铜冶炼系统余热饱和蒸汽发电实践 李光田 1、概况
北方铜业侯马冶炼厂熔炼炉和吹炼炉的余热锅炉每小时生产的饱和蒸汽约34吨，其压力为4.0MPa，除冬季采暖及职工生活洗澡用少量汽外，其余全部外排空。侯马冶炼厂为降低生产成本，节约能耗，增加收入，改善环境，决定上余热发电项目。装机容量2030KW，选用背压式饱和蒸汽发电机组C5DSII+G+G（德国TUTHILL ENERGY SYSTEMS公司产品），供热能力为32.3t/h（尾气压力0.5MPa，温度152℃）。200５年４月１４日并网发电试运行，现有条件下最高发电量１5００ＫＷ。

2、C5DSII+G+G饱和蒸汽发电机组设备主要技术参数
2、1 汽轮机主要技术参数
●  饱和蒸汽流量：正常12－34 t/h(波动)。
●  汽轮机入口蒸汽压力：正常　4.0MPa；最高：4.4MPa
●  汽轮机出口蒸汽压力：正常　0.5MPa；最低：0.4MPa
●  汽轮机入口蒸汽温度：正常；250.3℃；最高：254.7℃ 
●  汽轮机出口蒸汽温度：正常　151.9℃； 最低：151.9℃
●  最大发电功率：2030KW。
●  电压等级：6000V。
●  发电机转速：1500rpm。
●  汽轮机级数：单机。
●  冷却水耗量：25T/H。
●  噪音值：85分贝。
●  机组重量：
汽轮机：5.4T，发电机：10.2T，控制柜：2.3T（含高压柜和监控柜）。
●  机组规格尺寸：5380*2300*2830

2、2 发电机部分技术参数 
●  额定输出：    2750KVA
●  功率因数：    0.8
●  电压（±5%）：6300V
●  频率：        50HZ
●  轴转速：      1500RPM
●  励磁电压：    37V
●  励磁电流：    3.1A

3、 工艺方案简介
3、1 C5DSII+G+G饱和蒸汽发电机组的特点
●负荷变化范围大、应用范围广。由于采用了三组喷嘴调节阀，因而有很宽的负荷调节范围及较高的负荷效率，机组可适应15%-100%范围的负荷变化，且有较高的调节精度。特别适合侯马冶炼厂余热蒸汽负荷变化范围大的余热锅炉系统。单机从45KW至3000KW均为单级背压式机组，适合背压蒸汽需进一步利用的余热蒸汽系统。
●结构简单、启停迅速。单级汽轮机结构简单，占地面积及空间占用小，一次性投资费用低，维护及使用费用低。可以用最小的维护费用，获得最大的收益。汽轮发电机组操作非常简单，从启动至发电并网成功，只需按两次按钮（并网过程为全自动，也可实现手动并网）。机组从冷态启动到并网发电成功，最多只需要10分钟，而短期停机后的重新启动过程可在60秒钟内完成，启停非常方便。
●良好的防水蚀特性。设计相对低转速，减少由于高转速而引起的部件冲刷（会导致发电效率降低）；高性能材质及壳体上在首级， 级间及出口处设有带不锈钢节流孔的排水装置；增加汽水分离器，减少蒸汽含湿度至设计值。
●操作人员无须进行非常专业的培训。
●设备基础简单，容易安装。
3、2  C5DSII+G+G型饱和蒸汽发电机组的结构及工作原理
3、2、1  C5DSII+G+G型饱和蒸汽发电机组结构组成：
C5DSII+G+G型饱和蒸汽发电机组包括透平机、减速机、同步发电机及监测控制系统。叶轮为单排叶片排列，叶轮是有五轴数控机床加工而成；同步发电机具有自励磁、自调节（电压调节范围为±5%）、无刷结构的特点。电液控制喷嘴组阀装置通过螺栓固定在透平机外壳上。此喷嘴组阀的作用是在蒸汽量变化的前提下，提高蒸汽透平机的发电效率。透平机、同步发电机自动控制柜用于透平机、同步发电机的控制和监测。控制面盘显示设备的工作状态，该柜包括西门子S7-300 PLC系统OP17荧光显示屏、Woodward 505速度调节器（速度调节器是由一个32点微处理器组成，通过控制进口喷嘴组阀借以达到控制恒定速度输出的目的）、同步并网装置等。
3、2、2  C5DSII+G+G型饱和蒸汽发电机组工艺简介
4.0MPa的饱和蒸汽通过主蒸汽管进入与蒸汽汽轮机发电配套的汽水分离器，干饱和蒸汽经切断阀、喷嘴组进入汽轮机内，释放能量，推动叶轮带动发电机发电，排出的背压蒸汽（0.5MPa）并入厂区低压蒸汽管网。少量蒸汽在能量释放过程中冷凝成水，排出汽缸后被回收至动力车间水处理房。该发电工艺技术线路设备简单，工艺成熟，应用广泛应用。
3、2、3 C5DSII+G+G型饱和蒸汽发电机组运行实践
机组安装后于200５年４月１４日并网发电试运行，在进行72小时试车调试过程中，现场测量数据表明饱和蒸汽发电机组运行效果良好，允许最小蒸汽流量可以达到5 t/h。实测数据见表1。一年多的运行中最高发电功率１２００ＫＷ，瞬时功率1680ＫＷ（持续时间3分钟），发电量平均120度/吨铜。
蒸汽量T/h   5  6  8   10.4 13.2 15.7   18.1 20.8 22.4 23.6 24.4
发电量  40 90 240  351 525  701   843 987 1084 1146 1188

表1 实测运行数据（入口压力3.9MPa，出口压力0.3MPa）

4、经济效益分析
在目前的生产规模下（年生产电铜5万吨）平均用于发电的饱和蒸汽为20吨/小时，发电效益见表2。年检修材料备件运行费用计8万元，由于无需允许人员，不计工资；固定资产折旧费按35.0万元/年。年度总收益为发电万元-成本=297.952-8-35.0=254.652万元。投资回收期2.7年。


5、结束语
利用背压式饱和蒸汽发电机组替代蒸汽热力系统中的降压减压阀，改善了侯马冶炼厂蒸汽热力系统配置不和理、浪费严重的状况，提高了热能利用效率，实现节能节电，为企业创造较好的经济效益和环境效益。该方案不仅先进可靠，而且见效非常快，投资回收期短，对铜冶炼行业余热蒸汽采用减压阀降压的企业有所借鉴。