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摘要：余热发电是将工业生产中多余的热能转为电能的技术。不仅节能还有利于环境保护，响应了国家节能减排的政策方针。近年来超高温超高压中间再热煤气发电技术在钢铁行业渐渐被使用，具有广阔的发展前景。结合吉林某钢厂超高温超高压余热发电项目的设计及运行，进行归纳与总结，对同类型的工程改造具有一定的借鉴意义。
关键字：钢铁厂；超高温超高压中间再热煤气发电；节能减排；电气设计
引言
伴随着工业的飞速发展，能源消耗量增长过快、生态环境恶化、温室效益等问题也越来越严重。为了缓解这些问题，节能减排已经成为我国的基本国策。为了保证可持续发展，使工业的余热、余气、废热、废气得到有效的利用，国家颁布了一系列的相关政策。2006年，第十届全国人民代表大会常务委员会第四次会议审议通过的《国民经济和社会发展第是一个五年规划纲要》在第二十二章“发展循环经济”中明确指出，要将钢铁和建筑材料等行业开展余热余压利用列为国家十大重点节能工程项目之一。2010年，六部委组织编写了《中国资源综合利用技术政策大纲》，要求推广钢铁工业废气余热、余压发电技术。2011年，财政部、国家税务总局发布《关于调整完善资源综合利用产品及劳务增值税政策的通知》，销售自产的利用工业生产过程中产生的余热、余压生产的电力或热力，可以享受增值税即征即退100%政策。2012年，工信部发布的《工业节能“十二五”规划》，要求在钢铁、有色金属、化工、建材、轻工等余热余压资源丰富的行业，全面推广余热余压回收利用技术，推进低品质热源的回收利用。
在这些政策的号召下，超高温超压余热发电技术在钢铁领域得到了越来越多的应用，成为了目前在钢铁领域主流的余热利用技术。
1 余热能源的组成
以吉林鑫达项目为例，该工程是把钢厂原有的煤气重新整合，进行高效利用。将原先高能耗、低效率的煤气发电系统停用，把煤气进行整合高效利用，建设1台高温超高压中间再热煤气锅炉，配套高温超高压中间再热凝汽式汽轮发电机组进行发电，提高煤气的发电效率和公司自备发电装备水平。锅炉的燃料为钢厂日常生产中产生的高炉煤气和转炉煤气，锅炉采用转炉煤气点火。高炉煤气和转炉煤气的成分如下下表所示：
高炉煤气组成（体积％）
注：高炉及转炉煤气中不含硫成分。
根据煤气所能产生的热量，该项目新建1台220t/h高温超高压中间再热煤气锅炉（13.7MPa、540℃），1套65MW高温超高压中间再热汽轮发电机组及配套的辅助设施及相关公用设施。
2 余热发电的收益
以吉林鑫达项目为例，发电机组的装机容量为65MW。由机组投入运行后的现场反馈得知机组净发电量约为每小时6*104kWh，年发电量（扣除机组检修的时间）约为18.6*106kWh，电价按0.65元/kWh计算，发电收益约为1210万元/年。
由此可看出，超高温超高压中间再热煤气发电技术可为钢厂节省可观的电费。该项目所发电量均供钢厂的日常生产所用，在提高能源利用率的同时，也减少了工业废气的排放，保护了环境。在得到经济效益的同时，社会效益也得到了提高。
3 电气系统设计中应注意的问题
1）电气主接线的设计
电气主接线是余热电站的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电布置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须合理确定主接线方案。
根据《小型火电厂设计规范》GB 50049-2011，此类工厂自备电站多采用单母线或单母分段的接线方式。为保证机组的可靠运行及供电的可靠性，设一路备用电源作为机组的启动电源以及发电机故障时机组的停机电源。
但需注意，余热电站采用的是并网不上网的运行方式。电站接入系统时，需保证在并网点所在的母线上，余热电站生产的电能都利用掉，避免倒送电的情况出现。
2）限制短路电流
以吉林鑫达项目为例，由于新上了汽轮发电机组，当并网侧短路时，该点承受的短路电流不再仅是由电网提供的系统短路电流，还需加上新建的汽轮发电机组所产生的短路电流。远大于之前由电网系统产生的短路电流。这样一来，电网侧的高压断路器的分断能力将满足不了短路电流的要求。但是更换并网侧所有高压断路器所需成本太高，因此在联络线上加装一台限流电抗器限制发电机侧的短路电流，从而降低整体的短路电流，是非常经济合理的措施。
3）发电机出口断路器的使用
发电机出口断路器，它的作用是发电机和电网之间的一个可以控制的断开点，隔离发电机故障。其原理和普通断路器没有太大区别，只是由于发电机的故障时，直流分量较大会影响普通的断路器开断电流，不能及时的切除故障。因此对于装机容量较大的发电机，需对其短路时的直流分量进行核算。
根据《导体和电气选择设计技术规定》DL/T5222-2005，发生短路故障时，当直流分量不超过20%时，直流分量对断路器开断能力的影响可忽略不计。当直流分量大于20%时，需采用专用的发电机出口断路器以减少直流分量对断路器分段能力的影响。
4）并网运行的安全措施
余热电站能够有效的提高供电的可靠性及供电质量，而且其还能够调节电力余缺，有助于节约能源，降低经营成本。但是由于电站容量往往小于电网容量，一旦电网发生事故，余热电站的发电机可能会遭受较大的冲击，其对于余热电站的正常使用造成了较大的影响。
针对这些问题必须要采取行之有效的安全措施。首先，需要选择适当的并、解列点，自备电站的发电机、母线分段开关一般都应作为并列点，作为与电网有联系的联络线并、解列点应设在联络线自备电站侧，同期装置应设在电站主控室。这样当电网发生事故时，联络线就会自动断开，自备电站也不会因此受到外网的影响。其次，做好联络线继电保护装置设置，为了保证电站和电网安全、可靠的运行，在联络线带电站侧应安装功率方向保护装置、低电压、低周波解列装置等。从而提高在电网事故时联络线解列的灵敏度。此外，电网侧应设置功率方向保护装置，具体设置时应当与当地的供电部门公共通商讨确定，这样才能更好的保证发电站的稳定运行，提高设备的运行效率。
4展望与启示
我国是热能利用大国，存在着大量可利用的热源。作为工业生产领域节能减排的重要手段，余热发电技术有着广阔的发展与应用前景。这种技术是被喻为继煤炭、石油、天然气和水电之后的“第五种常规能源”，既能缓解资源供应紧张也能保护环境，实现可持续发展。在未来应该要更加努力的拓展新的技术，将之前未被能有效利用的低温余热也利用起来，更好的发挥余热发电技术的价值。
参考文献
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论文作者:冯荔媛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/11/8
标签：余热论文; 煤气论文; 电站论文; 电网论文; 发电机论文; 断路器论文; 机组论文; 《基层建设》2018年第27期论文;