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【摘 要】通过中钢集团吉林铁合金股份有限公司饱和蒸汽发电的介绍，讨论了在冶金企业中的余热利用和能达到的良好经济效益。
【关键词】饱和蒸汽
Power generation technology by saturated steam of metallurgical enterprises
He Jun
(Xi'an Datang Electric Power Design Institute Co., Ltd Xi'an Shangxi 710061)
【Abstract】Through Sinosteel Jilin Ferroalloy Co., Ltd. introduced saturated steam generation is discussed in the metallurgical enterprises in the waste heat utilization and to achieve good economic returns.
【Key words】Saturated steam
1. 概述
在冶金行业中，如铁合金厂、钢铁厂，蒸汽主要用于加热、伴热、保温及管道吹扫等。近年来，我们国家对节能减排更加的重视，各行业都在节约能源、降低能耗，想方设法采用先进技术综合利用余热、废气等相对较低品质的能源。冶金企业是耗能大户，其生产过程中将产生大量的余热和废气，因此各企业都在纷纷利用生产过程中的余热和可利用废气。在蒸汽回收方面，就有很多具体的节能措施，比如转炉汽化冷却、烧结环冷机余热锅炉、干熄焦余热锅炉等。还可以将冶炼过程中产生的高炉煤气回收，作为锅炉的燃料用。
随着各工艺过程回收的蒸汽不断增加，利用余热所回收的蒸汽不但能满足正常情况下的使用，有时还不得不将过剩的蒸汽放散掉，这在北方冶金厂中非采暖季节尤其明显。这不但造成了能源的极大浪费，而且对环境造成了一定的污染。因此，如何利用这部分蒸汽成为各冶金企业当前所需要解决的问题之一。
目前冶金企业各厂回收的蒸汽大多为0.4～1.27MPa的低压饱和蒸汽，这些低压饱和蒸汽有多种利用方式。比如采用低压蒸汽螺杆发电技术、驱动泵类、低压饱和蒸汽发电技术等。各种方式在使用中存在着投资、规模、效率、灵活性等各方面的差别。综合各种因素，中钢集团吉林铁合金股份有限公司采用了饱和蒸汽发电技术，下面对其简要介绍。
2. 吉林铁合金厂余热蒸汽现状
吉铁公司现有余热锅炉三台，为1.27MPa的饱和蒸汽热管锅炉，因冶炼炉的烟气温度较高，可达500～600℃，因此将这三台饱和蒸汽锅炉改为过热蒸汽锅炉。采用过热蒸汽发电，这样提高了发电效率。
吉铁全厂现有可燃煤气10000Nm3/h，煤气热值为1700Kcal/Nm3，此煤气为过剩煤气，放散造成环境污染，所以必须烧掉排放。吉铁公司于2006年建设了两台10t/h燃气式饱和蒸汽锅炉。这两台锅炉在非采暖季节不使用，在冬季采暖时才开炉生产饱和蒸汽。所以计划在非采暖季利用剩余煤气点燃这两台燃气锅，产生饱和蒸汽带动汽轮机组发电。
3. 方案选择
由于冶炼厂余热所产蒸汽多为饱和蒸汽，目前利用这种低压饱和蒸汽发电的技术有几种。一种是采用螺杆膨胀动力机技术，其基本构造是由一对螺杆转子和机壳组成的动力机。工作原理是流体进入螺杆齿槽，压力推动螺杆转动，齿槽容积增加，流体降压膨胀做功，实现能量转换。既可以用于发电，也可以用于驱动各种泵和风机等。
3.1 采用螺杆膨胀动力机技术其特点如下：
3.1.1 适用热源广泛：同时适合过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水混合物、热水、石化热工质等。
3.1.2 热源参数波动：允许热源的压力、流量、温度有较大的波动，机组能平稳运行。
3.1.3 操作简单：机组运行前可以不暖机、不盘车、长期无大检修、维修简单、设备不易损坏、可手动和自动操作。
3.1.4 安装投运方便：机组占地小、基础简单、现场安装方便、可以整机快装、移动、通用性强。
3.2 螺杆膨胀动力机的主要技术参数如下：
3.2.1 机组承压：＜3.5MPa。
3.2.2 介质温度：＜300℃。
3.2.3 进出口膨胀压差：＜1.0MPa。
3.2.4 热水热液温度：＞145℃。
3.2.5 内效率：75％～80％。
3.2.6 额定转速：1500～3000r/min。
3.2.7 单机输出功率：100～1500KW。
3.2.8 润滑油要求：需要根据环境选择N42、N68汽轮机油。
3.2.9 冷却水量：水温＜40℃；水量＜4t/h；水压＞0.05MPa。
总之，螺杆膨胀动力机能够简单、方便的回收部分余热，但由于受其结构所限，也有一些不足之处。
首先，螺杆膨胀动力机是利用流体的压差来做功，其最大压差不超过1.0MPa，如果入口压力较高，将剩余较高的背压不能利用，要想蒸汽充分利用，必须要降低进口蒸汽的压力。其次，由于采用的是螺杆，螺杆直径无法制作太大，因此单机功率较小，如果蒸汽量较大，则建设的台数增多。另外，与汽轮机组相比较，螺杆膨胀动力机的发电效率较低。
因此，根据吉铁公司的蒸汽特点，决定采用汽轮机饱和蒸汽发电技术，和常规过热蒸汽汽轮机相比较，低压饱和蒸汽汽轮机为防止进汽带水对汽轮机叶片造成损坏，须采取一些措施，在进汽管道上安装蒸汽过滤器，在末三级隔板设置疏水环形槽，并对相关叶片进行硬化处理。
4. 机组选型
4.1 汽轮发电机选型。
非采暖季用燃气锅炉产出1.27MPa饱和蒸汽后，将蒸汽引入汽轮机组发电。按照150KW/吨蒸汽，20t/h饱和蒸汽每小时可发电3000KWh，最终选择一台3MW汽轮机组。折算燃气电站汽耗量约为6.7Kg/KWh，煤气耗量约为2.85 Nm3/KWh。汽轮发电机组主要参数见表1。
4.2 主厂房布置。
电站主厂房占地面积360m2，跨度12米，总长30米，厂房跨度及柱距均为6米。主厂房分为汽机间及电控间两部分，固定端1～2轴为电控间，双层布置，±0.000米主要布置配电柜，6.00米布置控制室及电子设备间。汽机间±0.00米主要布置凝结水泵、油系统及循环水泵，6.00米为运转层，布置汽轮发电机组。
4.3 技术指标（见表2）
5. 经济效益
5.1 发电效益分析。
发电机的平均发电功率为3MW，电站年运行时间为5000h，电站自用电率为7.0%，电价按0.50元/KWh，年平均发电成本0.14元/ KWh计算（含人员工资、管理费、设备折旧费、），则每年因发电产生的经济效益为：3000×5000×(0.50-0.14)×(1-7.0%)=524万元/年。
5.2 发电成本分析：
5.2.1 人工工资额： 劳动定员 20人，年人均工资2万元/a，（7个月）则年工资总额： 20人×2万元/a=40万元/a
5.2.2 电站折旧费用： 电站总投资1505万元。按15年折旧，残值率为3%，年折旧费用为97万元。
5.2.3 电站维修费、管理费、材料费、低值易耗费用合計80万元/a。
5.2.4 度电发电成本：（40万元＋97万元＋80万元）∕1500万KWh=0.14元∕KWh
5.3 投资回收期。系统总造价约为1505万元，单位投资5015元/KW，投资回收期为2.87年。 6. 结论
本着充分利用余热、余气这些低品质能源，根据不同的蒸汽品质，选择合理的技术方案和设备，使能源得到相对彻底的利用。中钢集团吉林铁合金股份有限公司采用的饱和蒸汽发电技术，具有非常好的经济和环境效益。
［文章编号］1006-7619（2011）12-27-169
【关键词】饱和蒸汽
Power generation technology by saturated steam of metallurgical enterprises
He Jun
(Xi'an Datang Electric Power Design Institute Co., Ltd Xi'an Shangxi 710061)
【Abstract】Through Sinosteel Jilin Ferroalloy Co., Ltd. introduced saturated steam generation is discussed in the metallurgical enterprises in the waste heat utilization and to achieve good economic returns.
【Key words】Saturated steam
1. 概述
在冶金行业中，如铁合金厂、钢铁厂，蒸汽主要用于加热、伴热、保温及管道吹扫等。近年来，我们国家对节能减排更加的重视，各行业都在节约能源、降低能耗，想方设法采用先进技术综合利用余热、废气等相对较低品质的能源。冶金企业是耗能大户，其生产过程中将产生大量的余热和废气，因此各企业都在纷纷利用生产过程中的余热和可利用废气。在蒸汽回收方面，就有很多具体的节能措施，比如转炉汽化冷却、烧结环冷机余热锅炉、干熄焦余热锅炉等。还可以将冶炼过程中产生的高炉煤气回收，作为锅炉的燃料用。
随着各工艺过程回收的蒸汽不断增加，利用余热所回收的蒸汽不但能满足正常情况下的使用，有时还不得不将过剩的蒸汽放散掉，这在北方冶金厂中非采暖季节尤其明显。这不但造成了能源的极大浪费，而且对环境造成了一定的污染。因此，如何利用这部分蒸汽成为各冶金企业当前所需要解决的问题之一。
目前冶金企业各厂回收的蒸汽大多为0.4～1.27MPa的低压饱和蒸汽，这些低压饱和蒸汽有多种利用方式。比如采用低压蒸汽螺杆发电技术、驱动泵类、低压饱和蒸汽发电技术等。各种方式在使用中存在着投资、规模、效率、灵活性等各方面的差别。综合各种因素，中钢集团吉林铁合金股份有限公司采用了饱和蒸汽发电技术，下面对其简要介绍。
2. 吉林铁合金厂余热蒸汽现状
吉铁公司现有余热锅炉三台，为1.27MPa的饱和蒸汽热管锅炉，因冶炼炉的烟气温度较高，可达500～600℃，因此将这三台饱和蒸汽锅炉改为过热蒸汽锅炉。采用过热蒸汽发电，这样提高了发电效率。
吉铁全厂现有可燃煤气10000Nm3/h，煤气热值为1700Kcal/Nm3，此煤气为过剩煤气，放散造成环境污染，所以必须烧掉排放。吉铁公司于2006年建设了两台10t/h燃气式饱和蒸汽锅炉。这两台锅炉在非采暖季节不使用，在冬季采暖时才开炉生产饱和蒸汽。所以计划在非采暖季利用剩余煤气点燃这两台燃气锅，产生饱和蒸汽带动汽轮机组发电。
3. 方案选择
由于冶炼厂余热所产蒸汽多为饱和蒸汽，目前利用这种低压饱和蒸汽发电的技术有几种。一种是采用螺杆膨胀动力机技术，其基本构造是由一对螺杆转子和机壳组成的动力机。工作原理是流体进入螺杆齿槽，压力推动螺杆转动，齿槽容积增加，流体降压膨胀做功，实现能量转换。既可以用于发电，也可以用于驱动各种泵和风机等。
3.1 采用螺杆膨胀动力机技术其特点如下：
3.1.1 适用热源广泛：同时适合过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水混合物、热水、石化热工质等。
3.1.2 热源参数波动：允许热源的压力、流量、温度有较大的波动，机组能平稳运行。
3.1.3 操作简单：机组运行前可以不暖机、不盘车、长期无大检修、维修简单、设备不易损坏、可手动和自动操作。
3.1.4 安装投运方便：机组占地小、基础简单、现场安装方便、可以整机快装、移动、通用性强。
3.2 螺杆膨胀动力机的主要技术参数如下：
3.2.1 机组承压：＜3.5MPa。
3.2.2 介质温度：＜300℃。
3.2.3 进出口膨胀压差：＜1.0MPa。
3.2.4 热水热液温度：＞145℃。
3.2.5 内效率：75％～80％。
3.2.6 额定转速：1500～3000r/min。
3.2.7 单机输出功率：100～1500KW。
3.2.8 润滑油要求：需要根据环境选择N42、N68汽轮机油。
3.2.9 冷却水量：水温＜40℃；水量＜4t/h；水压＞0.05MPa。
总之，螺杆膨胀动力机能够简单、方便的回收部分余热，但由于受其结构所限，也有一些不足之处。
首先，螺杆膨胀动力机是利用流体的压差来做功，其最大压差不超过1.0MPa，如果入口压力较高，将剩余较高的背压不能利用，要想蒸汽充分利用，必须要降低进口蒸汽的压力。其次，由于采用的是螺杆，螺杆直径无法制作太大，因此单机功率较小，如果蒸汽量较大，则建设的台数增多。另外，与汽轮机组相比较，螺杆膨胀动力机的发电效率较低。
因此，根据吉铁公司的蒸汽特点，决定采用汽轮机饱和蒸汽发电技术，和常规过热蒸汽汽轮机相比较，低压饱和蒸汽汽轮机为防止进汽带水对汽轮机叶片造成损坏，须采取一些措施，在进汽管道上安装蒸汽过滤器，在末三级隔板设置疏水环形槽，并对相关叶片进行硬化处理。
4. 机组选型
4.1 汽轮发电机选型。
非采暖季用燃气锅炉产出1.27MPa饱和蒸汽后，将蒸汽引入汽轮机组发电。按照150KW/吨蒸汽，20t/h饱和蒸汽每小时可发电3000KWh，最终选择一台3MW汽轮机组。折算燃气电站汽耗量约为6.7Kg/KWh，煤气耗量约为2.85 Nm3/KWh。汽轮发电机组主要参数见表1。
4.2 主厂房布置。
电站主厂房占地面积360m2，跨度12米，总长30米，厂房跨度及柱距均为6米。主厂房分为汽机间及电控间两部分，固定端1～2轴为电控间，双层布置，±0.000米主要布置配电柜，6.00米布置控制室及电子设备间。汽机间±0.00米主要布置凝结水泵、油系统及循环水泵，6.00米为运转层，布置汽轮发电机组。
4.3 技术指标（见表2）
5. 经济效益
5.1 发电效益分析。
发电机的平均发电功率为3MW，电站年运行时间为5000h，电站自用电率为7.0%，电价按0.50元/KWh，年平均发电成本0.14元/ KWh计算（含人员工资、管理费、设备折旧费、），则每年因发电产生的经济效益为：3000×5000×(0.50-0.14)×(1-7.0%)=524万元/年。
5.2 发电成本分析：
5.2.1 人工工资额： 劳动定员 20人，年人均工资2万元/a，（7个月）则年工资总额： 20人×2万元/a=40万元/a
5.2.2 电站折旧费用： 电站总投资1505万元。按15年折旧，残值率为3%，年折旧费用为97万元。
5.2.3 电站维修费、管理费、材料费、低值易耗费用合計80万元/a。
5.2.4 度电发电成本：（40万元＋97万元＋80万元）∕1500万KWh=0.14元∕KWh
5.3 投资回收期。系统总造价约为1505万元，单位投资5015元/KW，投资回收期为2.87年。 6. 结论
本着充分利用余热、余气这些低品质能源，根据不同的蒸汽品质，选择合理的技术方案和设备，使能源得到相对彻底的利用。中钢集团吉林铁合金股份有限公司采用的饱和蒸汽发电技术，具有非常好的经济和环境效益。
［文章编号］1006-7619（2011）12-27-169