首秦公司熱電系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術應用

陳國忠，葛 紅

（1. 秦皇島市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心，河北 秦皇島 066000；2. 首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066300）

首秦公司熱電系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術應用

陳國忠1，葛 紅2

（1. 秦皇島市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心，河北 秦皇島 066000；2. 首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066300）

根據(jù)首秦公司熱電系統(tǒng)存在高爐煤氣發(fā)散、自發(fā)電率不高、余熱資源利用不高等問題，借鑒國內先進鋼鐵企業(yè)余熱利用成功經驗，并結合自身實際，采取高爐煤氣綜合利用發(fā)電、燒結余熱發(fā)電和高爐沖渣水余熱供暖等低溫低壓余熱資源利用節(jié)能措施，提升二次能源的高效利用水平，實現(xiàn)節(jié)能降本，體現(xiàn)社會責任。

高爐煤氣發(fā)電；余熱發(fā)電；節(jié)能技術應用

1 首秦公司熱電系統(tǒng)運行現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 蒸汽系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

首秦公司低壓蒸汽發(fā)生源為1臺10 t/h燃氣鍋爐、75 t/h鍋爐減溫減壓、軋鋼2臺汽化冷卻系統(tǒng)、煉鋼3臺汽化冷卻系統(tǒng)、燒結雙壓余熱鍋爐。具體見表1。

從表1可看出，廠區(qū)余熱蒸汽回收發(fā)生源主要包括轉爐汽化冷卻和加熱爐余熱鍋爐兩部分，共計產汽量49 t/h，軋鋼加熱爐余熱鍋爐產生蒸汽用于滿足廠區(qū)生產生活用汽；轉爐汽化冷卻系統(tǒng)目前余熱蒸汽產量約為80 kg/t鋼，產生蒸汽主要經過RH蒸汽過熱爐過熱后滿足RH爐冶煉用汽，剩余蒸汽補充進廠區(qū)管網用于滿足廠區(qū)生產生活用汽。兩臺10 t/h鍋爐，75 t/h鍋爐減溫減壓和燒結余鍋低壓作為廠區(qū)采暖期補充用汽，共計產汽量35 t/h。采暖期，廠區(qū)低壓蒸汽使用量共計84～100 t/h，產耗不平衡造成管網壓力低，特殊情況下通過控制用戶達到管網穩(wěn)定。非采暖期，廠區(qū)低壓蒸汽使用量共計39～45 t/h，而余熱蒸汽回收量為49 t/h，存在超壓放散現(xiàn)象，尤其燒結余熱發(fā)電項目實施前放散現(xiàn)象更嚴重。

表1 首秦公司低壓蒸汽發(fā)生源及產量匯總

1.2 熱電系統(tǒng)運行存在的問題

1.2.1 發(fā)電系統(tǒng)煤氣放散，自發(fā)電率不高

35 MW汽輪發(fā)電機組和燒結余熱發(fā)電項目實施前，首秦公司高爐煤氣放散率在9%以上，動態(tài)煤氣富裕6～9萬Nm3/h，前期由于考慮3 500 mm項目，這部分二次能源一直沒有得到利用，造成煤氣的大量浪費。首秦公司原有1套15 MW熱電機組，2套壓差發(fā)電共16.4 MW，總裝機容量31.4 MW。

2008—2013年首秦公司發(fā)電量如圖1所示，首秦公司年總發(fā)電量均在2億kWh以下，自發(fā)電率15.3%，自發(fā)電率低，外購能源依存度高。所以首秦公司急需調整能源結構，優(yōu)化用能機制，充分利用放散煤氣，提高自發(fā)電率，降低外購電量，降低外購能源成本。

圖1 2008—2013年首秦公司年發(fā)電量

1.2.2 余熱系統(tǒng)的余熱資源利用率較低

鋼鐵企業(yè)擁有大量的余熱資源，而國內大部分鋼鐵企業(yè)受工藝、地理位置等因素影響，余熱資源利用率較低。首秦公司余熱資源豐富，但未得到充分利用，一直在探索低溫低壓余熱資源的利用，變廢為寶。如高爐沖渣水余熱回收利用[1]以及燒結環(huán)冷機余熱資源回收利用。2011—2013年通過對濟鋼、通鋼、宣鋼等鋼廠進行考察，學習其先進的同時，結合首秦公司特有的工藝方式和地理位置，實施了高爐沖渣水余熱利用和燒結余熱利用等項目。

2 首秦公司熱電系統(tǒng)節(jié)能技術實施

2.1 高爐煤氣綜合利用發(fā)電，降低放散，提升發(fā)電量

目前各鋼鐵企業(yè)對高爐煤氣的綜合利用較為重視，除在冶金工藝的各工段，如熱風爐、預熱爐、燒結機、加熱爐中消耗外，余下的均需要利用鍋爐對能源進行轉換利用[2]。首秦公司原有75 t/h中壓鍋爐，配套15 MW發(fā)電機組，機組汽耗率達4.8 kg/kWh，高爐煤氣消耗7.5萬m3/h，但還有約6～9萬Nm3/h高爐煤氣可以利用。由于無焦爐煤氣，而轉爐煤氣有限，在借鑒了國內其他鋼鐵企業(yè)高爐煤氣發(fā)電經驗的基礎上，首秦公司結合自身特點，根據(jù)高爐煤氣鍋爐設計要點[3]，選用高溫、高壓130 t/h純燒高爐煤氣鍋爐，配套建設35 MW汽輪發(fā)電機組。

首秦公司35 MW發(fā)電機組項目是充分利用二次能源，回收放散高爐煤氣及限收的轉爐煤氣資源，優(yōu)化廠區(qū)能源結構，減少外購電力，有效降低生產成本的節(jié)能減排新建項目，總投資1.3億元，由首鋼院設計。項目自2012年12月18日啟動，2013年3月28日開工建設，2013年11月10日正式并網發(fā)電。主體設備包括130 t/h高溫高壓燃氣鍋爐1臺，35 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組1套。年發(fā)電量將達到2.4億kWh以上。實現(xiàn)高爐煤氣基本零放散，年創(chuàng)經濟效益8 000萬元以上，每年可以節(jié)約標準煤8.04萬t，首秦公司自發(fā)電率將由15.3%提升到40%左右。目前35 MW發(fā)電機組運行穩(wěn)定，各項能效性能參數(shù)達標，小時平均負荷達3.5萬kWh，爐機匹配合理，汽耗率3.7 kg/kWh，機組效率達到了設計要求。自2013年11月10日至2014年4月底，已累計發(fā)電1.2億kWh。2014年發(fā)電量達2.4億kWh。

2.2 應用余熱利用技術，拓展余熱資源利用途徑

2.2.1 實施燒結余熱發(fā)電

隨著國內燒結機面積的不斷擴大，燒結礦生產效率越來越高，其在冷卻過程中產生的廢氣所攜帶的熱量已經引起了人們的高度關注[4]。燒結余熱發(fā)電是首秦公司推進節(jié)能減排的一個重點項目。該項目充分利用燒結環(huán)冷機冷卻用風與礦料換熱后產生的廢氣，利用首秦公司2臺150 m2環(huán)冷機前段產生的較高溫度的廢氣，配置1臺40t/h雙壓余熱鍋爐和1套7 MW補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，通過雙壓余熱鍋爐產生過熱蒸汽，驅動汽輪發(fā)電機組進行發(fā)電；同時采用了經過行業(yè)實踐的節(jié)能降耗方法[5]——熱風循環(huán)冷卻和熱風燒結技術，能夠有效提高整體余熱利用水平，保證進鍋爐廢氣溫度，并在一定程度上對燒結礦質量提升起到促進作用。該項目于2012年7月25日正式啟動，2013年7月12日正式投運。項目投產后，燒結余熱蒸汽回收水平由原25 kg/t提高到100 kg/t以上，達到行業(yè)先進水平。機組發(fā)電負荷可達到6.7 MW滿負荷運行，對外供電約5.5 MW，噸礦發(fā)電量16 kWh，年創(chuàng)經濟效益1 400萬元以上，年節(jié)約標煤量可達到1.45萬t。至2014年4月底，已累計發(fā)電2 647萬kWh。目前燒結余熱發(fā)電機組運行穩(wěn)定，全年預計發(fā)電量4 000萬kWh。

2.2.2 利用高爐沖渣水余熱外供社區(qū)采暖

針對高爐熔渣溫度1 400℃左右，比熱1.3 kJ/kg·℃，國內大部分鋼鐵企業(yè)采用水渣模式，故高爐渣的顯熱主要以高爐沖渣水及蒸汽表現(xiàn)出來，高爐沖渣水擁有巨大的余熱資源，是節(jié)能降耗的重點內容[6]。首秦公司現(xiàn)有2座高爐，1#高爐1 250 m3，2#高爐1 780 m3，1#高爐日產渣量為1 000 t，2#高爐日產渣量為1 400 t，沖渣水量總共為3 200～3 600 t/h，沖渣水溫度約為70～85℃。在未對高爐沖渣水進行余熱利用以前，高爐沖渣水通過沖渣溝進入到沖渣水池，再由沖渣水泵循環(huán)用于沖渣。根據(jù)高爐沖渣工藝要求，沖渣水溫在45～55℃時對工藝和渣質最好，由于首秦公司高爐沖渣水無強制循環(huán)冷卻過程，僅靠自然工藝進行降溫，沖渣水溫高達70℃，不僅產生大量閃蒸蒸汽，同時不利于高爐渣的生產，對渣質也有一定影響。大量的熱量被白白浪費，既造成了能源的浪費，又對環(huán)境造成了熱污染。國內同行業(yè)中，宣鋼充分利用8#1 350 m3高爐沖渣水余熱資源，總供熱面積達30萬m2，沖渣水得到充分降溫，降低了生產成本和采暖成本。替代了部分采暖鍋爐，節(jié)能環(huán)保效果明顯。

借鑒國內先進的沖渣水余熱利用成功實踐，根據(jù)首秦公司實際生產情況，針對高爐沖渣水具有腐蝕性、雜質易堵等問題，采用高爐沖渣水專用換熱器，供應附近樓盤采暖。2013年11月5日至2014年4月5日對首秦公司周邊小區(qū)20萬m2小區(qū)供暖，供熱出水溫度45～50℃，回水溫度40℃以上，達到了國家供暖標準。同時，停用了2臺7 MW的燃煤熱水鍋爐，年節(jié)約燃煤6 000～7 000 t。附近居民反應供暖良好，居住環(huán)境得到了很大改善，居民舒適感提高，提升了首秦公司在當?shù)氐牧己眯蜗蟆?014年新增供熱面積10余萬m2。

3 總結

首秦公司新增35 MW汽輪發(fā)電機組項目以及燒結余熱發(fā)電機組項目投運后，廠區(qū)發(fā)電總裝機容量將達到73.4 MW，年自發(fā)電量達到4.8億kWh左右，自發(fā)電率提升到40%左右，煤氣實現(xiàn)零放散，在無焦化工序的現(xiàn)狀下，達到國內較高水平。優(yōu)化控制廠區(qū)蒸汽熱力，充分利用余熱資源，加強與周邊環(huán)境的融合，節(jié)能減排，改善生存環(huán)境，建立節(jié)能環(huán)保型企業(yè)。首秦公司在全面優(yōu)化用能機制的基礎上，繼續(xù)實施余熱余壓資源利用，改變用能方式，降低噸鋼綜合能耗，提高產品的綜合競爭力。

[1]華建社，樊建利.我國高爐渣余熱回收技術進展[J].鋼鐵研究，2008，36（4）：51-54.

[2]焦志武，王小平.淺談220 t/h高溫高壓高爐煤氣鍋爐的設計[J].能源與環(huán)境，2006，6（3）：62-63.

[3]趙劍云，杜斌.淺談高爐煤氣鍋爐設計要點[J].余熱鍋爐，2003（2）：1-6，29.

[4]張瑞堂，傅國水，李真明，等.濟鋼320 m2燒結機余熱發(fā)電投產實踐[J].燒結球團，2007，32（5）：47-50.

[5]楊哲，萬繼成，屈凡碧，等.濟鋼320 m2燒結機節(jié)能降耗實踐[J].甘肅冶金，2011，33（6）：105-106，108.

[6]劉紅斌，楊冬云，楊衛(wèi)東.宣鋼利用高爐沖渣水余熱采暖的實踐[J].能源與環(huán)境，2010（3）：45-47.

（編輯：程 ?。?/p>

The Optimization of Heating Electricity System and Application of Energy Saving in SQS

Chen Guozhong1,Ge Hong2
（1.Qinhuangdao Energy-saving Monitoring Center,Qinhuangdao Hebei 066000,China；2．Qinhuangdao Shouqin Metal Materials CO.， LTD，Qinhuangdao Hebei 066300,China）

Blast-furnace gas emission,less self-generating,and unused waste heating existed in Shouqin Company.According to this,the successful experiences of waste heat utilization in advanced steel enterprises were adopted with Shouqin's practice，such as using blast furnace gas to generate electricity,exploring the waste heating during sinter cooling to generate electricity and collecting waste heating of the water for cooling blast furnace slag， which helped to improve the utilization level of secondary energy,cut the energy cost and reflect the enterprise's social responsibility.

blast-furnace gas for generating electricity；waste heating for generating electricity；energy-saving technology utilization

X706

A

1008-813X（2015）04-0066-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.04.18

2015-06-25

陳國忠（1966-），男，遼寧興城人，畢業(yè)于北京航空航天大學自動控制系流體控制專業(yè)，高級工程師，主要從事節(jié)能環(huán)保方面的工作。