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杨 溢
摘要：钢铁企业炼钢过程中需要采用冷却系统在加工过程中对钢铁进行降温，经过多年的发展和改革，冷却技术的应用越来越成熟，当前加热炉汽化冷却技术的应用比较广泛。该冷却技术能够对热量进行回收，而且能够达到节水的效果，因此2017年在相关部门的支持下已经全面取代传统冷却技术形式。但是加热炉汽化冷却装置产生的蒸汽为低压饱和蒸汽，输送的距离短，会损失大量的冷凝水，导致在实际应用中受到限制。部分企业尚未形成良好的排放系统和途径，只能直接排放，对生态环境造成破坏，而且也是一种比较严重的资源浪费。因此如何回收蒸汽成为当前钢铁厂需要解决的重要问题。为了对炼钢厂冷却系统产生的饱和蒸汽进行充分回收，有效降低工序能耗，提升炼钢厂的发电量，以唐钢有限公司为代表的钢铁企业尝试建设炼钢饱和蒸汽发电项目。该项目中可以通过对富裕热饱和蒸汽的收集进行发电，不仅保证资源的有效应用，同时降低环境污染。 关键词：饱和蒸汽发电；炼钢厂；汽轮发电机
在可持续发展理念的引导下，我国各个行业的发展中都开始强调绿、节能、环保，低碳经济、绿经济逐渐成为经济发展的主流。而炼钢厂作为高能耗的产业，需要加强对节能方面的控制，需要通过能源的综合应用，降低能耗和生产成本，提升钢铁行业的竞争力，促进钢铁产业的健康发展。唐钢有限公司（以下简称公司）通过转炉汽化冷却系统的应用能够实现对水资源的节约，同时可以回收产生的热量，在节能方面具有一定的优势，但是产生的低压蒸汽却无法有效回收，而且低压蒸汽的含水量大，流动波动强，如果直接将蒸汽回收到公司的低压蒸汽管网中虽然能够实现蒸汽的利用，但是管网难以承受蒸汽的巨大压力。
如果将蒸汽直接排出不仅会浪费大量的热能，同时也会对环境产生污染。为了有效解决低压蒸汽的问题，公司尝试通过饱和蒸汽的回收用于企业发电，既保证了企业的经济效益，同时也为企业在社会环保形象的树立奠定基础。
1 蒸汽产量及处理现状
炼钢厂产生的蒸汽量比较大，如果转入蓄热器的蒸汽超出设计的要求，需要对多余的蒸汽进行释放。通过对公司的富裕蒸汽量统计发现，一年的富裕蒸汽量可以达到约8.80万t，而这些蒸汽的直接排放造成严重的资源损失，而且还可能会引起白污染。同时从公司现有的汽平衡能力来看，可以达到9.5t/h的蒸汽富裕，而这些富余蒸汽难以被消纳，为了保证管网安全，如果采取直接排放的方式，会进一步加剧资源的浪费和环境污染。2 蒸汽平衡应用现状
一般来说，每台转炉余热锅炉产生的蒸汽应该为13.5t，余热锅炉除氧器的消耗量为1吨，因此蓄热器需要收集的热量每台为12.5t，假设每台锅炉每月共生产950炉（如表1所示）。
注：在生产中冷却系统采取密封的方式，同时保证全厂氮气富裕的状态下，改回为原设计形式。
通过表1分析可知，不考虑实际生产的损耗，理论上RH炉不不参与生产，每台炉的供热量应该为12.5t。转炉供热蒸汽的指标为每吨80kg，指标正常。如果保持连续生产，每台转炉共蓄器蒸汽量的计算公式为12.5×950÷30÷24=16.5t/h，如果采用3台转炉同时运转的形式，总供气量可以达到49.5t/h。如果RH炉同时参与生产，耗气量会进一步增加，可以达到每小时23t，计算可得每小时富裕蒸汽量可以达到26.5t。
表1 炼钢厂余热蒸汽平衡表
序号应用设备蒸汽量炉数每月合计1生产蒸汽转炉13.5t2850t38475t
2消耗蒸汽RH炉23t400t9200t
3余热锅炉除氧器1t2850t2850t
4一次除尘蒸发冷
却器
02850t0 5转炉氧口氮封02850t0
通过实际生产分析可知，生产的饱和蒸汽输送距离比较远，一般都在700m以外，同时在传输过程中会由于温度损失以及阻力等原因产生疏水，假设疏水量为10%。那么RH不生产时，蒸汽的产量可以达到，如果RH生产时，蒸汽量则为。
在正常生产状态下，从不同转炉运行情况分析来看，可以得出如下的结论（如表2）。
第一种情况，3台转炉都处于正常运转的情况。
表2 3台转炉生产时蒸汽平衡表
1.产出蒸汽情况
序号转炉参数1#炉2#炉3#炉
1转炉平均产出蒸汽量
（t/炉）
154154154 2余热锅炉产出量
2.1平均产蒸汽气量（t/h）16.416.416.4
2.2蒸汽压力（Mpa） 1.5～2.1 1.5～2.1 1.5～2.1
3蓄热器
3.1容积（m3）189m3
3.2设计压力（Mpa） 3.4 3.4 3.4
3.3运行压力（Mpa） 1.8 1.8 1.8
2.支出蒸汽情况
序号参数RH炉参与RH炉不参与
1平均消耗蒸汽量（t/h）23.850
2作业率（%）5543
3蒸汽平衡（t/h）26.449.4
4蒸汽用量23.944.6
通过对上表分析可知，如果保持3台转炉同时运转，RH不参与，汽轮发电机需要的蒸汽量可以达到44.6t/h。如果RH参与，汽轮发电机支出的蒸汽量可以达到23.9t/h。
2台转炉同时运转生产情况，如表3所示。
表3 2台转炉检修时蒸汽平衡表
1.产出蒸汽
序号参数1#炉2#炉3#炉
1转炉平均产出蒸汽量（t/
炉）154154154 2余热锅炉
2.1平均产蒸汽气量（t/h）016.416.4
2.2蒸汽压力（Mpa） 1.5～2.1 1.5～2.1 1.5～2.1
3蓄热器
3.1器容积（m3）189m3
3.2设计压力（Mpa） 3.4 3.4 3.4
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3.3运行压力（Mpa） 1.8 1.8 1.8
4蒸汽总量（t/h）32
2.支出蒸汽
序号参数RH炉参与RH炉不参与
1平均消耗蒸汽量（t/h）23.850
2作业率（%）5543
3蒸汽平衡（t/h）932
4蒸汽用量830
1台转炉运转的情况，如表4所示。
表4 1台转炉运转时蒸汽平衡表
1.产出蒸汽
序号参数1#炉2#炉3#炉
1转炉平均产出蒸汽量（t/
炉）
154154154 2余热锅炉
2.1平均产蒸汽气量（t/h）0016.4
2.2蒸汽压力（Mpa） 1.5～2.1 1.5～2.1 1.5～2.1
3蓄热器
3.1器容积（m3）189m3
投票箱制作3.2设计压力（Mpa） 3.4 3.4 3.4
视讯系统3.3运行压力（Mpa） 1.8 1.8 1.8
4蒸汽总量（t/h）31
2.支出蒸汽
序号参数RH炉不生产时
1平均消耗蒸汽量（t/h）0
2作业率（%）43
3蒸汽平衡（t/h）48
4蒸汽用量15
注：1台转炉运行的过程中无法达到RH的用汽要求，因此本案中无法采用RH炉进行生产。
3 发电机组选型策略
3.1 容量选择方式
通过对表2的分析可知，在3#转炉参与生产的过程中，一般来说6MW炼钢汽化冷却蒸汽发电项目中产生的最大蒸汽富裕量为49.4t/h，最小为26.4t/h。生产中采用最大排放量的时间比占43%。RH生产用汽压力一般需要设定在1.5Mpa，但是为了能够更好的调节蓄热器运转，并考虑到管道的阻力等方面的影响，最终将机组的进气压力设定在1.0Mpa。
在3台转炉同时运转的情况下，如果RH不参与，发电蒸汽的支出量为44.6t/h，能够保证汽轮机的充分运行。在汽轮机正常运转的情况下，如果蒸汽仍然存在富余，为了降低直接排放的环境影响，可以结合具体情况，将富余蒸汽替换除尘以及氧口的氮气。如果RH参与时，汽轮发电机蒸汽的支出量为23.9t/h，能够为汽轮机提供50%左右的负荷运转支持。虽然未能达到汽轮机满负荷运载需求，但是仍能够使生产系统处于正产运行的状态，不至于停机。
在2台转炉同时运行时，如果RH不参与，汽轮发电机支出蒸汽为23.85t/h，此时可以供汽轮机70%左右的负荷运行。如果RH参与，汽轮发电机发电支出的蒸汽量可以达到为8.0t/h，这种情况下汽轮机是
无法正常运行的，会由于无法满足负荷要求而停机。如果其中1台汽轮机的检修时间比较短，可以先对汽机进行热机启动，在检修完成后即可以直接投入生产；如果检修的时间比较长的情况下，需要利用RH生产调度进行协调，保证汽轮机正常运转的供汽量；如果调度难度大，需要立即停机，将富余蒸汽在蓄热器中存储，并将蒸汽替换除尘蒸发器和氧口密封的氮气。
在只有1台转炉运转时，转炉的蒸汽产出无法满足RH生产要求，无法启动RH生产，汽轮发电机组支出的蒸汽量为15t/h，汽轮发电机组的运行负荷只能达到35%左右，但是仍然可以维持汽轮机的运行。
3.2 汽机发电机组的各项参数分析
汽轮发电机组主要为中低压凝汽式汽轮机组，但是该机组对资源的利用率比较低，同时投资高。为了合理控制投资，提升资源利用率，需要对汽轮发电机组进行改造。改造后的参数如下。
3.2.1 汽轮机
汽轮机形式分为三种：单轴汽轮机、凝汽式汽轮机以及单缸汽轮机。
额定功率：6.0MW。
额定转速：3000r/min。汽车喷水电机
额定进汽流量：47.2t/h。
主汽门前进汽压力：0.8Mp；进汽温度：170℃。
调节系统：低压电液调节。
冷却温度：最高30℃。
排汽温度：40℃。
临界转速：-2040。
3.2.2 发电机
额定功率：6.0MW。
功率因数：0.8。
额定电压：10.8kV。
4 机组工艺
本机组设定为6.0MW汽轮发电机组，炼钢厂区为机组提供主蒸汽，同时生产中形成的凝结水在凝结水泵冷凝后向发电机房接口输送，再通过管网传输到炼钢汽化水箱。在运行中需要综合考量系统运行的经济性、安全性，对系统进行简化，有效降低汽机湿度。
4.1 主蒸汽系统
该系统设计的主要功能为炼钢厂产生的蒸汽向管网接口位置输送，以及在发电机组的启动和停机时为封闭系统提供蒸汽。蒸汽的输送需要通过DN250钢管进入到稳压箱，在气压稳定后再向汽轮机汽门传送。在蒸汽管道的输送中需要适当设置疏水点和疏水阀，在机组运行中出现突发情况时，可以及时疏散冷凝水，防止机组内进水发生故障。主蒸汽管道需要通过蓄热器与发电机厂房连接，同时在管道100m左右的位置设置一定疏水装置。
4.2 凝结水系统
发电机组运行中会形成大量的凝结水，这些水分需要通过凝汽器向外部引出。通过水泵加压经过汽封加热器向厂房外部输送。汽轮机旁设置凝结水泵，从保险角度考虑需要设置2台，其中1台作为备用。泵的容量必须要符合纯凝结下的凝结水需求。水泵的扬程设计为100m。在冷凝水通过轴封加热器后，需要设计一个循环管，凝结水通过水泵压力利用管道向炼钢汽化冷却箱输送。
4.3 油系统
发电机组的运行中还需要配置主机润滑油箱，容积设置为4m3，并在外部加设事故油箱。一旦机组出现故障的情况下，主
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机润滑油系统可以及时将润滑油向事故邮箱排放，事故邮箱的容积需要更大，达到10m3左右。厂房内部设置高压交流和直流油泵，一旦润滑油泵发生故障，能够保证机组的有效供油。4.4 循环冷却水系统
该系统主要用于机组通风冷却塔的冷却循环，其中的机械设备包括，循环水泵、发电机空冷器、凝汽器等。
4.5 抽真空系统
该系统的主要功能为在发电机启动中，对凝汽器以及其他设备管道中空气的抽取，使系统内部形成真空的状态，达到启动标准。同时在机组的正常运行中，可以对系统中集结的不凝结气体进行排除，进而保证系统的真空状态。在该系统中共设置了2台真空泵，其中1台运转，1台备用。
4.6 稳压疏水系统
该系统主要设置在管道间，通过集汽箱的设置使汽机进口的压力以及疏水能力等都得到有效的保障，提升蒸汽轮机的运行效率。汽轮机在主蒸汽的输送中需要通过管网向发电机组区域进行输送。先进入到稳压箱内，然后再进入汽轮机。多余的气体通过循环水冷凝后形成凝结水，并通过凝结水泵的汽封加热器最终输送到汽化冷却水箱中。led风筝
5 关键技术
蒸汽在遇到阻力和压力的过程中会产生水，因此汽轮机内的湿度比较大，需要采取低压叶片对机器内的水分进行去除。低压饱和蒸汽相对于一般汽轮机来说需要的汽量更大。因此在通流位置需要结合余热发电机系统的低压蒸汽现象，对末尾的叶片进行激光强化，防止水蚀现象的发生，采取有效的措施降低排汽损失。在隔板的选择中可以采取焊接的方式，采取整圈连接以及自动未带的方式构建一个内斜外平的通道，并保证通道子午面的光滑性。同时优化通道扩角设计，提升机组运行效率。
6 饱和蒸汽发电系统在钢铁企业中的应用案例分析在某钢铁企业进行饱和蒸汽发电系统的布置之前，为了让该系统保持正常运行，特将循环水和油系统作为其辅助系统，以此来实现其运行安全、稳定、可靠性的良好保障。在对该饱和蒸汽发电系统进行设计的过程中，首先将一台蓄热器安装在了出口位置，以此来实现蒸汽波动的有效控制，并使蒸汽得到最大化的收集，进而为汽轮机的运行提供足够能量。其次是分别将关断阀、止回阀和稳压阀安装在了每一个转炉余热锅蒸汽管道系统中；借助于
蓄热器，可将来自于两台转炉中的余热蒸汽导入到蒸汽母管内，最终使其进入电站。在该钢铁企业的蒸汽发电系统应用中，为实现其发电效果的良好保障，其应用要点包括三个，第一是循环冷却水系统的合理应用；第二是油系统的合理应用；第三是主厂房设施的合理布置。以下是其具体的应用分析。6.1 循环水系统的合理应用
在饱和蒸汽发电系统的具体应用中，循环冷却水系统是为其提供支持的一个主要辅助系统，此类系统具有比较复杂的工艺流程，且在实际应用时会涉及到很多内容。在该系统中，通风冷却塔是其核心设备，它可以进行循环供水，可有效实现饱和蒸汽发电系统用水量的降低，同时也可以使其占地面积得以合理缩小。
但是因为循环冷却供水系统对于补给水质量方面具有很高要求，所以在具体应用中，钢铁企业主要应注意以下几点：第一，补给水所含有的悬浮物应控制在20mg/L以内；第二，补给水PH值应控制在6.5～9.5之间；第三，补给水碳酸盐硬度应控制在250mg/L以内；第四，补给水源一定要通过钢铁企业自主提供。通过这样的方式，才可以有效确保循环水系统的应用质量，让饱和蒸汽发电系统得以安全稳定运行。
6.2 油系统的合理应用
在通过饱和蒸汽发电系统进行钢铁企业发电的过程中，为了让汽轮机中的控制系统能够有效落实其启
动、停止操作，确保其正常工作，就需要借助于油压系统来进行汽轮机的控制。基于此，在该钢铁企业的饱和蒸汽发电系统中，特进行了一台主油泵设置，通过这个主油泵，便可为汽轮机的稳定工作提供良好保障，同时也可以在汽轮机处于正常工作的过程中为其稳定供油，并在其处于非正常运行状态时通过电动油泵来进行油量供给。为了让汽轮机的长时间持续运行得以良好保障，尽最大限度防止故障停机情况对与其连接的设备造成损坏，该钢铁企业分别进行了两个润滑油泵的设置，一个是低压交流润滑油泵，另一个是低压直流润滑油泵。在这样的情况下，若汽轮机因故障而停机，与之相连的设备便可得到良好保护。通过这样的方式，便可让汽轮机故障停机所造成的不良影响得以显著降低，尽最大限度确保设备安全。高见光
6.3 主厂房设施的合理布置
在对饱和蒸汽发电系统及其辅助系统的具体安装和布置情况做到全面掌握之后，该钢铁企业以此为依据，对主厂房设施进行了科学布置。在该钢铁企业中，主厂房属于封闭形式的厂房，按照相关标准，其抗震防烈度是8度。具体布置中，该钢铁企业在主厂房内设置了一个3MW形式的余热电站，并通过二列式的布置方式对其进行布置，汽机房自西向东依次进行布置。同时，该钢铁企业也在主厂房内进行了电气主控室、电气综合控制室以及热工控制室等的这些控制性空间布置。其中，汽车间宽度是12m，长度是18m，运转层标高是6m。具体布置中，对于汽轮发电机组，该企业主要通过纵向布置的方法进行布设。另外，该钢铁企业还将一台桥式起重机布置在了主厂房内，其轨顶标高是13m。为保
障整个主厂房的采光效果与通风效果，该企业将采光板和通风机设置在了屋顶。通过这样的方式，便可让整体的主厂房得以科学布置，以此来确保饱和蒸汽发电系统的应用效果，满足钢铁企业的实际发电需求。
7 结语
炼钢厂饱和蒸汽发电系统构建完成后，需要对转炉、RH炉、汽轮机发电机以及蓄热器等进行综合协调，促进各机组间的配合。汽轮发电机生产中需要结合RH炉的生产安排和节奏对汽轮机的进气量进行调整；RH炉在生产中需要向汽轮机单元提前报备生产安全。结合各种生产情况，实现对饱和蒸汽的回收，有效预防水蒸气发生扩散，不仅实现节能减排的作用，同时也能够避免对环境的污染。因此，在钢铁企业的生产运行中，一定要对饱和蒸汽发电加以高度重视，并通过合理的技术措施来进行饱和蒸汽发电系统的设计和应用。这对于饱和发电技术的良好应用与钢铁企业自身的良好发展都将有着十分积极的影响意义。
（作者单位：河钢乐亭钢铁有限公司动力部）
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