曾庆炜
(通钢股份有限公司)
摘 要：简述螺杆膨胀动力机原理及技术特点。针对通钢 3 台120t 转炉余热蒸汽回收的情况，利用螺杆膨胀发电机组进行发电，按运行时间4000h，电价0.6元/ KWh 计，投资回收期约2年。 在不影响公司蒸汽平衡的条件下，减少了能源浪费，达到清洁生产的目的，并且经济效益和社会效益良好。
关键词：转炉余热蒸汽；螺杆膨胀发电机组；发电
通化钢铁股份有限公司现有 3 台 120t转炉，每台转炉各配1 台 100t 蓄热器。饱和蒸汽经蓄热器稳压后，汇入厂区蒸汽管网供厂区生活使用，冬季用于采暖，而夏季大量蒸汽放散或者在蒸汽管网中冷凝成水排放，造成能量浪费。转炉平均产汽量为 26.8t/h，蓄热器正常工作压力为1.1MP，具有较高的余热利用潜力。为充分利用现有转炉余热资源并节省投资ꎬ 拟新建转炉饱和蒸汽螺杆膨胀发电机组， 在不影响公司蒸汽平衡的基础上利用蒸汽压差能量进行发电，减少能源浪费，获得良好的经济效益。
1 螺杆膨胀动力机原理及技术特点
1.1螺杆膨胀动力机原理
螺杆膨胀动力机是在螺杆压缩机基础上研发的， 基本构造由两根 (阴、阳) 螺杆转子和机壳组成，按气体压缩的逆原理工作，工作时，蒸汽介质先进入机内螺杆齿槽，推动螺杆转动，着螺杆转动。容积不断增大，蒸汽降压降温膨胀(或闪蒸) 做功，最后排出气体，从主轴阳螺杆输出功率，驱动发电机。
1.2 螺杆膨胀动力机技术特点
(1) 螺杆膨胀动力机结构简单、 体积小、 占地少、 运行平稳且操作简单。
(2) 由于结构及工作原理不同于汽轮机其能广泛用于饱和蒸汽、 过热蒸汽和汽水混合物等介质，且具有自除垢的能力，对介质无特殊要求。
(3) 螺杆膨胀动力机的效率对介质参数和负荷变化不敏感，允许介质压力、 温度和流量大 范围波动。
因为转炉生产呈周期性，冶炼周期一般为38mi 左右，吹炼期一般为15min左右，转炉仅在吹炼期产生蒸汽， 转炉产生蒸汽具有间断性、周期性。 由于螺杆膨胀动力机具有以上的技术特点，所以适应转炉生产的周期性。
2 设计方案
2.1转炉蒸汽发电系统
通钢 3台120tt 转炉汽化冷却烟道回收大量热能产生蒸汽，通过蓄热器均压后，经集汽缸引入饱和蒸汽管网。在蒸汽管网设置一路电动阀，将饱和蒸汽引至蒸汽螺杆膨胀机驱动发电机进行发电。 饱和蒸汽经螺杆膨胀机减压发电，排入厂区蒸汽管网。螺杆膨胀机组夏季和冬季蒸汽进汽参数均为 26.8t/h，压力1.1MP（A）；蒸汽排气参数夏季压力为0.1MP（A），冬季压力为0.6MP（A）。夏季螺杆膨胀机组额定发电功率为 1100kW，冬季额定发电功率为 400kW，机组主要参数见表1，发电系统蒸汽流程见图 1。
2.2 设备选型
该发电系统的主要设备是螺杆膨胀机和发电机， 其中螺杆膨胀机型号为 SEPG400 － 1300 / 3000 －1.35－C，额定功率为 1100 / 400，额定进汽量 26.8t / h， 额定进汽压力 1.1MPa， 额定进汽温度 184℃ ， 额定排汽压力0.1 / 0.6MPa， 额定排汽温度 100/ 158℃ ， 额定转速3000r/ min。
发电机型号 1300kW － 1500r/ min，额定功率1300kW， 额定电压 10kV， 额定频率 50Hz，功率因数0.88，额定转速1500r/ min。
2.3控制系统
采用自动控制方式和手动控制方式，并能实现无扰动相互切换，螺杆膨胀发电机组、 辅助系统以及电气控制都集中在蓄热间发电站控制。中控制设置在蓄热间内螺杆膨胀机旁， 并设置远程画面供转炉控制室监控。
2.4调速系统
调速系统主要由 PLC (可编程逻辑控制器) 和执行器组成，控制系统包括: 超速保安装置以及润滑油和冷却水保护，温度保护等。其中任一保护装置一旦发生故障，都能同时发出光报警，必要时能自动停机并触发相关连锁控制，确保设备安全，其工作原理有以下2 种。
(1) 转速控制: 转速信号取自螺杆出轴测速传感器，采用闭环 PID 调节方式，以转速反馈作为调节参量，控制进气调节阀的开度，从而保证螺杆膨胀动力机按设定的转速稳定运行。
(2) 载荷控制: 可以根据负载 (压力、 温 度、 功率等) 要求，以负载反馈参数作为调节量，采用闭控制方式包括自动控制方式和手动控 制方式，并能实现无扰动相互切换。
3 效益分析
3.1项目直接经济效益
均按运行时间 4000h，电价 0.6元/kWh， 经济效益分析见表 2。项目投资 620 万元，投资回收期约2年。
3.2社会效益分析
项目无烟尘及其它污染物排放，大大减少了蒸汽向空气中的排放量，改善了周边环境， 环保性能好，属清洁能源生产技术。
以炼钢过程中产生的低压饱和蒸汽作为热源，整个发电工艺过程不需要燃烧燃料，对大气环境不增加任何污染物排放。 同时能增加电力供应等，实现节能减排。
项目回收利用余压、余热发电，可以降低企业的产用电量，一方面提高一次燃料的利用 率，另一方面优化了企业整体能耗结构。从更高的层面来看，企业自身能耗的优化，为缓解社会能源供求紧张，减少煤炭消耗和二氧化碳排放也产生积极的作用。
4 结语
通钢采用螺杆膨胀发电机组进行转炉余热蒸汽发电，维护成本低，经济效益明显，投资回收期短。 在不影响公司蒸汽平衡的基础上利用蒸汽压差能量进行发电，减少了能源浪费，达到清洁生产的目的，并且经济效益和社会效益良好。