加热炉汽化冷却与蒸汽发电技术综合应用

刘 锐，夏小街

（1上海嘉德环境能源科技有限公司，上海200032；2福建三钢闽光股份有限公司，福建 三明365000）

1 前言

轧钢加热炉钢坯支撑梁采用汽化冷却循环技术已经非常成熟，现在已经被广泛应用到加热炉的新建及改造项目中。加热炉支撑梁采用汽化冷却可以节省冷却循环系统工业用水量，可减轻钢坯上水梁滑块遮蔽黑印，减小钢坯断面温差，提高钢坯加热质量。汽化冷却系统管路较水冷却系统管路使用寿命延长，减少对循环管路维护和检修方面的经济投入。应用汽化冷却循环系统可以产生蒸汽副产品，节省了利用其他方式生产蒸汽造成的能源消耗。利用汽化冷却循环方式生成大量蒸汽的综合利用相当广泛，采用专业方法技术将此部分蒸汽有效利用将会创造出较大的额外价值，有效利用了汽化蒸汽，既避免了蒸汽资源的浪费，同时也节约了因特定需要而直接对用煤或者电能的消耗，从而降低了环境污染。

福建三钢闽光股份有限公司高线厂一线加热炉支撑梁冷却系统原设计为水冷却方式。多年的生产使系统老化，同时也暴露出水冷却方式的诸多不利之处，为此决定利用加热炉项目改造机会将支撑梁水冷却循环改为汽化冷却循环，并结合蒸汽发电技术配置1套蒸汽余热发电机组，将汽化冷却循环产生的余热蒸汽有效循环利用并创造效益。

2 汽化冷却系统及发电机组设备构成

加热炉支撑梁汽化冷却系统改造任务由上海嘉德环境能源科技有限公司完成，蒸汽发电机组（包括一级和二级两级蒸汽余热发电机组）设计安装任务由其他专业单位完成。为使两个项目在蒸汽资源利用衔接上互相匹配，汽化冷却系统主要设计参数定为：汽包蒸汽压力1.3 MPa，蒸汽温度194℃，蒸汽产量为4 t/h，正常系统补水量3～5 t/h，汽包蒸汽排放压力可以随蒸汽发电机的需要调节。蒸汽一级发电机组为汽液全流动螺杆动力发电机，设计参数：进汽压力1.0 MPa，进汽温度182℃，蒸汽使用流量4 t/h，排汽压力0.01 MPa，排汽温度102℃。二级发电机组为蒸汽型螺杆膨胀发电机，它只需利用一级发电机组排出的蒸汽即可工作发电，此发电机组适合采用各形态的低品低温热源，允许介质热参数压力、温度、流量大范围波动，运行安全平稳、安装维护方便，并且发电机组内效率可高达70%～85%。

汽化冷却系统配置设备及部件：软水箱1座，大气式热力除氧器1套，排污扩容器1台，取样冷却器2个，磷酸盐加药装置1台，汽包1台，软水泵2台，给水泵3台，热水循环泵3台，旋转接头和联箱组件2套，设备系统管路及阀门配件等。

一级汽液全流动螺杆动力发电机组由动力机主机、底座、发电机、减速机、油润滑冷却系统、水冷却循环系统、调速控制系统组成。二级蒸汽型螺杆膨胀机组由预热器、蒸发器、油分离器、膨胀机发电机、冷凝器、液体泵、控制系统等组成。两套发电机组占地面积小，设备安装及日常维护。

汽化冷却系统和蒸汽发电机组结合应用的工作流程如图1所示。

图1 组合应用工作流程

3 投入与效益回收对比

汽化冷却系统和蒸汽发电机组投入运行后，设备系统运行安全稳定，减少了系统日常维护，降低了加热炉操作人员的工作强度，提高了加热炉的钢坯生产质量，同时系统产生的蒸汽也满足了发电机组投入正常的运转，达到了汽化系统的预期设计目标。在加热炉日常生产运行下，将汽化系统生产的蒸汽全部供给发电机组，蒸汽发电机组发电并入厂内部电网供生产用电。即使蒸汽发电机组停运不发电，也可将蒸汽直接并入公司蒸汽管网，蒸汽输出结算单价为60元/t的蒸汽收益。

气化冷却及蒸汽发电机组两项技术的应用投入和效益产出两方面数据对比，从中可以更直观地看出两项技术应用的投资回收期，更有力说明两项技术的应用价值。

1）汽化冷却系统和蒸汽发电机组投入使用后全部实现自动检测、控制，不需要特意安排手动操作岗位，日常点检随加热炉其他设备同时进行，在加热炉岗位定员上减少1或2人的工作岗位，每月可以节省支出3 000～6 000元。

2）相对于闭路水冷，采用汽化冷却方式平均每天可以节省系统用水、电综合费用470.8元，相对于开路水冷平均每天可以节省系统用水、电综合费用6 220元。加热炉原采用的是闭路水冷方式，按系统日常节省开支470.8元计入，但是在使用闭路水冷循环冷却系统中要增加一项净环水冷却塔的使用和维护费用，每年冷却塔减速机维护费用为1.5万元，风机维护费用为0.5万元，共计2万元。

3）一级发电机组建设直接投资费用165万元，一级发电机组目前工作平均每小时发电量为80 kW，厂内用电核算价格0.6元/（kW·h），每日一级发电机组效益为1 152元，4 a即可收回本机组投资。二级发电机组建设采用合同能源管理模式，5 a后机组归业主自行管理，本机组至少可以保运10 a连续使用不大修。二级发电机组目前工作平均每小时发电量为160 kW，仍按0.6元/（kW·h）核计，每日发电效益为2 304元。

4）在蒸汽发电机组不投入运行情况下，按照三钢厂内的蒸汽核算标准60元/t计，在汽化系统蒸汽不用于发电只是输出情况下，仍可有2 880元收益（按2 t/h蒸汽产出）。气化冷却系统改造总投资约130万元，折算后2 a内可将改造费用回收。

4 结语

由以上数据看出，汽化冷却系统和蒸汽发电机组投入运行虽然改造建设一次性投入稍大，但是项目的长远效益非常可观，项目的建设投资最长在自身收益5 a内回补完，之后将为各项目创造净利益。