两座转炉余热发电在钢铁厂的应用实践

文_彭青峰 湖南省冶金规划设计院有限公司

钢铁企业大力发展和推广饱和蒸汽低温余热技术，遵循国家钢铁产业发展政策，符合可持续发展要求，是实现循环经济的重要手段。

1 两座转炉余热资源情况

阳春新钢铁有两座120t转炉，转炉在吹炼过程中，产生大量的高温烟气（1400～1600℃），为了降低烟气温度、回收高温烟气中的余热，转炉配套设置了汽化冷却烟道。汽化冷却烟道以除氧水为介质，利用转炉炼钢时产生的高温烟气余热作为热源产生蒸汽。转炉生产呈周期性，排出的烟气余热也是间断的、周期变化的，因此，转炉汽化冷却烟道也只能间断产生蒸汽。阳春新钢铁单台120t转炉汽化冷却烟道蒸汽参数如下。

每炉钢产汽量：～11t/炉；

每炉钢冶炼周期：～42min；

冶炼周期平均产汽量：～15t/h；

蒸汽压力：1.8MPa；

温度：饱和温度。

在转炉吹炼期间，两座转炉产1.8MPa饱和蒸汽30t/h。

在余热发电项目实施之前，转炉余热蒸汽除了少量用于食堂洗澡及转炉煤气放散塔灭火，其他大部分被迫放散，既浪费能源，又污染环境，基本没有得到有效利用。

2 转炉余热发电工艺整体设计

上文提到，转炉汽化冷却烟道所产生的蒸汽也是间断的，为使间断供汽变为连续、稳定的汽源，需在系统中设置蒸汽蓄热器。

蒸汽蓄热器是一种热能储存容器，具有均衡供汽尖峰负荷的作用。用于负荷波动的蒸汽系统时，可使锅炉负荷稳定；用于余热利用系统时，能有效的回收热量。合理使用蒸汽蓄热器，能实现对汽轮机平稳供汽，并保证汽轮机组安全稳定的运行。

蓄热器的低压蒸汽压力低，湿度大，直接用于发电效率低，而且对汽轮机的安全运行有很大的隐患。因此采用过热炉将蓄热器出来的蒸汽进行过热后送至汽轮机进行，有利于提升汽轮机的效率及安全运行。

2.1 转炉余热发电工艺流程

为保证使用，在供汽系统中设置蒸汽3台180m3蓄热器，蓄热器进口压力为1.8MPa，出口压力1.1MPa。

两座转炉余热锅炉的发电模式阳春新钢铁在全国钢铁企业中是首例，并在蓄热器后增加了1台30t/h过热炉（自产蒸汽9t/h）。正常工况下2台转炉余热锅炉可提供30t/h饱和蒸汽，饱和蒸汽经蓄热器稳流稳压后进入过热炉，过热炉将饱和蒸汽温度提高至420℃，然后蒸汽进汽轮发电机组发电，汽轮机内膨胀做功，驱动发电机进行发电。在汽轮发电后的蒸汽，经冷凝器冷凝，送至除氧器除氧之后送回炼钢汽化冷却烟道，进行再循环，其系统图如图1所示。非正常工况下，转炉停运一台，过热炉及汽轮机降负荷生产。当两台转炉短时间停运，通过蓄热器释放储存的蒸汽及过热炉自产9t/h、1.0MPa、420℃过热蒸汽进入汽轮机，汽轮机降低负荷运转，不必停机，待转炉工作正常后可迅速提升负荷。

图1 转炉余热发电系统图

本系统配套6MW的汽轮机及7.5MW的发电机，设计年发电量4800万kWh（按8000h计）；凝结水年回收量22.8万t（汽水损失5%）。

2.2 转炉余热发电设计

⑴ 主要设备参数设计

转炉余热发电系统主要由转炉汽化冷却烟道、蓄热器、过热炉、汽轮机、发电机等组成。转炉汽化冷却烟道产生的饱和蒸汽经蓄热器稳压稳流后送至过热炉加热，经过热炉加热后的蒸汽送至汽轮发电机组进行发电。转炉余热发电主要设备参数如表1所示。

表1

⑵ 主厂房设计

主厂房由汽机房和辅房组成。汽机房长24m，跨度15.0m，柱距6m，双层布置，0.000层布置辅助设备，7.000层为运行层，布置汽轮发电机组，吊车轨面标高14.00m，设置一台16t/3t的吊钩桥式起重机，汽轮机采用纵向布置。

汽机房西侧布置了一个宽8m的辅房，三层布置，0.000层布置配电及发电机小室，二层标高为4.000m，为办公室和电缆层；三层标高为7.000m布置机炉电集中控制室、电子设备间。

3 效益分析

项目自2014年6月20日开工，2015年2月14日试并网成功，通过3个月整改和试生产，6月底完成竣工验收。转炉余热发电主要技术经济效益可以从吨钢发电量及软水回收量两方面计算。

3.1 吨钢发电量

本项目自2015年7月1日开始正式运行，2015年发电量为2188.3万kWh，供电量为2008.6万kWh，吨钢发电量17.38kWh/t；2016年发电量为3456.7万kWh，供电量为3121.2万kWh，吨钢发电量13.65kWh/t；2017年发电量为4928.9万kWh，供电量为4542.69万kWh，吨钢发电量17.77kWh/t；2018年发电量为4630.3万kWh，供电量为4282.1万kWh，吨钢发电量15.02kWh/t。由上数据可知2016年的吨钢发电量不是很理想，主要原因为转炉运行年限较长未进行大修，造成转炉不顺，转炉余热蒸汽量及压力远远低于蒸汽参数要求，造成吨钢发电量偏低。2017年在转炉汽化冷却烟道活动烟罩进行大修后，吨钢发电量明显提升。2018年的吨钢发电量比2017年有明显的下降，主要原因是汽轮发电机组自2015年2月试运行以来，未进行大修，2018年进行了一次大修，有约20天左右未进行发电，造成吨钢发电量有所下降，从2015年7月1日至2018年12月31日，平均吨钢发电为15.94kWh/t,远远高于目前国内炼钢余热发电吨钢发电量8.6～10kWh/t的平均水平，处于先进水平。从2015年至2018年12月31日，本项目为阳春新钢铁供电总量为13954.6万kWh，平均年供电量约为3987万kWh。

3.2 软水回收量

本项目的软水回收量，从2015年至2018年分别为10.7万t，16.9万t，24.2万t和22.7万t，共计回收软水74.5万t，平均年回收软水量为21.3万t。

3.3 经济效益分析及节能效果

由3.1和3.2可知，转炉余热发电实施后，每年向阳春新钢铁供电3987万kWh，回收软水量21.3万t。按照电价为0.5元/kWh，软水价格6.78元/t，每年可产生效益2133万元，项目2年就可收回投资。有着非常明显的经济效益及社会效益。

按照1万kWh电可节约3.2tce计算，此项目的平均每年可节约12758tce，以1tce减排2.6t二氧化碳计算，平均减排二氧化碳33171t。此项目经济效益、节能效果和社会效益非常明显。

4 结语

在阳春新钢铁转炉余热发电项目实施前，国内尚无两座及两座以下转炉余热发电的项目。阳春新钢铁是两座转炉余热发电的首例，对于只有一座或者两座转炉的中小型钢铁企业的余热发电具有一定的借鉴意义。

本项目采取1台过热炉将炼钢的饱和蒸汽进行过热发电，不仅提高了发电的效率，同时对汽轮机的运行起到很好的保护作用。钢铁企业中有大量的饱和蒸汽，如电炉余热、加热炉余热等等。此项目的实施，对钢铁企业饱和蒸汽发电有很好的借鉴意见。