300 MW機(jī)組抽汽余熱帶發(fā)電項(xiàng)目研究與探討

劉 磊，馬占朋，杜學(xué)忠，佟興強(qiáng)，楊星輝

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

高品質(zhì)蒸汽是鋼鐵公司生產(chǎn)中必不可少的能源介質(zhì)，噸鋼的蒸汽消耗也是其重要的能源成本之一，合理、有效的利用這些蒸汽的余能、余熱，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，節(jié)能減排的重要手段[1]。

大型鋼鐵企業(yè)設(shè)計(jì)有不同參數(shù)等級的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，其蒸汽主要來自于自備熱電廠的抽汽，余熱鍋爐,干熄焦?fàn)t等設(shè)備，根據(jù)各產(chǎn)線或工藝的不同，對蒸汽參數(shù)的需求也有所不同，其中中低壓蒸汽的用量占絕大比例，但是生產(chǎn)用戶供給管網(wǎng)的蒸汽參數(shù)遠(yuǎn)高于其管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)，因此只能通過減溫減壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是減溫減壓器的介入就不可避免的會帶來一定程度的熱能損失，能量浪費(fèi)，因此在此領(lǐng)域的余能利用仍具有很大的節(jié)能潛力可挖掘[2]。

1 公司蒸汽現(xiàn)狀

某北方大型鋼鐵公司能源發(fā)電系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)有2臺300 MW發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)計(jì)有3段抽汽外送蒸汽管網(wǎng)能力，單臺機(jī)組最大抽汽量可達(dá)80 t/h，三抽蒸汽經(jīng)減溫減壓后送至公司中壓蒸汽管網(wǎng)。公司蒸汽管網(wǎng)平衡與公司產(chǎn)線檢修、季節(jié)性變化、煤氣量調(diào)整等多方因素緊密相連，波動性大，調(diào)整頻率高，尤其進(jìn)入夏季，300 MW機(jī)組幾乎無需外送蒸汽。

當(dāng)300 MW機(jī)組無外送蒸汽時，汽輪機(jī)排汽量增大，凝汽器真空降低，機(jī)組整體熱效率降低。因此，若能將夏季工況這部分抽汽能力加以合理分配利用或是將外送蒸汽減溫減壓損失的能量回收、利用，使此二次能源達(dá)到更大效益，每年也能創(chuàng)造出可觀的價(jià)值，因此著實(shí)需要一種可靠有效的方式將此解決。

2 抽汽帶發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目研究

2×300 MW機(jī)組三段抽汽年度外送蒸汽量很大（約50萬t/a），三抽蒸汽壓力1.65 MPa、溫度428℃、焓值3314.8 kJ/kg，經(jīng)減溫減壓器后壓力0.8～1 MPa、溫度≤300 ℃、焓值＜3051.7 kJ/kg，最后送至中壓蒸汽管網(wǎng)。

由于減溫減壓器的投運(yùn)伴隨蒸汽能量的損失，如何將此部分損失的能量轉(zhuǎn)化為其它能量（如電能）三抽外送蒸汽具有較高的焓值，也就是具有一定的做功能力，可考慮根據(jù)此蒸汽參數(shù)設(shè)計(jì)一套余熱汽輪發(fā)電機(jī)組，綜合考慮公司內(nèi)管網(wǎng)蒸汽季節(jié)性波動情況，選擇純凝式或背壓式發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)任意選取某一年各月三抽外送蒸汽量數(shù)據(jù)，見表1。

表1 2×300MW機(jī)組三段抽汽月度合計(jì)外供蒸汽總量 t

通過表1可看出，每年5～10月有近6個月的時間機(jī)組外送管網(wǎng)蒸汽量很小，機(jī)組具有很大的抽汽余量，余能二次利用可挖掘空間很大。

3 增設(shè)凝汽式發(fā)電機(jī)組

若公司管網(wǎng)內(nèi)余熱爐、干熄焦等設(shè)備產(chǎn)汽量較大，除冬季外其它季節(jié)不需要2×300 MW機(jī)組外送蒸汽或供汽較小時，可考慮增設(shè)一臺純凝式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。

純凝式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)如下：

汽輪機(jī)型式：低壓、沖動、凝汽式、無調(diào)節(jié)級、滑壓式、可大范圍內(nèi)滑參數(shù)運(yùn)行。

型號：N25—1.56/430；

功率等級：25 MW；

最大功率：25 MW；

額定功率：23 MW；

額定電壓：10.5 kV；

轉(zhuǎn)速：3000 r/min；

汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽溫度：428℃；

汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽壓力：1.6 MPa；

額定進(jìn)汽量：100 t/h；

最大進(jìn)汽量：110 t/h；

設(shè)計(jì)排汽壓力：7 kPa。

此機(jī)組用閉式冷卻水、儀用壓縮風(fēng)等系統(tǒng)均可取自2臺300 MW機(jī)組輔機(jī)或公司其它管網(wǎng)系統(tǒng)供給，除汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組本體外機(jī)組僅需單獨(dú)設(shè)置調(diào)速油、潤滑油、各保護(hù)裝置、軸封均壓箱、母管蒸汽調(diào)閥、疏水閥、進(jìn)汽卸荷裝置等設(shè)備。

汽輪機(jī)排汽與300 MW主機(jī)凝汽器相連，也可根據(jù)現(xiàn)場情況需要單獨(dú)設(shè)計(jì)新凝汽器，無需設(shè)計(jì)過多的輔助系統(tǒng)。汽輪機(jī)凝結(jié)水、軸封疏水、進(jìn)汽疏水等最終送回至300 MW機(jī)組凝汽器熱井，實(shí)現(xiàn)汽水系統(tǒng)循環(huán)利用（見系統(tǒng)圖1）。

圖1 抽汽帶純凝機(jī)組系統(tǒng)圖

按照此年度蒸汽負(fù)荷，2×300 MW機(jī)組每年5月～10月至少具備外送蒸汽能力（三抽外送蒸汽量按設(shè)計(jì)值75%負(fù)荷計(jì)算）529920 t蒸汽（可外送120 t/h），而按照此年此6個月外需蒸汽129483 t，機(jī)組富裕400437 t蒸汽余能未得到充分利用。若新增抽汽帶純凝機(jī)組投運(yùn)，在保證外送蒸汽經(jīng)旁路減溫減壓器送至管網(wǎng)，富裕蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)滑參數(shù)運(yùn)行，僅此半年（5～10月）就至少可增加發(fā)電量約92100.51 MW發(fā)電量（理論值），去除低負(fù)荷效率損失，至少增加發(fā)電量約90000 MW即9000萬kWh，由于300 MW抽汽工況與非抽汽工況的發(fā)電煤耗差異很小，因此此部分發(fā)電量基本為余能增容改造，若生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，預(yù)計(jì)4～5年內(nèi)即可收回建設(shè)成本。

4 增設(shè)背壓式發(fā)電機(jī)組

若公司管網(wǎng)蒸汽需求量大，且需求周期較長，采用抽汽帶純凝式發(fā)電機(jī)組的年運(yùn)行小時數(shù)較低，可考慮設(shè)計(jì)增加一臺背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。此背壓發(fā)電機(jī)組與原三抽減溫減壓器設(shè)備并聯(lián)，減溫減壓器處于備用狀態(tài)，用背壓發(fā)電機(jī)組代替三抽減溫減壓器，將三抽蒸汽熱能部分做功后再送至蒸汽管網(wǎng)，達(dá)到余能二次利用，回收減溫減壓損失。

背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)如下：

汽輪機(jī)型式：低壓、沖動、背壓式、無調(diào)節(jié)級、滑壓式、可大范圍內(nèi)滑參數(shù)運(yùn)行。

型號：B4-1.5/0.8；

功率等級：6 MW；

最大功率：6 MW；

額定功率：4 MW；

額定電壓：10.5 kV；

轉(zhuǎn)速：3000 r/min；

汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽溫度：428℃；

汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽壓力：1.6 MPa；

額定進(jìn)汽量：110 t/h；

最大進(jìn)汽量：120 t/h；

設(shè)計(jì)排汽壓力：0.8 MPa；

設(shè)計(jì)排汽溫度：295℃。

此背壓機(jī)組輔機(jī)系統(tǒng)、油系統(tǒng)、保護(hù)裝置等設(shè)備與純凝式并無較大區(qū)別，但汽輪機(jī)排汽無需與大機(jī)凝汽器相連，更無需設(shè)計(jì)凝汽器（見系統(tǒng)圖2）。

若增設(shè)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，設(shè)備投資較低，且機(jī)組年運(yùn)行小時數(shù)遠(yuǎn)高于純凝式機(jī)組，也無需考慮在冬季采暖負(fù)荷期的停機(jī)情況，按照此年度外送蒸汽總量513437 t蒸汽，可增加發(fā)電量18670.4 MW（理論值），去除低蒸汽負(fù)荷效率損失，至少增加發(fā)電量約18000 MW即1800萬kWh，預(yù)計(jì)6～7年可收回建設(shè)成本。

圖2 抽汽帶背壓機(jī)組系統(tǒng)圖

5 兩種型式機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)及隱患問題分析

純凝式機(jī)組優(yōu)點(diǎn)：機(jī)組效率高，發(fā)電量大，其汽輪機(jī)排汽與蒸汽管網(wǎng)分離，不受管網(wǎng)蒸汽參數(shù)波動影響，進(jìn)而對300 MW機(jī)組的蒸汽波動量影響較小，穩(wěn)定性高，年度檢修時間長。

缺點(diǎn)：季節(jié)波動性大，需根據(jù)蒸汽管網(wǎng)需求，隨時調(diào)整負(fù)荷或停機(jī)，受制約性強(qiáng)，年運(yùn)行小時數(shù)少，機(jī)組年度啟停次數(shù)多，尤其到冬季最為明顯。

背壓式機(jī)組優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行方式穩(wěn)定，受季節(jié)性變化影響較小，系統(tǒng)簡單，可長期穩(wěn)定運(yùn)行，年運(yùn)行小時數(shù)長。

缺點(diǎn)：效率低，發(fā)電量小，機(jī)組排汽與管網(wǎng)連接，受管網(wǎng)蒸汽參數(shù)波動影響大，進(jìn)而會對300 MW汽輪機(jī)主蒸汽調(diào)閥的波動量及真空造成一定影響，對進(jìn)汽卸荷裝置可靠性要求較高，年度檢修時間很短。

大型鋼鐵行業(yè)可根據(jù)自己蒸汽能源系統(tǒng)的平衡情況及季節(jié)性的變化，綜合考慮選擇何種機(jī)組型式，進(jìn)而為公司創(chuàng)造更大效益。

6 結(jié)束語

縱觀我國各大鋼鐵公司在對能源回收、二次利用等方面較之國外先進(jìn)鋼鐵公司還有較大差距，可挖掘潛力很大。若要提高我國鋼鐵公司內(nèi)余熱能源的利用率，除加快對落后設(shè)備的改造外，還應(yīng)積極推廣余熱節(jié)能技術(shù)和思想的普及，其次，要緊跟國內(nèi)外余熱利用新技術(shù)的研究發(fā)展方向，積極開發(fā)新技術(shù)，回收更多的以前沒有利用的余熱資源，為公司創(chuàng)造更大效益。