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[摘 要]本文以韶钢余热发电工程为原型，建立饱和蒸汽直接发电和饱和蒸汽过热后发电两个模型。比较饱和蒸汽直接发电和饱和蒸汽过热后发电两种方案的经济性能。充分论证了饱和蒸汽过热后发电的技术经济性能优于饱和蒸汽直接发电。对于钢铁企业余热、余能的综合利用有一定的指导意义。
[关键词]饱和蒸汽 过热蒸汽 钢铁企业
中图分类号：T57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0206-02
1、 概述
在钢铁行业中， 烧结、炼钢和轧钢过程中，转炉、加热炉汽化冷却装置产生大量的低压饱和蒸汽，这些饱和蒸汽除供自身消耗外，大部分低压饱和蒸汽得不到合理的利用，只能对空排放，既污染了环境，也造成了能源的浪费。
近几年，部分钢铁企业开始使用低压饱和蒸汽发电技术回收利用富余的低温低压饱和蒸汽发电。避免大量的蒸汽对空排放造成环境的污染。
要利用这些饱和蒸汽发电，一种方案是直接利用饱和蒸汽进行发电，第二种就是将饱和蒸汽加热成为过热蒸汽后发电。
广东韶钢松山股份有限公司现有120吨转炉3台和130吨转炉2台，转炉汽化冷却器分别配置蓄热器系统，经蓄热器稳定压力和流量后，饱和蒸汽压力约为0.9Mpa，平均产汽流量为90t/h。
2、饱和蒸汽直接发电方案
将转炉汽化冷却装置产生的饱和蒸汽通过汽水分离器后并入汽轮发电机组发电。系统如图1所示。
转炉余热锅炉产生的饱和蒸汽，压力为2.45MPa，经过蓄热器蓄能稳定后，在流量稳定的情况下蓄热器后压力为0.9MPa，蒸汽流量90t/h。考虑沿程管道冷凝损失及除氧加热用汽量，汽轮机进汽参数为79t/h-0.7MPa-饱和温度。
进入汽机前设置汽液分离器，从而保证进入汽机的蒸汽干度为99.5%。乏汽经凝汽器冷凝后，通过凝结水泵打到除氧器，除氧后的给水通过给水泵回到转炉汽化冷却器系统。
饱和蒸汽送入凝汽式汽轮机，经计算，排汽压力为12kPa的条件下，每吨蒸汽发电量为：117.5kW，排汽干度为：89.1%。
3、饱和蒸汽过热后发电方案
饱和蒸汽过热后发电系统如图2所示，相比饱和蒸汽直接发电方案，在气液分离器与汽机之间增设过热锅炉，过热炉的特点是：通过布置在绝热炉膛里的气体燃烧器，通过燃烧高炉煤气，产生高温烟气，通过布置在烟道里的过热器，将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，煤气在炉膛内燃烧后产生的烟气直接通过过热器、冷凝水加热器，最后从炉尾排出。
该方案是将汽水分离器后的0.7MPa，165℃饱和蒸汽通过一台燃用高炉煤气的过热锅炉加热，使饱和蒸汽变为过热蒸汽，考虑锅炉本体阻力后，出口过热蒸汽的压力为0.5MPa，蒸汽过热到350℃，满足普通汽轮机对进汽温度的要求，不再受排汽干度的限制。
过热后的蒸汽送入凝汽式汽轮机，经计算，排汽压力为7kPa的条件下，每吨蒸汽发电量为：168.7kW，排汽干度为：98.3%，完全满足汽轮机对排汽干度的要求。
4、两种方案技术、经济指标对比
两个方案的简单经济性比较如下：（年运行时间按7200h计算，饱和方案投资按4000万计算，过热方案投资按4600万计算。）
通过上述比较可见，无论是年利润还是投资回收期，饱和蒸汽过热后发电方案均好于饱和蒸汽直接发电方案。
第二方案消耗的高炉煤气和多发的电相比较可以看出，高炉煤气耗量为16500 Nm3/h，多发的电量为14170-9300=4870kW.h，每度电消耗煤气量：16500÷4870=3.38 Nm3/（kW.h）。
为了说明过热方案中消耗的高炉煤气的发电效率高，我们以65t/h的中温中压煤气锅炉为例，以下是65t/h的中温中压煤气锅炉发电的计算数据：
锅炉出口蒸汽参数（63t/h，3.82Mpa，450℃），发电量15MW，高炉煤气消耗量69500Nm3/h，每度电消耗煤气量：69500÷15000=4.63Nm3/（kW.h）。
由此可见采用饱和蒸汽过热方案，每度电消耗煤气量（3.38Nm3/ kW.h）低于高炉煤气锅炉发电（4.63Nm3/kW.h）。
饱和蒸汽过热发电方案中，高炉煤气利用率高主要体现在：
1）高炉煤气的能量经过热锅炉使蒸汽焓提高，蒸汽提高的焓基本都能够转化为电能，而不再额外增加冷凝损失（冷凝损失，即汽轮机排汽经过凝汽器冷却后带走的热量），所以，第二方案中消耗的高炉煤气大部分能够转换为电能。
2）不受末两级叶片排汽干度的限制，可降低排汽参数，增加发电量。
第二发电方案中，由于配套的煤气过热炉尾部增设的凝结水加热器，可使除氧器给水得到预热，增设的回热系统，对整个系统的效率有一定的提高；另外，除氧给水温度的升高，可降低除氧系统的自用蒸汽，从而增加用于发电的蒸汽量，经过计算，可增加5t/h的蒸汽用于发电。
第一方案中，由于受汽轮机排汽干度的限制，汽轮机排汽压力较高，浪费了蒸汽的做功能力，节能效果小于第二方案。
第一方案选择的饱和蒸汽汽轮机制造难度较高，使用寿命低，相比之下，第二方案更实用也更经济。
4、结论
饱和蒸汽直接发电，虽然不再消耗额外的气体燃料，但由于其能量品位低，做功能力有限，再加上蒸汽含湿量大，对汽轮机制造提出较高的要求。因此整体的投资收益并不理想。
饱和蒸汽过热发电方案，只需增加一套高炉煤气过热锅炉，就可以提升蒸汽的能量品位，增加发电量。因过热而增加的发电量，具有单位千瓦时的造价低于常规的高炉煤气发电方案，而发电效率高于常规的高炉煤气发电方案的特点。
因此饱和蒸汽过热发电方案，对钢铁企业饱和蒸汽余热综合利用，有一定的指导意义。
参考文献
[1] 朱能闯《钢铁企业低压饱和蒸汽发电技术应用》《中国水运》 第8卷 第7期。
作者简介
王斌，男，福建柘荣，1980-04-23，硕士研究生，中级工程师 热力发电方向。
[关键词]饱和蒸汽 过热蒸汽 钢铁企业
中图分类号：T57 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0206-02
1、 概述
在钢铁行业中， 烧结、炼钢和轧钢过程中，转炉、加热炉汽化冷却装置产生大量的低压饱和蒸汽，这些饱和蒸汽除供自身消耗外，大部分低压饱和蒸汽得不到合理的利用，只能对空排放，既污染了环境，也造成了能源的浪费。
近几年，部分钢铁企业开始使用低压饱和蒸汽发电技术回收利用富余的低温低压饱和蒸汽发电。避免大量的蒸汽对空排放造成环境的污染。
要利用这些饱和蒸汽发电，一种方案是直接利用饱和蒸汽进行发电，第二种就是将饱和蒸汽加热成为过热蒸汽后发电。
广东韶钢松山股份有限公司现有120吨转炉3台和130吨转炉2台，转炉汽化冷却器分别配置蓄热器系统，经蓄热器稳定压力和流量后，饱和蒸汽压力约为0.9Mpa，平均产汽流量为90t/h。
2、饱和蒸汽直接发电方案
将转炉汽化冷却装置产生的饱和蒸汽通过汽水分离器后并入汽轮发电机组发电。系统如图1所示。
转炉余热锅炉产生的饱和蒸汽，压力为2.45MPa，经过蓄热器蓄能稳定后，在流量稳定的情况下蓄热器后压力为0.9MPa，蒸汽流量90t/h。考虑沿程管道冷凝损失及除氧加热用汽量，汽轮机进汽参数为79t/h-0.7MPa-饱和温度。
进入汽机前设置汽液分离器，从而保证进入汽机的蒸汽干度为99.5%。乏汽经凝汽器冷凝后，通过凝结水泵打到除氧器，除氧后的给水通过给水泵回到转炉汽化冷却器系统。
饱和蒸汽送入凝汽式汽轮机，经计算，排汽压力为12kPa的条件下，每吨蒸汽发电量为：117.5kW，排汽干度为：89.1%。
3、饱和蒸汽过热后发电方案
饱和蒸汽过热后发电系统如图2所示，相比饱和蒸汽直接发电方案，在气液分离器与汽机之间增设过热锅炉，过热炉的特点是：通过布置在绝热炉膛里的气体燃烧器，通过燃烧高炉煤气，产生高温烟气，通过布置在烟道里的过热器，将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，煤气在炉膛内燃烧后产生的烟气直接通过过热器、冷凝水加热器，最后从炉尾排出。
该方案是将汽水分离器后的0.7MPa，165℃饱和蒸汽通过一台燃用高炉煤气的过热锅炉加热，使饱和蒸汽变为过热蒸汽，考虑锅炉本体阻力后，出口过热蒸汽的压力为0.5MPa，蒸汽过热到350℃，满足普通汽轮机对进汽温度的要求，不再受排汽干度的限制。
过热后的蒸汽送入凝汽式汽轮机，经计算，排汽压力为7kPa的条件下，每吨蒸汽发电量为：168.7kW，排汽干度为：98.3%，完全满足汽轮机对排汽干度的要求。
4、两种方案技术、经济指标对比
两个方案的简单经济性比较如下：（年运行时间按7200h计算，饱和方案投资按4000万计算，过热方案投资按4600万计算。）
通过上述比较可见，无论是年利润还是投资回收期，饱和蒸汽过热后发电方案均好于饱和蒸汽直接发电方案。
第二方案消耗的高炉煤气和多发的电相比较可以看出，高炉煤气耗量为16500 Nm3/h，多发的电量为14170-9300=4870kW.h，每度电消耗煤气量：16500÷4870=3.38 Nm3/（kW.h）。
为了说明过热方案中消耗的高炉煤气的发电效率高，我们以65t/h的中温中压煤气锅炉为例，以下是65t/h的中温中压煤气锅炉发电的计算数据：
锅炉出口蒸汽参数（63t/h，3.82Mpa，450℃），发电量15MW，高炉煤气消耗量69500Nm3/h，每度电消耗煤气量：69500÷15000=4.63Nm3/（kW.h）。
由此可见采用饱和蒸汽过热方案，每度电消耗煤气量（3.38Nm3/ kW.h）低于高炉煤气锅炉发电（4.63Nm3/kW.h）。
饱和蒸汽过热发电方案中，高炉煤气利用率高主要体现在：
1）高炉煤气的能量经过热锅炉使蒸汽焓提高，蒸汽提高的焓基本都能够转化为电能，而不再额外增加冷凝损失（冷凝损失，即汽轮机排汽经过凝汽器冷却后带走的热量），所以，第二方案中消耗的高炉煤气大部分能够转换为电能。
2）不受末两级叶片排汽干度的限制，可降低排汽参数，增加发电量。
第二发电方案中，由于配套的煤气过热炉尾部增设的凝结水加热器，可使除氧器给水得到预热，增设的回热系统，对整个系统的效率有一定的提高；另外，除氧给水温度的升高，可降低除氧系统的自用蒸汽，从而增加用于发电的蒸汽量，经过计算，可增加5t/h的蒸汽用于发电。
第一方案中，由于受汽轮机排汽干度的限制，汽轮机排汽压力较高，浪费了蒸汽的做功能力，节能效果小于第二方案。
第一方案选择的饱和蒸汽汽轮机制造难度较高，使用寿命低，相比之下，第二方案更实用也更经济。
4、结论
饱和蒸汽直接发电，虽然不再消耗额外的气体燃料，但由于其能量品位低，做功能力有限，再加上蒸汽含湿量大，对汽轮机制造提出较高的要求。因此整体的投资收益并不理想。
饱和蒸汽过热发电方案，只需增加一套高炉煤气过热锅炉，就可以提升蒸汽的能量品位，增加发电量。因过热而增加的发电量，具有单位千瓦时的造价低于常规的高炉煤气发电方案，而发电效率高于常规的高炉煤气发电方案的特点。
因此饱和蒸汽过热发电方案，对钢铁企业饱和蒸汽余热综合利用，有一定的指导意义。
参考文献
[1] 朱能闯《钢铁企业低压饱和蒸汽发电技术应用》《中国水运》 第8卷 第7期。
作者简介
王斌，男，福建柘荣，1980-04-23，硕士研究生，中级工程师 热力发电方向。