郑祖强
（衢州元立金属制品有限公司）
摘要：某公司一座年产80万吨轧钢加热炉在生产的过程中会产生4t/h、0.5Mpa（a）的汽化冷却蒸汽，为充分利用该部分蒸汽的能量，配套建设了的一套背压式汽轮发电机组、一套螺杆膨胀发电机和浴室，取得了较好的经济和环境效益。 关键词：蒸汽 背压式汽轮发电机组 螺杆膨胀发电机
utilization of the vaporization cooling steam of steel-rolling heating furnace
Zheng Zu Qiang
(Quzhou Yuanli Metal Products Co.,Ltd.)
Abstract: An reheating furnace that the annual output is 800000 tons will produce 4t-0.5Mp
a vaporization cooling steam in an hour in the pruduction.To make full use of the steam energy, a set of back pressure turbine,a set of screw expansion of power generators and bathroom were built.It has obtained better economic and environmental benefit.
Keywords: steam;back pressure turbine;screw expansion of power generator
某公司的一座年产80万吨的轧钢加热炉，为提高加热炉的能源利用率，该加热炉的冷却系统采用汽化冷却的方式。加热炉汽化冷却具有节省工业用水、节电、回收余热、提高炉底管使用寿命以及提高轧材质量的显著优点 ,特别是自然循环汽化冷却方式 , 目前已在我国钢铁厂的加热炉上广泛采用 ,显示出良好的经济效益【1】。加热炉汽化冷却系统产生的蒸汽在未利用之前直接放散，不仅浪费了大量的能源资源，而且还会产生噪音和空气热污染，不符合清洁生产要求。因此，公司组织相关部门及技术厂家研究这部分蒸汽的综合利用，决定采用背压式汽轮发电机组、螺杆膨胀发电机和浴室的综合利用方案，即先将加热炉出口蒸汽送至背压式汽轮发电机组进行利用，背压式汽轮机出口排汽送至螺杆膨胀发电机进行利用，螺杆膨胀发电机产生的冷凝水送入浴室的水池加热箱，综合利用后的冷凝水回流至公司中水池。
背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力，排汽可用于供热等用途，且排汽压力可以根据不同的供热目而定。背压式汽轮机不仅实现蒸汽能量逐级利用，同时结构简单，不需要庞大的凝汽器和冷却水系统，具有机组轻小、造价低的特点。该轧钢加热炉正常生产时蒸汽流量为4t/h、压力为0.5Mpa（a），考虑到公司职工浴室的热水供应的情况，这部分蒸汽不仅需要用来发电，还需要加热公司浴室热水，因此选择背压式汽轮发电机组对这部分蒸汽进行利用。
根据国内小汽轮机发电机组的设计参数及我公司的实际情况，选择汽轮机排气压力为0.12Mpa（a），因此可以计算出汽轮机功率：
W===185.94 kW
流量： Q=4000kg/h;
进口焓值为：HO=2748.59kj/Kg,出口焓值为：H1=2509.52 kj/kg；
汽轮机效率： =0.7;
电能当量值：3600kj/kW
故该部分蒸汽可以做功185.94 kW/h，发电机效率为97%，并考虑机组留有10%的富余能力，因此发电机功率选择为200kW,计算过程如下：
发电机功率===198.40 kW
因此汽轮机、发电机功率均选择异丙醇钛200 kW。目前机组已经稳定运行，平均小时发电量达180 kW，自用电量7 kW。
在轧钢加热炉正常生产的时候，汽化冷却蒸汽能够连续供应且压力维持在0.5Mpa（a）,但是受钢坯和市场以及轧钢厂设备影响，带钢加热炉会出现停炉和检修，加热炉不产生蒸汽。因此，我们将炼钢转炉蒸汽接送至带钢小机组，作为小汽轮机发电机组的备用蒸汽，以确保在加热炉无蒸汽时汽轮机机组和后续的蒸汽综合利用设备的连续性和可靠性。
公司加热炉汽化冷却蒸汽利用方案原先为背压式汽轮机发电后送往浴室加热热水，由于职工浴室加热热水所需的热量较少，有大量的蒸汽需放散，不仅有大量的能源浪费，还有大量的水资源损失。为进一步利用这部分蒸汽的能量和回收水资源，并考虑经汽轮机做功后
的蒸汽排汽压力0.12Mpa（a）时的饱和蒸汽已经处于汽液共存的情况，公司积极寻合适的相关节能设备和技术，最终决定在背压式汽轮机排气口与职工浴室之间新建一套螺杆膨胀发电机组，采用螺杆膨胀发电技术对这部分蒸汽的能量进行利用及回收蒸汽凝结水。
螺杆膨胀机可以回收汽轮机热力循环中无法利用的余热能量，如高温的热水、汽液两项流等【2】，螺杆式膨胀机利用低沸点有机工质的朗肯循环实现热工转换，螺杆式膨胀机组包含了螺杆膨胀机、蒸汽器、冷凝器等设备组成。其中，有机工质在蒸发器内实现由液体变为蒸汽的过程，吸收了热源的负荷，温度升高。高温蒸汽进入膨胀机后，在转子腔内实现膨胀，对外输出轴功率，同时工质温度、压力均下降。降温后的工质，仍是蒸汽，需要在冷凝器内实现液化，此期间对外放出热量。经冷凝液化后的工质，利用工质泵升到高压，然后进入蒸发器，实现下一轮循环。具体工艺示意图见图1。
图1壳体加工 螺杆膨胀机示意图
螺杆膨胀发电机组主要有蒸发器、冷凝器、螺杆机、发电机、冷却塔及水池等部分组成。
发电机组选用R245fa作为有机工质，工质冷凝温度30℃、蒸发温度76.2℃，从而有利于机组能源利用效率的提高。
该螺杆膨胀发电机组利用压力0.12Mpa（a）、温度104℃、流量4t/h的饱和蒸汽的能量，使有机工质在螺杆机内做功，机组实现装机容量100kW, 平均小时发电量达95kW，每小时自用电量12 kW，同时回收r5164t/h蒸汽凝结水。
加热炉汽化冷却蒸汽经螺杆膨胀发电机组吸收热量后变成80℃左右的冷凝水后，利用凝结水泵送往职工浴室加热热水，加热浴室用水后的凝结水排入公司中水池进行回用，从而实现水资源的重复利用。
背压式汽轮发电机组年经济效益：
年经济效益=（发电功率－自用电量）×年运行小时数×电价
=（180-7） Kw/h×7200h×0.63元/Kw·h=78.47万元/年
螺杆膨胀发电机年经济效益：
金属丝的杨氏模量
年经济效益=（发电功率－自用电量）×年运行小时数×电价=效益
=（95-12）Kw/h×7200h×0.63元/Kw喷淋洗眼器·h=37.65万元/年
即轧钢加热炉汽化冷却蒸汽在采用背压式汽轮发电机组、螺杆膨胀发电机组及浴室的方案后，每年可实现外供电量184.32万kW·h，相当于年节省标准煤645.12吨(等价值)，同时节水 2.88万吨，同时解决了职工洗浴问题，具有良好的经济效益和社会效益显著。
参考文献：
【1】：贾守忠、曲毅；加热炉汽化冷却技术的应用[J] 《工业炉》2001（制作智能卡08）：19-24
【2】：顾正皓；螺杆膨胀及在电厂热力循环中的应用及经济性分析[J] 《浙江电力》2009（01）：9-11
