超低压饱和蒸汽发电技术在煤化工中的应用分析

超低压饱和蒸汽发电技术在煤化工中的应用分析

任海洋 ,吴业志 ,潘俊波

湖北三宁化工股份有限公司,湖北 宜昌 443206

摘要：随着国家经济的快速发展，对节能减排的要求也越来越高，煤化工对低品位蒸汽的利用越来越重视，低压饱和蒸汽发电技术在回收富余低温低压蒸汽进行余热发电方面优势显著，它不仅避免了大量蒸汽对空排放造成的环境污染问题，还使企业获得了电能，极大程度上缓解了企业用电需求。基于此，本文将对超低压饱和蒸汽发电技术在煤化工中的应用进行分析。

关键词：超低压饱和蒸汽发电技术；煤化工；应用

1 低压饱和蒸汽汽轮发电介绍

低压饱和蒸汽汽轮发电、低压蒸汽螺杆膨胀发电技术的核心是发电机组。汽轮机发电是目前最成熟的发电主机设备，但常规的低压蒸汽汽轮发电组的进汽均为过热蒸汽，为防止低压饱和蒸汽带水对汽轮机叶片造成损坏，专用的低压饱和蒸汽汽轮机组采取针对性的措施，如在进汽口前增设带蒸汽滤网的汽水分离器，提高蒸汽干度；通流部份各压力级前设置疏水槽沟，末三级隔板设置除湿疏水环形槽；末一、二级叶片等进汽边硬化处理等，已经成功应用近10年。饱和蒸汽低压蒸汽汽轮发电组优点是发电效率高，汽耗率低，同等余热蒸汽可配置更大的装机功率，缺点是机组及配套系统相对复杂。

低压蒸汽螺杆膨胀发电技术核心是采用螺杆膨胀动力机技术，其基本构造是由一对螺旋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。其特点如下：

(1)热源参数波动：允许热源的压力、流量、温度有较大的波动，机组能安全平稳运行；(2)操作简单：机组运行可以不暖机车、不盘车、不飞车；长期无大修、维修简单；设备不易损坏，可手动和自动操作，不会出现安全事故；(3)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。但由于受其结构所限，也有一些不足之处。首先背压不能充分利用，只是降低了蒸汽的压力，与低压蒸汽汽轮发电相比，其转换效率较低；其次，由于采用的是螺杆，螺杆直径无法制作太大，因此单机功率小于1500kW，如果蒸汽量较多，则所建机组数量太多。

2 蒸汽发电现状

目前，煤化工工业的发展已面临资源和环境的双重制约，从长远来看，资源环境问题已是影响煤化工工业生存和发展的重大问题，只有转变增长方式，大幅度提高能源利用效率，以能源的有效利用促进煤化工工业的可持续发展，才能使煤化工工业有更大的生存和发展空间。余热回收利用的问题已摆在煤化工企业日程表的前列。在钢厂余热低压饱和蒸汽回收方面，主要节能措施包括转炉汽化冷却、轧钢加热炉汽化冷却、球团余热锅炉、部分低压烧结余热锅炉等。蒸汽发电经历了中温中压→次高温次高压→高温高压的初参数逐步提升过程，目前主流的是高温超高压中间一次再热机组，发电汽耗率约3.1kg/kWh，高炉蒸汽耗率约3m3/kWh，大大提高了蒸汽发电的能源利用效率。

3 超低压饱和蒸汽发电技术在煤化工中的应用

3.1 低压饱和蒸汽螺杆膨胀动力发电技术

螺杆膨胀动力发电技术的核心设备是螺杆膨胀动力机。螺杆膨胀动力机在上世纪70年代被美国率先研制，并成功地用于地热汽水两相流的热能回收利用，机组功率60kW。其后，日本、奥地利等国也做了大量的研制工作。我国对螺杆膨胀动力机的研究起始于80年代初期，并将其列为八五计划科技攻关项目。1990年我国成功研制出5kW的实用样机，同年通过国家建材工业局组织的验收。目前我国研制螺杆膨胀动力机在电力、化工、造纸等行业得到了广泛的应用。我国制造的螺杆膨胀动力机单机功率范围1~3000kW。

螺杆膨胀动力机是容积式膨胀旋转螺杆式动力机，基本结构由一对螺旋转子(阴阳螺杆)和机壳组成。工作原理是通过热流体在螺杆槽道中降压膨胀，推动阴阳螺杆向相反方向旋转对外做功，实现热能向机械能转换。

低压蒸汽螺杆膨胀发电技术是将低压饱和蒸汽送至螺杆膨胀动力机，推动螺杆旋转来带动发电机发电，螺杆膨胀动力机的排汽可根据工厂需要直接送至厂区蒸汽管网，也可凝结成水回收利用等。

3.2 机内再热除湿汽轮机技术

机内再热除湿多级冲动式汽轮机，是由广州能源研究所开发的一种新型饱和蒸汽发电设备，原理为在汽轮机汽缸内的其中一相邻级或若干相邻级的级间设置蒸汽再热器，由该汽轮机的主汽门后的主蒸汽管上引出一股新蒸汽通入蒸汽再热器中，用于加热汽轮机中膨胀到一定程度的湿饱和蒸汽，降低其湿度，以保护汽轮机不受水蚀损害。该汽轮机可以广泛适用于饱和或过热度较低的蒸汽，在保持较高汽轮机效率的情况下有效避免了叶片的水蚀问题。

3.3 螺杆膨胀机技术

螺杆膨胀机的结构是由一对阴阳螺杆转子、机壳体、进汽端座、后端座、阻流式轴封、支持轴承和止推轴承组成的，工作原理是压力较高的流体进入螺杆齿槽，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。螺杆膨胀机既可以用于发电，也可以用于驱动泵、压缩机、风机等，其特点如下：

（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、易结垢污染热源、石化热工质等：

（2）热源参数波动：允许热源的压力、流量、温度有较大波动，机组能够安全平稳的运行；

（3）操作简单：机组运行可以不暖机车、不盘车、不飞车：长期无大修、维修简单；设备不易损坏，可手动和自动操作，事故率低；

（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。

4低压蒸汽汽轮发电安装调试技术要点

4.1基础浇灌

在低压蒸汽汽轮发电安装过程中，基础浇灌工作的施工质量直接影响到后续施工过程的稳定性。考虑到实际施工过程所处地质环境的复杂性，对此技术人员需要做好前期准备工作，对基础结构情况进行了解，制定合理的基础浇灌方案，从而有效提升结构浇灌效果。技术人员需要细致研究项目设计图纸，明确各个结构的预埋位置，同时将结构的其他类型指标进行合理管控，可以制定详细的施工技术操作表格，根据表格中标注的内容进行相关性施工，从而有效提升各个环节施工的有序性，减少施工过程中施工问题的发生概率。在具体的安装过程中，技术人员需要管控好设计误差，将其控制在合理范围内，从而有效提升结构的应用价值。

4.2轴系的找正

在低压蒸汽汽轮发电现场安装过程中，轴系的找正非常重要。如果采用平时的常规方法寻找轴系中心，操作较烦琐，且不易达到预期效果。在准备找正轴承时，需要注意以下两点：第一，需要提前了解轴承的标高；第二，需要懂得低压转子前后轴的颈扬度值。在实际技术改造的操作过程中，还要全面考虑高中压缸的重量是否会在一定程度上影响低压转子的轴颈扬度。

4.3汽缸组合就位技术

汽缸组合结构相互间是串联的。根据性能的不同，分成低、中、高三种缸体。而根据低压缸的位置不同，可分成前、中、后三种。在实际组合技术操作的整个过程中，是先下后上、先中后左右。当完成组合后，辅助支撑点必须要实施消除处理防止在运行过程中出现阻碍。把所有缸体安装到位后，认真仔细检查气缸缝隙，及时密封与焊接，避免出现遗漏现象。

4 结束语

新型余能余热发电的技术原则是“能级匹配、高能高用、温度对口、梯级利用”。用该技术对现有煤化工厂能量回收系统进行改造，以及对产能置换后直接导入该技术，由于热功转换效率的提高，消耗同样的一次能源，将多回收6.7%的二次能源。

参考文献：

[1]岳凤洲,姚强,刘伟,张建康,刘琳.国产螺杆膨胀机饱和蒸汽发电技术实践浅析[J].硫酸工业,2020(12):40-41+46.

[2].低温余热回收利用总结[C]//.第十五届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集.,2019:481-482.

[3]李杰.饱和蒸汽发电技术在煤化工企业的应用研究[J].科技与创新,2019(08):160-161.DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.070.