Q型燃氣鍋爐，主燒高爐煤氣，每臺鍋爐額定蒸發量為140 t/h，為3臺高爐汽動鼓風機組和1臺中壓發電機組提供高品質中溫中壓蒸汽。設計2套噴水減溫減壓裝置，將小部分中溫中壓蒸汽減壓為0.5～0.8 MPa低溫低壓蒸汽，供蒸汽外網生產使用。夏季用汽量約為30 t/h左右，冬季用汽量約為80 t/h左右。由于直接由中溫中壓蒸汽變為低溫低壓蒸汽，此部分蒸汽存在較大熱能未得到有效利用。為充分利用此部分熱能，利用螺桿發電機組對此部分蒸汽做功發電，中溫中壓蒸汽做功后焓值降低，變為低溫低壓蒸汽經螺桿排汽排出。此過程只利用蒸汽熱能，并不消耗蒸汽，幾乎無運行成本，螺桿排汽可直接并入原低壓蒸汽管網。

螺桿機組選型。由于廠家在合同簽訂階段未試驗出匹配本單位中溫中壓蒸汽參數（壓力3.5MPa，溫度450℃）的成熟機組，選用2臺該廠型號為SEPG500-1700/1500-1.65-S螺桿發電機組，單臺裝機功率為1 700 kW，實際發電功率為1 600 kW，額定進汽量為40 t/h的應用較為成熟的螺桿發電機組，來替代減溫減溫裝置。該機組參數額定進汽壓力為2.34 MPa，額定進汽溫度為296℃ ，額定排汽壓力為0.84 MPa，額定排汽溫度為206℃，能夠滿

TIANJ IN METALLURGY足低壓蒸汽管網的用汽需求（螺桿排汽在0.5～0.8 MPa可調）。為適應該機組，需在機組前加裝減溫器，將介質調整為2.34 MPa的中溫中壓蒸汽，滿足該機組的需要，系統圖見圖3。機組運行后，將螺桿排汽并入低壓蒸汽網管，關閉原減溫減壓裝置的出口閥，將原減溫減壓裝置作為備用。既滿足了工藝要求和生產的需要，又實現了能源的階梯利用，取得了大量發電收益，屬于節能推廣型技術。

圖3 天鋼動力廠螺桿發電機組熱力系統圖

4 螺桿排汽的多元化生產模式

螺桿發電機組投入運行之后，取代了原減溫減壓裝置，取得了較大的發電收益，提高了天鋼的自發電率。同時，也探索出了包括用螺桿排汽作為低壓發電新汽的多種生產調節模式，使生產調整更加靈活，效益達到最大化，降低了能源消耗。

4.1 螺桿排汽送低壓蒸汽管網

在夏季或需求30～40t/h蒸汽量時，可安排啟動1臺螺桿發電機組并將螺桿排汽直接并入低壓蒸汽管網，將減溫減壓裝置出口閥關閉，使減溫減壓裝置處于熱備用狀態。當螺桿發電機組故障停機時，可迅速開啟減溫減壓裝置的出口閥，降低低壓蒸汽管網壓力波動，減小生產影響。在螺桿機組故障恢復后，再將螺桿機組并入，減溫減壓裝置熱備用。

4.2 螺桿排汽送低壓發電

天鋼動力廠配備1臺低壓余熱回收發電機組，發電量每小時6 000 kW，蒸汽進汽參數為壓力0.8～1.0 MPa，進汽溫度180～200℃，進汽流量40 t/h左右，螺桿排汽能夠與之相匹配。在低壓發電汽源不穩定導致低壓發電無法正常開啟時，可安排啟動1臺螺桿發電機組，并將螺桿排汽通過閥門切換直接并入低壓發電機組，作為機組的汽源進行二次發電。在實現蒸汽熱能階梯利用取得大量發電收益的同時，大大提高了天鋼的自發電率。低壓蒸汽發電做功后的凝結水送入本廠除鹽水站補水池，實現了水的循環利用，年可節約優質水量達30萬t，同時還可以改善補水池水質，降低除鹽水制水成本。

4.3 螺桿排汽同時送低壓蒸汽管網和低壓發電

在低壓蒸汽管網需求量較大時，可安排開啟2臺螺桿發電機組，并將螺桿排汽同時接入低壓蒸汽管網和低壓發電，能夠同時滿足低壓管網和低壓發電用汽，兼顧生產和低壓發電，創造最大效益。

5 經濟效益計算與分析

螺桿發電機組代替減溫減壓裝置在天鋼動力廠的應用，使原來中溫中壓蒸汽變為低溫低壓蒸汽損失的熱能得到了充分利用，響應了在當前形勢下節能減排的號召，在取得良好社會效益的同時，又取得了較大的經濟效益，提高了自發電率。

天鋼動力廠單臺螺桿發電機組裝機功率為1 700 kW，實際發電功率為1 600 kW，根據生產情況不同，機組年均發電量可達1 814×104kW·h。按照0.65元/kW·h計算，全年發電收益=1 814×104kWh×0.65元/kW·h=1 179萬元。

低壓發電機組因用螺桿機組供汽，年增開2 100 h，發電量可達 1 260×104kWh，按照 0.65 元/kW·h計算，全年發電收益=1 260×104kW·h×0.65元/kW·h=819萬元。

年綜合收益可達1998萬元。

6 結論

螺桿發電機組代替減溫減壓裝置，在實現了能源階梯利用的同時，也取得了發電收益，提高了天鋼的自發電率，年發電量可達1 814×104kW·h，年發電量折合標煤約6 349 t（折算系數取0.35 kg/kW·h），每年可減少一氧化碳排放量約15 056 t/a（折算系數取0.83 kg/kW·h），創造了良好的經濟效益和社會效益，同時對環境保護起到了積極的作用。創新了螺桿發電機組與低壓蒸汽管網、低壓發電機組之間多種調節模式，為生產提供了更加靈活的調整方式。對螺桿機組減溫器前的蒸汽階梯熱能還未得到有效利用，將繼續研究尋找合適的解決方案，實現能源的最大化利用。