余热蒸汽发电机组在冶金行业的应用

顾晓宏 陈金华 邹贵阳

摘要：本文以国内某知名铜冶炼企业余热发电系统为例阐述余热蒸汽发电机组在冶金行业的应用及经济性分析，并根据分析结果提出有关余热蒸汽用于发电的建议和设想。

关键词：余热锅炉、发电机组、冶金、经济效益

0 前言

随着我国经济的快速发展，冶金行业的余热资源和热能系统也在迅速发展。节约能源与可持续发展已成为当今社会经济发展的主旋律，对于企业，能否做到资源的节约和合理应用，是直接关系到企业效益和竞争力的大事，如何对企业的热系统进行全面的统筹规划，对蒸汽进行合理的分配和利用，尽可能的回收余热资源，是我们当前必须正视和探讨的一项重要课题。

1 冶金行业热能系统的现状

蒸汽的产出和使用平衡是所有冶金企業追求的目标，但是现阶段很多冶金企业的蒸汽产出和使用都难以达到平衡，特别是对于历史相对悠久的老企业来讲，由于热力系统复杂，余热锅炉参差不齐，型号和压力级别不统一。蒸汽使用端同样存在使用不同压力等级的热力设备，最终导致蒸汽的产出和使用出现较大出入，同时造成大量的资源闲置或能源浪费。

以国内某知名铜冶炼企业为例，共有余热锅炉11台套，包括1台艾萨中压余热锅炉，1台电炉低压余热锅炉，4台转炉低压压余热锅炉，1台转炉中压余热锅炉，2台阳极炉低压余热锅炉，2台阳极炉中压余热锅炉。2006年9月，为解决总厂富余蒸汽排空造成的能源浪费和环境污染，建设投产9700千瓦容量的余热发电站。

国内某知名铜冶炼企业蒸汽的供需情况：见表1

从上表1可以看出，由于蒸汽供应缺口还很大大，若要满足发电机组满负荷发电，还需要50吨/小时左右的蒸汽供应量，但是如果余热发电机组不运行，在用汽低谷时又有10吨/小时的蒸汽需要排空。在蒸汽缺口无法填补的情况下，余热发电机组只能在较低甚至是最低负荷下运行，在蒸汽有富余的情况下间断运行，效率和发挥的作用就大打折扣，同时也将影响机组的使用寿命。

2 余热发电机组的经济性分析

余热发电机组在冶金行业应用越来越广泛，它有效缓解了高能耗、高污染的冶金企业节能减排的压力，为企业的持续发展注入强心针。但是由于在余热发电项目启动时对蒸汽产出和消耗的评估不够全面真实，所选机组的额定负荷与实际可用蒸汽量相去甚远，建设投产的余热发电机组不能很好的发挥其应有的作用。

还是以国内某知名铜冶炼企业余热发电机组为例，建成投产后由于蒸气量不足，发电机组的运行负荷一直都非常低，小时平均发电量2000KW左右，只有额定负荷的1/5。且因生产组织调整的原因，发电机组的作业率无法得到保障，好的情况下每周至少要停3-4次，大部分情况下甚至是每天一次启停。为保证蒸汽直接用户的蒸汽使用，大部分蒸汽经过一级机组做功后就要送至低压蒸汽管网消耗，抽汽量调节范围在总进汽量的2/3以上，所以机组的发电量和回收的冷凝水量都非常有限。

该企业余热发电机组过去的两年时间内，因发电机组用汽和生产用汽的矛盾一直存在，机组开停频繁，作业率只有45%，发电机效率比较低，整体来讲发电系统是处于亏损状态下生产运行，具体见表2：

如果发电机组进口蒸汽量能稳定在30吨/小时，并且不考虑生产用汽的影响，机组保持长周期连续稳定运行，连续抽汽20吨/小时，机组小时发电量1700千瓦，小时回收冷凝水10吨，则发电站的成本与收益计算见表3：

现阶段造成余热发电站总体运营亏损的主要原因是蒸汽量不足，目前只有艾萨余热锅炉的蒸汽可以用于发电，其它转炉、阳极炉中压余热锅炉蒸汽因蒸汽品质达不到要求，只能间断向管网供热。在艾萨炉满负荷运行时，余热锅炉蒸发量有38吨/小时左右，除去发电站前端中压蒸汽用户蒸汽消耗及管网损失，实际送到发电站的中压蒸汽只有30吨/小时左右。

假如进入发电机组的蒸汽量能够连续平稳保持在35吨/小时，这种情况下发电机组能够连续运行（同样不考虑生产用汽的供应），小时发电量2200千瓦，连续抽汽22吨。则成本、收益如表4：

如果有40吨/小时的中压蒸汽，机组的可调节性就能明显改善，并且可以真正实现连续运行。每个小时可以抽25—30吨蒸汽供用户使用，小时平均发电3500千瓦，小时回收冷凝水15吨，则发电机组的经济效益会有显著提高。具体成本、收益见表5：

上述进行了国内某知名铜冶炼企业发电系统的内部成本、收益的计算，若中压蒸汽量低于40吨/小时，机组实际很难实现长周期稳定运行，为满足生产用汽而不得不进行的被迫停机就在所难免。当然，如果不考虑生产用汽情况的影响，机组保持连续长周期运行，那么只要33/小时的中压蒸汽，机组负荷2000千瓦，整个发电站的内部成本与收益就能基本持平。

3对余热发电的建议和设想

3.1 在考虑新建余热发电项目时应做好前期的调查和评估

在决定新建余热发电项目时，对厂区蒸汽产出量、蒸汽使用量应进行详尽的统计和评估，从而指导应选用多大容量的余热发电机组，选择什么型号的机组。这样在机组建成投产后，可以让发电机组在相对额定负荷差值比较小的负荷下稳定运行，既保证发电机组的作业率，也保证发电机组在一个“健康”的状态下运行，延长机组使用寿命。

3.2 对厂区用汽管网和用汽设备进行统型改造

从蒸汽使用的经济性来讲，蒸汽一般情况下建议高压输送，低压使用是比较经济的。但是由于历史原因，很多企业的厂用蒸汽管网和用汽设备均存在压力级别不统一，给蒸汽供应和调控带来很多不利的影响。考虑企业的长远发展，应对使用蒸汽的管网和用汽设备进行统型改造，制定蒸汽供应的压力等级标准，否则就可能存在在同一蒸汽压力下，一些用汽管网和设备已经超出安全许可范围，而另一些用汽设备又压力不足，无法满足生产需求的情况。

3.3 保证用汽设备设施的完好和有效

余热发电站建成投产后，对蒸汽使用应提出了更高的要求，必须保证蒸汽用户的热力设备、设施的完好，蒸汽管道保温完好，无跑、冒、滴、漏，从而减少管网损失，以确保厂区所有蒸汽都得到有效使用，提高发电机组作业率。

3.4 对厂区用汽点实行错峰用汽

厂区生产用汽及生活用汽可以进行错峰使用，让蒸汽使用量保持相对稳定，这样可以降低余热发电机组的调整难度，可以有效保证发电机组的运行周期，发电机组的负荷可以在一个相对稳定的负荷下运行。

4 结束语

由于冶金企业的持续快速发展，热系统也在不断发展或持续改造，因此新建投产的余热发电机组在设计、计算上就不可避免的存在偏差。加之热系统管网复杂程度，蒸汽输送过程中的热损失严重，从而造成了蒸汽产出和使用之间的不平衡。因此有必要对全厂的热系统进行长远系统规划，合理的分配和利用好所有可以回收的余热资源，充分发挥余热电机组潜力，为企业创造出更大的效益的同时，减少污染物排放，为企业节能减排创造有利的条件。

参考文献

[1]云铜股份公司西南铜业分公司KKK发电机组操作指导手册（KKK turbine Operating Manual）.

[2]云铜股份公司西南铜业分公司余热发电工程设计计算书. 中国有色工程设计研究总院.

[3]《工程热力学》（第四版）中国建筑工业出版社. 廉乐明、李力能等1999.

[4]《汽轮机原理》（第二版）中国电力出版社. 李建刚主编.