曾慶煒
(通鋼股份有限公司)
摘 要：簡述螺桿膨脹動力機(jī)原理及技術(shù)特點(diǎn)。針對通鋼 3 臺120t 轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收的情況，利用螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，按運(yùn)行時間4000h，電價0.6元/ KWh 計，投資回收期約2年。 在不影響公司蒸汽平衡的條件下，減少了能源浪費(fèi)，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的，并且經(jīng)濟(jì)效益和社會效益良好。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽；螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組；發(fā)電
通化鋼鐵股份有限公司現(xiàn)有 3 臺 120t轉(zhuǎn)爐，每臺轉(zhuǎn)爐各配1 臺 100t 蓄熱器。飽和蒸汽經(jīng)蓄熱器穩(wěn)壓后，匯入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)供廠區(qū)生活使用，冬季用于采暖，而夏季大量蒸汽放散或者在蒸汽管網(wǎng)中冷凝成水排放，造成能量浪費(fèi)。轉(zhuǎn)爐平均產(chǎn)汽量為 26.8t/h，蓄熱器正常工作壓力為1.1MP，具有較高的余熱利用潛力。為充分利用現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐余熱資源并節(jié)省投資? 擬新建轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組， 在不影響公司蒸汽平衡的基礎(chǔ)上利用蒸汽壓差能量進(jìn)行發(fā)電，減少能源浪費(fèi)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1 螺桿膨脹動力機(jī)原理及技術(shù)特點(diǎn)
1.1螺桿膨脹動力機(jī)原理
螺桿膨脹動力機(jī)是在螺桿壓縮機(jī)基礎(chǔ)上研發(fā)的， 基本構(gòu)造由兩根 (陰、陽) 螺桿轉(zhuǎn)子和機(jī)殼組成，按氣體壓縮的逆原理工作，工作時，蒸汽介質(zhì)先進(jìn)入機(jī)內(nèi)螺桿齒槽，推動螺桿轉(zhuǎn)動，著螺桿轉(zhuǎn)動。容積不斷增大，蒸汽降壓降溫膨脹(或閃蒸) 做功，最后排出氣體，從主軸陽螺桿輸出功率，驅(qū)動發(fā)電機(jī)。
1.2 螺桿膨脹動力機(jī)技術(shù)特點(diǎn)
(1) 螺桿膨脹動力機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、 體積小、 占地少、 運(yùn)行平穩(wěn)且操作簡單。
(2) 由于結(jié)構(gòu)及工作原理不同于汽輪機(jī)其能廣泛用于飽和蒸汽、 過熱蒸汽和汽水混合物等介質(zhì)，且具有自除垢的能力，對介質(zhì)無特殊要求。
(3) 螺桿膨脹動力機(jī)的效率對介質(zhì)參數(shù)和負(fù)荷變化不敏感，允許介質(zhì)壓力、 溫度和流量大 范圍波動。
因為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)呈周期性，冶煉周期一般為38mi 左右，吹煉期一般為15min左右，轉(zhuǎn)爐僅在吹煉期產(chǎn)生蒸汽， 轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生蒸汽具有間斷性、周期性。 由于螺桿膨脹動力機(jī)具有以上的技術(shù)特點(diǎn)，所以適應(yīng)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的周期性。
2 設(shè)計方案
2.1轉(zhuǎn)爐蒸汽發(fā)電系統(tǒng)
通鋼 3臺120tt 轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道回收大量熱能產(chǎn)生蒸汽，通過蓄熱器均壓后，經(jīng)集汽缸引入飽和蒸汽管網(wǎng)。在蒸汽管網(wǎng)設(shè)置一路電動閥，將飽和蒸汽引至蒸汽螺桿膨脹機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。 飽和蒸汽經(jīng)螺桿膨脹機(jī)減壓發(fā)電，排入廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)。螺桿膨脹機(jī)組夏季和冬季蒸汽進(jìn)汽參數(shù)均為 26.8t/h，壓力1.1MP（A）；蒸汽排氣參數(shù)夏季壓力為0.1MP（A），冬季壓力為0.6MP（A）。夏季螺桿膨脹機(jī)組額定發(fā)電功率為 1100kW，冬季額定發(fā)電功率為 400kW，機(jī)組主要參數(shù)見表1，發(fā)電系統(tǒng)蒸汽流程見圖 1。
2.2 設(shè)備選型
該發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備是螺桿膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)， 其中螺桿膨脹機(jī)型號為 SEPG400 － 1300 / 3000 －1.35－C，額定功率為 1100 / 400，額定進(jìn)汽量 26.8t / h， 額定進(jìn)汽壓力 1.1MPa， 額定進(jìn)汽溫度 184℃ ， 額定排汽壓力0.1 / 0.6MPa， 額定排汽溫度 100/ 158℃ ， 額定轉(zhuǎn)速3000r/ min。
發(fā)電機(jī)型號 1300kW － 1500r/ min，額定功率1300kW， 額定電壓 10kV， 額定頻率 50Hz，功率因數(shù)0.88，額定轉(zhuǎn)速1500r/ min。
2.3控制系統(tǒng)
采用自動控制方式和手動控制方式，并能實現(xiàn)無擾動相互切換，螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組、 輔助系統(tǒng)以及電氣控制都集中在蓄熱間發(fā)電站控制。中控制設(shè)置在蓄熱間內(nèi)螺桿膨脹機(jī)旁， 并設(shè)置遠(yuǎn)程畫面供轉(zhuǎn)爐控制室監(jiān)控。
2.4調(diào)速系統(tǒng)
調(diào)速系統(tǒng)主要由 PLC (可編程邏輯控制器) 和執(zhí)行器組成，控制系統(tǒng)包括: 超速保安裝置以及潤滑油和冷卻水保護(hù)，溫度保護(hù)等。其中任一保護(hù)裝置一旦發(fā)生故障，都能同時發(fā)出光報警，必要時能自動停機(jī)并觸發(fā)相關(guān)連鎖控制，確保設(shè)備安全，其工作原理有以下2 種。
(1) 轉(zhuǎn)速控制: 轉(zhuǎn)速信號取自螺桿出軸測速傳感器，采用閉環(huán) PID 調(diào)節(jié)方式，以轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)鳛檎{(diào)節(jié)參量，控制進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的開度，從而保證螺桿膨脹動力機(jī)按設(shè)定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。
(2) 載荷控制: 可以根據(jù)負(fù)載 (壓力、 溫 度、 功率等) 要求，以負(fù)載反饋參數(shù)作為調(diào)節(jié)量，采用閉控制方式包括自動控制方式和手動控 制方式，并能實現(xiàn)無擾動相互切換。
3 效益分析
3.1項目直接經(jīng)濟(jì)效益
均按運(yùn)行時間 4000h，電價 0.6元/kWh， 經(jīng)濟(jì)效益分析見表 2。項目投資 620 萬元，投資回收期約2年。
3.2社會效益分析
項目無煙塵及其它污染物排放，大大減少了蒸汽向空氣中的排放量，改善了周邊環(huán)境， 環(huán)保性能好，屬清潔能源生產(chǎn)技術(shù)。
以煉鋼過程中產(chǎn)生的低壓飽和蒸汽作為熱源，整個發(fā)電工藝過程不需要燃燒燃料，對大氣環(huán)境不增加任何污染物排放。 同時能增加電力供應(yīng)等，實現(xiàn)節(jié)能減排。
項目回收利用余壓、余熱發(fā)電，可以降低企業(yè)的產(chǎn)用電量，一方面提高一次燃料的利用 率，另一方面優(yōu)化了企業(yè)整體能耗結(jié)構(gòu)。從更高的層面來看，企業(yè)自身能耗的優(yōu)化，為緩解社會能源供求緊張，減少煤炭消耗和二氧化碳排放也產(chǎn)生積極的作用。
4 結(jié)語
通鋼采用螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽發(fā)電，維護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，投資回收期短。 在不影響公司蒸汽平衡的基礎(chǔ)上利用蒸汽壓差能量進(jìn)行發(fā)電，減少了能源浪費(fèi)，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的，并且經(jīng)濟(jì)效益和社會效益良好。