摘要：钢铁厂中随着钢铁的冶炼产生大量热能，早先通过水塔冷却将钢铁厂产生的热能白白损耗，现今越来越多的钢铁厂将热能再利用发电发展成为了一种“潮流”，通过热能加热形成蒸汽，推动汽轮机转动后带动发电机进行发电，但现今发电规模较小，通常以钢铁厂自备电厂的形式存在。钢铁行业对我们生产生活影响深远，想要了解当今钢铁厂能源利用，关注钢铁行业降本增效成果，对钢铁厂整个热能再利用发电体系的了解，就是其中重要的一环。

关键词：热能；发电；汽轮机；发电机；自备电厂；电气；仪表

前言

发电厂的生产工作是个极为复杂的工序，从介质分类上讲有水、油、汽等，从工种分类上讲有电气、仪表、机械、土建、管道等，每一个类别都是一个庞大的系统，本文从四大设备系统综合笼统的讲述整个生产过程，让读者对整个发电生产过程有个系统了解，同时从电气、仪表的角度对其中关键位置的安装、监测提出个人观点，供读者参考借鉴。

一、钢铁厂自备电厂能量来源

钢铁厂建造的自备电厂基本上都是围绕高炉炼铁之后产生的高炉煤气与焦炉煤气混合后提升热值后作为热源进行的，钢铁场内大量的煤气管道随处可见，管道将煤气在各个厂部之间进行传递，减少能源的损耗同时将产生的煤气进行处理，自备电厂将混合煤气经过处理后在锅炉内进行燃烧加热水冷壁内循环水产生蒸汽为整个发电机组提供基础能量。煤气的二次利用对钢铁厂而言既处理的产生的大量的煤气又作为能源为钢铁厂增加了效益。

钢铁厂自备电厂是为了保障生产能源的稳定供应而建造的。在钢铁厂的生产过程中，大量的电能是必须的。因此，自备电厂就成为了钢铁厂的重要设施之一。首先，钢铁厂自备电厂的生产过程需要从原材料的储备开始。钢铁厂自备电厂需要大量的燃料才能产生足够的电能，因此，钢铁厂需要储备足够的煤炭、天然气、油料等燃料。这些燃料需要经过加工和处理，使其符合自备电厂的燃料标准。在生产过程中，钢铁厂的自备电厂会根据燃料储备量和生产需求进行燃料投入和供应。其次，钢铁厂自备电厂的能量来源主要分为化石燃料和可再生能源两大类。化石燃料是目前钢铁厂主要的自备电厂能量来源。在燃烧化石燃料的过程中，会产生大量的二氧化碳等温室气体，对环境造成较大影响。因此，钢铁厂也逐渐开始关注可再生能源的利用。目前，钢铁厂自备电厂采用的可再生能源主要包括太阳能、风能、水能等。这些能源可以通过光伏发电、风力发电、水力发电等方式进行收集和利用。最后，钢铁厂自备电厂的生产过程需要注意环保问题。钢铁厂自备电厂在燃烧燃料时会产生大量的废气和废水，这对环境会造成污染。因此，钢铁厂需要采取一系列措施来降低自备电厂的污染排放。比如，采用先进的烟气脱硝、烟气脱硫等净化设备，以及进行废水的处理和回收等。

二、汽轮机机组及发电机机组

从工序上来讲，是蒸汽推动汽轮机转动后带动发电机转动发电，所以电厂内的汽轮机和发电机通常相近排列，通过转轴连接。汽轮机本体由静子和转子构成，汽缸、喷嘴和隔板、汽轴、轴承及支座等不转动的部分统称为静子，主轴、叶轮和动叶片等转动部分转子，现今国内品牌以上海汽轮机厂汽轮机最为常见，但就个人而言，上汽的图纸识别较其他厂图纸较为繁琐，同时在不同专业衔接中上汽图纸容易出错。发电机分直流发电机和交流发电机两大类，后者又可分为同步发电机和异步发电机。现代电厂中最常用的是同步发电机。它由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但不能向负载提供无功功率。因此，异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联，或并接相当数量的电容器。

除了燃料的储备和能源的来源之外，钢铁厂自备电厂的生产过程中，还有两个重要的设备：汽轮机机组和发电机机组。

汽轮机机组是钢铁厂自备电厂中的核心设备之一。它的主要作用是将燃料燃烧后释放的热能转化为机械能，进而带动发电机机组产生电能。汽轮机机组由锅炉、汽轮机和辅助设备等组成。燃料经过锅炉燃烧后，产生的高温高压蒸汽进入汽轮机中，带动叶轮转动，从而产生机械能。汽轮机机组的优点是效率高、稳定性好，可以在长时间的运行中保持较高的效率和稳定性。

发电机机组是钢铁厂自备电厂中的另一个重要设备。它的主要作用是将汽轮机机组产生的机械能转化为电能，向外输出。发电机机组由发电机、变压器、控制系统等组成。在汽轮机机组产生的机械能驱动下，发电机内的转子和定子之间会产生磁场，从而在发电机的输出端产生电能。发电机机组的优点是电能输出稳定、运行安全可靠。

值得注意的是，钢铁厂自备电厂的汽轮机机组和发电机机组需要定期进行检修和维护。这是为了确保设备的正常运行，延长设备的使用寿命，同时也是为了确保生产过程的连续性和稳定性。在检修和维护过程中，需要对设备进行全面的检查、清洗和维修，以便及时发现和解决问题。此外，钢铁厂还需要建立完善的机组运行管理体系，及时掌握设备的运行情况，对设备的运行参数进行监测和分析，从而保证设备的正常运行。总之，汽轮机机组和发电机机组是钢铁厂自备电厂的核心设备之一，它们对于保障钢铁厂生产过程中的电力供应非常重要。钢铁厂需要储备足够的燃料和采取多种方式进行能源的收集和利用，同时还需要建立完善的机组运行管理体系，确保设备的正常运行。

三、电气系统

电厂电气系统包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电所等，其中各种服务于电力生产、直接参与生产、分配和输送电能的电气设备，如发电机、变压器、断路器和隔离开关等我们称为电气一次设备。通常新建电厂时会优先考虑一组倒送电电源，为控制发电机、泵、电动阀门、仪表等的各级变压器提供设备前期调试启动电源，通常倒送电电源从其他现有位置引入电厂区域并且电压等级远低于发电等级。其次电气系统从下到上逐级为：底层小电机、仪表、电动阀门、泵等设备的控制柜；控制各分系统的变压器；各分系统的高压断路器（高压柜）；升压变压器；GIS断路器。由GIS引出至电网，上网送电。

电厂内部的电气可以笼统的分为400V低压系统及高压系统。高压系统主要集中在电源引入引出厂区一直到各分系统降压变压器一次侧间都是高压为主，主要涉及的到电气设备为GIS断路器、升压变压器、高压柜、隔离柜、铜管母线、降压变压器、高压电机，其中高压电机通常拖动供水泵、送风机、循环水泵等设备。低压系统主要集中在降压变压器二次侧至低压现场设备之间，主要涉及的电气设备有交流低压柜、直流柜、UPS柜、仪表柜，其中交流低压柜、直流低压柜有分别为高压柜、GIS、变压器、变频器等高压控系统，同时也为照明、火灾报警、通讯、计算机网络、仪表盘柜等低压系统供电。

电气系统是钢铁厂自备电厂中非常重要的一部分，它主要负责电力的输送和分配。电气系统由高压开关设备、变电设备、配电设备、自动化控制设备等组成。在自备电厂中，电气系统的重要性不言而喻，它能够确保电力从发电机机组输送到各个生产区域，为钢铁厂的生产提供必要的能源。

钢铁厂的生产需要大量的电力支撑，因此电气系统必须具备高效、可靠、安全的特点。在电气系统的建设中，需要考虑到设备的可靠性、设备的适应性和设备的互换性等因素。电气系统还需要考虑到电力的负载均衡、电力质量控制、电力安全保护等方面的问题，以确保生产过程的稳定性和安全性。

为了确保电气系统的正常运行，需要对其进行定期的维护和检修。在维护和检修过程中，需要对设备进行全面的检查和清洗，及时发现和解决问题。此外，还需要对设备进行合理的配电和升级，以适应不同阶段生产的需要。

在电气系统的建设过程中，还需要考虑到电力的节能问题。钢铁厂自备电厂需要采取措施降低电力的消耗，以提高自身的经济效益和环保水平。对于电气设备，需要选用低能耗、高效率、长寿命的设备，以降低生产成本。此外，还可以采用智能化控制系统和能源回收等措施，实现电力的高效利用。

四、仪表系统

发电厂整个仪表系统较为复杂，虽然设备功率、体积不大，到时数据及其庞大。笼统的讲电厂的仪表分为两大类，一类是集成安装在机械设备上的，日常不可随意更换的仪表，例如：变频器、箱式变压器的操作面板，仪表柜的显示面板、高压盘柜上的显示面板等。此类仪表一旦出现问题，通常需要停机进行维修、更换。另一类仪表是单独安装，例如外装压力表、外装温度计、插拔式热电偶、外装液位计等一系列单独安装的仪表，此类仪表通常设置了隔断球阀可以在关闭球阀之后进行维修更换，较为方便。

为了日常便于监测和维护，我们通常安装系统划分仪表，例如水汽系统中包含了各类管道上进行测量的流量计、压力表、温度计，汽包、水冷壁、过热器上的热电偶、温度计，电气系统中的电流表、电压表、各类过载报警参数表，机械系统中的监测振动、温度等参数的传感器。如此划分方便各个专业进行自己专业范围内的仪表监测和日常维保。

电厂中会涉及到一些特殊仪表，例如含放射性的仪表对高压煤气管道进行监测，此类仪表的安装、更换一定要满足各类检测合格之后按操作手册进行安装。此外，用到最多的仪表就是变送器，各类型变送器是电厂中数量最多的仪表，所以在日常生产、工作中需要提前考虑备品、备件的准备工作。在钢铁厂自备电厂的生产过程中，仪表系统是非常重要的一部分。它主要用于监测和控制电厂各项参数和运行状态，确保电厂运行的安全、稳定和高效。

仪表系统包括测量仪表、控制仪表、报警仪表和自动化控制系统等。测量仪表主要用于监测电厂各项参数，如温度、压力、流量、功率等；控制仪表主要用于控制电厂各个设备的运行状态，如开关、阀门、泵等；报警仪表主要用于发现电厂各项参数出现异常或超标情况时进行报警；自动化控制系统则是对电厂的整个生产过程进行自动化控制和管理。

仪表系统在电厂生产过程中具有非常重要的作用，它能够实现对电厂生产过程的实时监测和控制，为电厂生产提供可靠的保障。具体来说，仪表系统能够实现以下功能：第一，实现对电厂各项参数的实时监测。通过仪表系统的测量仪表，可以对电厂的各项参数进行实时监测，如温度、压力、流量、功率等，确保生产过程中各项参数处于正常范围内；第二，实现对电厂各个设备的实时控制。通过仪表系统的控制仪表，可以实现对电厂各个设备的实时控制，如开关、阀门、泵等，确保设备的正常运行和安全运行；第三，实现对电厂生产过程的自动化控制和管理。通过自动化控制系统，可以实现对电厂生产过程的自动化控制和管理，确保生产过程的高效、稳定和安全；第四，实现对电厂生产过程中的异常情况的及时报警。通过仪表系统的报警仪表，可以实现对电厂生产过程中的异常情况进行及时报警，如温度、压力、流量等参数出现异常或超标情况。

五、结语

综上所述，钢铁厂中的自备电厂是个庞大的系统，每个系统都极为复杂，需要各专业之间密切配合进行日常的生产、工作。各个钢铁厂的自备电厂为钢厂的日常高负荷用电生产提供的应急保障，使得电厂即使电网有大的波动也可以及时切换自备电厂实现应急供电。

参考文献：

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[6] 冶金电厂烟气脱硫控制系统优化.曹美杰、张海忠、肖连娟、仲勇著.河北冶金.2022。

作者简介：彭成峰（1980.12），男，汉族，湖北天门，本科，设备保障中级工程师，研究方向：设备管理。任职于钢铁厂生产一线，在负责相关项目岗位任职多年，具备丰富的钢铁生产流程经验，并以现场负责人的岗位负责过自备电厂的筹建工作。