转炉饱和蒸汽联合高炉富余煤气发电技术的应用

供稿|杨雄

内容导读

炼钢转炉冶炼过程中产生大量的饱和蒸汽，由于转炉冶炼的间歇性特点，导致所产蒸汽的压力及流量存在较大波动。由于转炉饱和蒸汽存在性能和流量不稳定的缺点，因此在发电项目的应用中存在一定的技术难度。本文分析了转炉饱和蒸汽的特性，并结合高炉富余煤气的情况，介绍了转炉饱和蒸汽联合高炉富余煤气发电技术在阳春新钢铁有限责任公司的应用情况。该技术符合企业节能减排、环境保护的要求，值得钢铁企业推广使用。

阳春新钢铁有限责任公司炼钢厂有2座120 t转炉，配套2台余热锅炉，转炉冶炼期间蒸汽最大流量为90 t/h，工作期平均流量30 t/h，所产蒸汽原来未进行余热利用，全部进行放散。另2座1250 m3的高炉产生的煤气约8万m3/h未进行完全利用，多余的煤气则通过放散塔焚烧外排，在一定程度上既造成了资源浪费又不符合环境保护的要求。

由于转炉冶炼间歇性的特点，造成其产生的蒸汽流量及压力波动较大，蒸汽的品质相对较差，且饱和蒸汽发电技术在行业中的应用并不算成熟稳定，具有很大的风险性。为此，委托湖南省冶金规划设计院进行分析论证，考虑大约有8万m3/h的高炉富余煤气可利用，进行了方案设计、系统选型、初步设计以及施工图设计等一系列设计工作。

确定发电方案

在尽量不影响转炉工艺的前提下，最大可能地利用转炉余热锅炉产生的饱和蒸汽及高炉富余煤气进行发电，结合原有配套系统可利用旧设备的使用，形成了两种发电方案。

方案一：转炉饱和蒸汽和新建锅炉联合使用补汽式汽轮发电机。配套设备：560 m3蓄热器+90 t/h中温中压煤气锅炉+7.5 MW凝汽补汽式汽轮发电机组。

方案二：转炉饱和蒸汽发电和富余煤气发电分开形式。(1)转炉饱和蒸汽发电配套设备：560 m3蓄热器+6 MW低温低压汽轮发电机组+饱和蒸汽过热炉；(2)高炉富余煤气发电配套设备：75 t/h中温中压煤气锅炉+1.5 MW凝汽式发电机组。

经结合主要技术经济指标、投资与效益收回、现场整体布局及系统稳定性等因素，决定采用方案一：转炉饱和蒸汽和新建锅炉联合使用补汽式汽轮发电机。

主体设备选型

为充分回收利用转炉余热锅炉产生的饱和蒸汽及高炉产生的富余煤气，根据最大蒸汽量、平均蒸汽量、平均煤气量等相关参数，考虑系统稳定运行等因素，建设560 m3蓄热器一套、自产蒸汽量8 t/h的锅炉及过热器一套、6000 kW汽轮机一台、7.5 MW发电机一台，主要设备相关参数：(1)汽轮机型号：N6—1.0/406；额定功率：6000 kW；额定转速：3000 r/min；额定工况进气量：30 t/h；新蒸汽压力：1.0 MPa；新蒸汽温度：400 ℃。(2)发电机型号：QF2W—7.5—2；功率：7.5 MW；额定电压：10.5 kV；额定转速：3000 r/min；功率因素：0.85。

工艺流程及关键技术

主要工艺流程

主要工艺流程如图1所示。转炉余热锅炉产生的低压饱和蒸汽经蒸汽管道输送至蓄热器进行稳压储存，再经过热器进行加热加压，加热后的高温蒸汽进入汽轮机驱动发电机发电，做功后的蒸汽经冷凝器冷却形成凝结水，最后送至转炉余热锅炉脱盐水箱进行除盐后循环利用。高炉富余煤气接入新建的锅炉及过热器，锅炉产生的蒸汽接入过热器加热与饱和蒸汽混合，蒸汽量较大时部分蒸汽送至蓄能器进行存储。

图1 转炉饱和蒸汽联合高炉富余煤气发电工艺流程图

关键技术

(1) 蒸汽压力和流量的稳定。由于转炉产生的蒸汽波动性较大，如何保证饱和蒸汽压力和流量的稳定性是发电技术的关键因素。在配置的560 m3蓄热系统中，按三个气包串联分配，进行存储和稳压，输出相对稳定、连续的蒸汽供汽轮机使用。

(2) 转炉停炉时发电机是否停机。当两座转炉同时停炉不能产生饱和蒸汽或单炉冶炼时只能产生少量蒸汽，发电机机组是否停机是本系统另一个关键技术。联合运用高炉约8万m3/h的富余煤气，配套锅炉及过热系统，能自产8 t/h(1.0 MPa，400 ℃)的过热蒸汽进入汽轮机，满足汽轮机在最小工况下运行，不必停机，待转炉工作正常后可迅速提升负荷运行。

发电效果

如表1所示，根据初步设计情况，发电机组按年运行8200 h计算，年发电量为4103×104kWh，折合节约标煤14361 t，小时发电量约5000 kWh。由于设计按当初240万t年产量规模考虑，后随着操作技术不断提高，转炉冶炼周期缩短，产量加大，发电量较原设计有明显增多。

表1 转炉饱和蒸汽联合高炉富余煤气发电项目投运后与设计参数对比表

结束语

转炉饱和蒸汽发电最大的技术瓶颈是解决蒸汽的稳定性及转炉停炉期间发电机组的连续运行。转炉饱和蒸汽联合高炉富余煤气发电技术自2015年投入应用以来，系统运行稳定，发电效果较好，关键技术应用得到验证。该技术的应用符合企业节能减排、保护环境的要求，值得钢铁企业推广使用。