運(yùn)用系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤氣向發(fā)電高效轉(zhuǎn)換

鄭玉清，翟大平，杜萬生，任秀芹

（撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司，遼寧撫順113001）

運(yùn)用系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤氣向發(fā)電高效轉(zhuǎn)換

鄭玉清，翟大平，杜萬生，任秀芹

（撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司，遼寧撫順113001）

從國(guó)家政策要求和企業(yè)降低能源使用成本兩方面說明了煤氣向發(fā)電高效轉(zhuǎn)換的必要性。分析了本企業(yè)二次能源資源利用現(xiàn)狀，提出提高自發(fā)電量的總體策略。給出了煤氣全部回收利用，優(yōu)化煤氣、蒸汽消耗結(jié)構(gòu)的技術(shù)措施，運(yùn)用能源管理中心（EMS）工具實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣、蒸汽、發(fā)電負(fù)荷狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度。用PDCA循環(huán)管理模式進(jìn)行持續(xù)改善，提升了公司自發(fā)電量，降低了能源使用成本。

系統(tǒng)節(jié)能；節(jié)能減排；高效轉(zhuǎn)換；自發(fā)電比例

1 引言

1.1 實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換是國(guó)家的政策性要求

“十一·五”期間，國(guó)家將“能量系統(tǒng)優(yōu)化（系統(tǒng)節(jié)能）”作為十大節(jié)能工程之一。鋼鐵行業(yè)針對(duì)自身的特點(diǎn)，提出了許多系統(tǒng)節(jié)能的原則，如：“能質(zhì)對(duì)口、裕度合理、耦合匹配、系統(tǒng)優(yōu)化”的供、用能原則，“就近回收、就近轉(zhuǎn)換、就近使用、串級(jí)和梯級(jí)利用、高質(zhì)高用”的余熱余能回收和利用原則。

在裝備政策中提出爐頂煤氣壓力大于120 kPa的高爐均應(yīng)設(shè)置TRT設(shè)備。

工信部下達(dá)的工業(yè)企業(yè)“十二·五”規(guī)劃目標(biāo)指出：

二次能源全部利用：到2015年，自發(fā)電比例大中型鋼鐵企業(yè)余熱余壓利用率達(dá)到50%以上、利用副產(chǎn)二次能源的自發(fā)電比例達(dá)到全部用電量的50%以上。

煤氣回收利用率：到2015年，工業(yè)副產(chǎn)煤氣回收利用率達(dá)到98%以上。

1.2 實(shí)現(xiàn)煤氣高效轉(zhuǎn)換是降低能源使用成本的需要

能源成本通常占鋼鐵企業(yè)總成本的20%～30%。提高自發(fā)電量是企業(yè)最直接、最有效的降本途徑，已受到各級(jí)管理者的普遍關(guān)注。自發(fā)電比例多數(shù)企業(yè)己達(dá)到50%以上，寶鋼等少數(shù)企業(yè)在實(shí)現(xiàn)自給的同時(shí)，又實(shí)現(xiàn)了少量外供。在各工序中，自發(fā)電的行業(yè)水平為：

（1）燒結(jié)工序：噸燒結(jié)礦發(fā)電18～48 kW·h/t。

（2）煉鐵工序：TRT發(fā)電為33 kW·h/t～40 kW· h/t。

（3）轉(zhuǎn)爐工序：轉(zhuǎn)爐余熱蒸汽回收量己達(dá)到

80～110 kg/t，利用形式各企業(yè)不同，有的企業(yè)與燒結(jié)、球團(tuán)工序上的余熱蒸汽合用發(fā)電，有的企業(yè)回收后并入蒸汽主管網(wǎng)統(tǒng)一使用。工序發(fā)電水平難以考評(píng)。

（4）輔助工序：通常是采用煤氣向蒸汽轉(zhuǎn)換的發(fā)電形式，根據(jù)煤氣平衡富裕量配置鍋爐容量和發(fā)電容量。最終目的是將富裕煤氣全部利用。

2 公司二次能源資源利用現(xiàn)狀

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中消耗一次能源的同時(shí)，又產(chǎn)生了如煤氣、蒸汽等豐富的二次能源，這部分余熱余能的有效利用可顯著降低能源使用成本。一般二次能源占總鋼鐵能量（約700 kgce/t，國(guó)際先進(jìn)為642 kgce/t)的70%，包括副產(chǎn)煤氣及余熱余能（490 kgce/t材）；在公司內(nèi)部副產(chǎn)煤氣資源構(gòu)成有兩種：即高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣（無焦化生產(chǎn)工序）。在生產(chǎn)過程中，燃煤的能量有34%會(huì)轉(zhuǎn)換為副產(chǎn)煤氣。高爐副產(chǎn)煤氣量1700～1850 m3/t鐵，轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)煤氣量80～130 m3/t鋼，副產(chǎn)煤氣產(chǎn)生量大且能值高?！笆弧の濉鼻捌?，這部分能量利用形式多數(shù)為直接利用和轉(zhuǎn)換利用。直接利用形式為各生產(chǎn)工序上配置的所有燒油、燒煤的爐窯改用副產(chǎn)煤氣；轉(zhuǎn)換利用形式現(xiàn)存兩種：一種是利用中壓鍋爐將煤氣轉(zhuǎn)換為蒸汽，再利用汽輪機(jī)拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)向高爐供風(fēng)；另一種是利用高、中壓鍋爐將煤氣轉(zhuǎn)換為蒸汽，再利用汽輪機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電；通過以上兩種形式實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)煤氣高效轉(zhuǎn)化功能，進(jìn)一步提高能源使用效率。

蒸汽余熱資源構(gòu)成：在公司內(nèi)部，經(jīng)能流梳理總體余熱資源構(gòu)成為：

噸鋼余熱資源總量為8.44 GJ/t，是噸鋼可比能耗的37%。中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品攜帶的顯熱為33.5 GJ/t，占余熱資源總量的39%。各熔渣顯熱為0.74 GJ/t，占余熱資源總量的9%。各廢（煙）氣顯熱為3.10 GJ/t，占余熱資源總量的37%。冷卻水?dāng)y帶的顯熱為1.24 GJ/t，占余熱資源總量15%。余熱蒸汽流存在于燒結(jié)工序、豎爐工序、煉鋼工序、軋鋼工序中，經(jīng)回收裝置回收后，送入低壓蒸汽總管網(wǎng)，集中送到5.5 MW機(jī)組，實(shí)現(xiàn)低壓飽和蒸汽發(fā)電。

3 提高自發(fā)電量的總體策略

首先考慮發(fā)電單體設(shè)備發(fā)電指標(biāo)的提升，結(jié)合工藝參數(shù)調(diào)整，操作水平、設(shè)備運(yùn)行等能耗因子實(shí)施持續(xù)改善策略。2012年初針對(duì)TRT發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、發(fā)電用煤氣品質(zhì)、發(fā)電工藝配置合理性及運(yùn)行管理方面進(jìn)行分析,確定了提升TRT發(fā)電指標(biāo)提升的解決方案：

（1）提高爐頂壓力；

（2）提高TRT裝置煤氣流通量；

（3）提高煤氣溫度；

（4）降低煤氣含塵量。

其次是系統(tǒng)謀劃煤氣、蒸汽介質(zhì)平衡，優(yōu)化運(yùn)行，保證對(duì)發(fā)電設(shè)備能量供應(yīng)品質(zhì)的穩(wěn)定性、連續(xù)性。

4 煤氣系統(tǒng)診斷分析與節(jié)能策略

4.1 現(xiàn)狀煤氣平衡

在5座高爐同時(shí)生產(chǎn)情況下，日產(chǎn)鐵8800 t，日產(chǎn)鋼9360 t，噸鐵高爐煤氣發(fā)生量按1800 m3/t計(jì)；高爐煤氣平衡情況為(2011年度數(shù)據(jù))：

5座高爐煤氣發(fā)生量660000 m3/h，燒結(jié)、球團(tuán)系統(tǒng)用量81000 m3/h，煉鐵自用量275000 m3/h，軋鋼系統(tǒng)179000 m3/h，能源中心鍋爐114000 m3/h，煤氣富余量11000 m3/h。

轉(zhuǎn)爐煤氣回收量25350 m3/h。煉鋼自用量12870 m3/h，機(jī)修廠窯爐680 m3/h，白灰廠豎窯6800 m3/h，能源中心鍋爐5000 m3/h，供需平衡按3萬柜正常運(yùn)行柜位適度調(diào)整。

4.2 煤氣系統(tǒng)診斷分析

4.2.1 高爐煤氣放散率與行業(yè)對(duì)標(biāo)分析

鋼協(xié)2011年統(tǒng)計(jì)報(bào)表顯示全行業(yè)高爐煤氣放散率3.88%。公司高爐煤氣放散率高于行業(yè)平均值。行業(yè)內(nèi)多數(shù)企業(yè)己達(dá)到1%左右的水平，高爐煤氣利用潛力巨大。分析研究原因是2011年2×50 t/h鍋爐處于相繼改造期（9個(gè)月）?？鄢隧?xiàng)因素引起的放散量9720萬m3，實(shí)際高爐煤氣放散率為3.94%。仍然高于行業(yè)平均水平。原因是：

（1）2臺(tái)50 t鍋爐實(shí)施全煤氣化改造期間，煤氣用量同比減少3.8萬m3/h。

（2）煉鐵入爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整球比時(shí)，減少一座豎爐高爐煤氣用量；燒結(jié)礦物流短期內(nèi)調(diào)整不順暢時(shí)，調(diào)整一臺(tái)燒結(jié)機(jī)停產(chǎn)。

（3）公司計(jì)劃定檢修時(shí)、上下工序連續(xù)性差時(shí)，引起的高爐煤氣的實(shí)時(shí)性不平衡。

（4）軋鋼系統(tǒng)調(diào)整品種時(shí)短暫性的降低用量。（5）突發(fā)性工藝失衡和煤氣供應(yīng)設(shè)施故障引起的煤氣不平衡。

以上5種因素導(dǎo)致高爐煤氣有不同程度的放散。2011年實(shí)際高爐煤氣放散率5.67%。

各煤氣用戶的煤氣消耗指標(biāo)還存在較大的優(yōu)化節(jié)約空間。燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器助燃空氣沒有采用預(yù)熱技術(shù)，噸礦煤氣消耗偏高，煉鐵工序自用量現(xiàn)狀為

47%左右，沒有采用雙預(yù)熱技術(shù)，同行業(yè)先進(jìn)水平為42%，受煤氣質(zhì)量影響，軋鋼加熱爐蓄熱體換熱效果不理想，噸材煤氣消耗偏高。

4.2.2 噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量與行業(yè)對(duì)標(biāo)分析

公司轉(zhuǎn)爐煤氣現(xiàn)狀是噸鋼回收煤氣平均65 m3/t。鋼協(xié)2011年統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)表明：80%以上的企業(yè)己實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣回收90～110 m3/t，影響回收量的關(guān)鍵因素是柜容偏小、用戶少，如果達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平，轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用量可增加24000 m3/h～30000 m3/h，存在較大的提升空間。

公司己決定進(jìn)行420 m3高爐擴(kuò)容改造和3× 30 t轉(zhuǎn)爐擴(kuò)容改造，年產(chǎn)鋼達(dá)到356×104t能力。同時(shí)在現(xiàn)存3萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜南側(cè)，移地建設(shè)一座5萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜。噸鋼回收煤氣可實(shí)現(xiàn)110 m3/t，煤氣平均回收量達(dá)到49000 m3/h。

4.3 優(yōu)化后的煤氣平衡結(jié)果

優(yōu)化后的煤氣平衡結(jié)果見表1。

表1 優(yōu)化后的煤氣平衡表(×104m3/h)

4.4 煤氣系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化措施

4.4.12012 年配套技改項(xiàng)目

（1）3萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜改5萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜項(xiàng)目：

移地建設(shè)一座5萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，預(yù)計(jì)可提高24000～30000 m3/h。

（2）淘汰現(xiàn)存30 t/h、20 t/h煤-煤氣混燒鍋爐，新建130 t/h的高溫高壓煤氣鍋爐、配套高溫高壓25 MW抽汽式凝汽汽輪發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目：

根據(jù)煤氣平衡知剩余煤氣折合高爐煤氣12.7× 104m3/h，為充分利用富裕煤氣，擬建一臺(tái)130 t/h的高溫高壓煤氣鍋爐、配套高溫高壓25 MW抽汽式凝汽汽輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)施。從汽輪機(jī)中壓級(jí)數(shù)處抽取中溫中壓蒸汽40～48 t/h作為待建580 m3高爐鼓風(fēng)機(jī)NV50風(fēng)機(jī)動(dòng)力源.抽取2.5 MPa蒸汽2 t/h供除氧器，其余82～90 t/h蒸汽全部用于發(fā)電，最大發(fā)電量25000 kW·h/h。

（3）高爐全部配備TRT發(fā)電裝置：3#450 m3高爐配備發(fā)電機(jī)功率N=3000 kW。新建580 m3高爐煤氣TRT發(fā)電配備發(fā)電機(jī)功率N=4500 kW。4#420 m3高爐與5#450 m3高爐煤氣建設(shè)一套公用性TRT發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)功率N=4500 kW。建成后增加TRT裝機(jī)容量12 MW，年發(fā)電5644×104kW·h。

樣品B:乳狀液通過單桿螺旋擠壓設(shè)備,向液氮冷卻的不銹鋼平板上擠壓。當(dāng)擠壓液接觸不銹鋼平板時(shí),乳液瞬間冷凝硬化。乳化液厚度不超過1 cm,在-4 ℃下預(yù)冷2 h; 然后將預(yù)冷凍樣品放入真空冷凍干燥機(jī)內(nèi),在-54 ℃、45 kPa條件下真空冷凍干燥24 h,對(duì)干燥后的產(chǎn)物研磨處理,得到復(fù)方精油微膠囊。

4.4.2 工藝支撐后期儲(chǔ)備研發(fā)項(xiàng)目

燒結(jié)機(jī)機(jī)尾需利用煙氣余熱預(yù)熱助燃空氣，采用熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，進(jìn)一步降低煤氣消耗。

煉鐵熱風(fēng)爐應(yīng)用雙預(yù)熱技術(shù)，進(jìn)一步降低煤氣消耗。

軋鋼加熱爐應(yīng)用蜂窩體換熱技術(shù)和回收煙氣余熱，預(yù)熱助燃空氣，提高熱送熱裝比和熱裝溫度。

180 m2燒結(jié)機(jī)建成后，研究開發(fā)3臺(tái)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣送入解凍庫，置換燃高爐煤氣解凍方式。

5 蒸汽系統(tǒng)分析與節(jié)能策略

5.1 蒸汽系統(tǒng)供需現(xiàn)狀

5.1.1 中壓熱力蒸汽

5.1.2 低壓余熱蒸汽

低壓余熱蒸汽源分布在燒結(jié)、豎爐、煉鋼、半連

軋、連軋、棒材生產(chǎn)工序上，正常生產(chǎn)情況下，共有余熱蒸汽量68 t/h，煉鋼余熱蒸汽壓力0.6～0.8 MPa；其他部位余熱蒸汽壓力約0.3～0.5 MPa，溫度為飽和溫度。冬季用于取暖，夏季用于發(fā)電。

5.2 蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能策略與措施

5.2.12012 年配套技改項(xiàng)目

（1）煤氣管網(wǎng)上設(shè)置的脫水器全部采用新型自控溫電伴熱技術(shù)，替代煤氣排水器蒸汽伴熱，共92臺(tái)。每臺(tái)排水器日消耗蒸汽2.4 t，預(yù)計(jì)節(jié)約蒸汽10 t/h。

（2）生活用戶采暖用汽全部利用高爐沖渣水采暖，初步測(cè)算：高爐沖渣水熱資源量有，相當(dāng)于節(jié)約蒸汽24 t/h。

以上兩項(xiàng)措施節(jié)余蒸汽共計(jì)34 t/h，用于冬季5.5 MW機(jī)組運(yùn)行發(fā)電。按低壓蒸汽發(fā)電汽耗10 kg/kW·h計(jì)算，增加采暖期發(fā)電量1240×104kW·h。

（3）高、中壓蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

高、中壓蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 高、中壓蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)t/h

新建25 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)組正常狀態(tài)下，抽取40～48 t/h中壓蒸汽供12 MW汽機(jī)拖動(dòng)NV50風(fēng)機(jī)，比現(xiàn)狀增加1臺(tái)汽機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)直接節(jié)電10000 kW·h/h，年節(jié)電7920×104kW·h。

在異常狀態(tài)下，抽取中壓蒸汽進(jìn)入中壓蒸汽管網(wǎng)，2臺(tái)50 t/h、1臺(tái)130 t/h、1臺(tái)75 t/h產(chǎn)出蒸汽同屬中壓蒸汽級(jí)別，在某一單體設(shè)備檢修、清灰或異常狀態(tài)下，互為備用，保證3臺(tái)汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。1臺(tái)75 t/h作為高爐煤氣緩沖用戶，15 MW發(fā)電機(jī)組跟隨調(diào)整發(fā)電負(fù)荷。

5.2.2 工藝支撐后期儲(chǔ)備研發(fā)項(xiàng)目

燒結(jié)、豎爐、煉鋼、半連軋、連軋、棒材生產(chǎn)工序上余熱回收水汽系統(tǒng)采取強(qiáng)制循環(huán)、調(diào)高安全閥設(shè)定壓力等措施，提高余熱蒸汽進(jìn)網(wǎng)量和進(jìn)網(wǎng)壓力。

6 運(yùn)用能源管理中心系統(tǒng)(EMS)對(duì)能源介質(zhì)供需過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和管控

能源介質(zhì)生產(chǎn)、供需過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)階段性不平衡，計(jì)劃?rùn)z修、設(shè)備故障、生產(chǎn)狀態(tài)異常，都會(huì)引發(fā)能源介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)，產(chǎn)與用的不協(xié)調(diào)。屬計(jì)劃范疇內(nèi)的檢修事項(xiàng)引起的能源結(jié)構(gòu)不平衡可在能源平衡計(jì)劃中相應(yīng)做出調(diào)整計(jì)劃和管理預(yù)案。但由于公司生產(chǎn)工藝復(fù)雜且流程長(zhǎng)，任何一臺(tái)設(shè)備、一個(gè)工序環(huán)節(jié)的狀態(tài)異常，都會(huì)構(gòu)成階段性的產(chǎn)用不平衡狀態(tài)，影響能源使用效率。如果能及時(shí)、有效地處理突發(fā)事件導(dǎo)致的過程損失，將會(huì)大幅度提高煤氣、蒸汽向發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率。公司建設(shè)的能源管理中心可將節(jié)能、平衡和優(yōu)化有機(jī)結(jié)合起來，，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)管理和優(yōu)化調(diào)度。

煤氣系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)監(jiān)視畫面（略）。

7 結(jié)論

通過實(shí)施系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，對(duì)煤氣、蒸汽、發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行一次系統(tǒng)梳理和診斷分析，給出了近期節(jié)能工作方向，挖潛增效、調(diào)整能源消耗結(jié)構(gòu)的技術(shù)措施。公司正在分階段、分步驟實(shí)施。部分優(yōu)先實(shí)施的節(jié)能措施效果己凸顯出來。TRT發(fā)電指標(biāo)己穩(wěn)定在35～36 kW·h/t鐵；轉(zhuǎn)爐煤氣回收量己達(dá)到120 m3/t鋼以上；高爐煤氣放散率己降到1%以下，煤氣管網(wǎng)取消蒸汽伴熱和高爐渣采暖己在冬季采暖后期運(yùn)行成功。置換出來的蒸汽用于提升蒸汽向發(fā)電的轉(zhuǎn)換。因發(fā)電并網(wǎng)受電力部門的限制，發(fā)電效益己開始轉(zhuǎn)向煤氣-蒸汽-汽輪機(jī)-風(fēng)機(jī)的技術(shù)路線。2013年公司正在有計(jì)劃推進(jìn)后期待建項(xiàng)目，通過引進(jìn)成熟先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，進(jìn)一步改進(jìn)能源消耗結(jié)構(gòu)，降低能源使用成本，為完成省、市政府下達(dá)的“十二·五”節(jié)能目標(biāo)，提供有力的支撐、保障條件。

High-efficiency Conversion from Gas to Electricity Using Systemic Energy Saving Technology

ZHENG Yuqing，ZHAI Daping，DU Wansheng，REN Xiuqin
(Fushun New Iron and Steel Co.,Ltd.,Fushun,Liaoning 113001,China)

The necessity of high-efficiency conversion from gas to electricity is explained from both aspects of national policies and reduction of energy cost of enterprises.The current utilization state of secondary energy resources of the enterprise was analyzed and an overall strategy for increasing self generated power was put forward.Technical measures for complete gas recovery and optimization of gas and steam consumption structures were provided,using energy management center(EMS)tool to achieve realtime monitoring and optimized allocation of gas,steam and parameters for load conditions of power generation.PDCA cycle management was used for continuous improvement,increasing the amount of company-generated power and reducing energy consumption cost.

systemic energy saving;energy saving and emission reduction;high-efficiency conversion;ratio of self-generated electricity

X757

B

1006-6764(2014)05-0019-04

2013－04－24

2013－08－02

鄭玉清（1961－），女，1983年畢業(yè)于撫順市建筑工程學(xué)校暖通專業(yè)，1990年畢業(yè)于遼寧廣播電視大學(xué)鍋爐運(yùn)行專業(yè)，2007年畢業(yè)于中央廣播電視大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事給排水專業(yè)技術(shù)工作。