干熄焦發(fā)電技術(shù)在水鋼的應(yīng)用與研究

孟 瑋，高連生，向 劍，易正明

（1.水城鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，貴州六盤水 553000；2.武漢科技大學(xué)，湖北武漢 430081）

干熄焦發(fā)電技術(shù)在水鋼的應(yīng)用與研究

孟 瑋1，高連生1，向 劍1，易正明2

（1.水城鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，貴州六盤水 553000；2.武漢科技大學(xué)，湖北武漢 430081）

基于干熄焦發(fā)電的工藝流程，并結(jié)合水鋼實(shí)際，制定運(yùn)行規(guī)程，提出優(yōu)化措施，解決了生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題。設(shè)備投入使用后，運(yùn)行安全、平穩(wěn)，不僅填補(bǔ)了水鋼干熄焦發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的空白，還在改善焦炭質(zhì)量、節(jié)焦降耗以及提高企業(yè)自發(fā)電量等方面取得了良好效果，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

干熄焦發(fā)電；焦炭質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)效益

1 引言

鋼鐵企業(yè)是污染和能耗大戶，其能耗約占全國(guó)工業(yè)總能耗的12%，其中煉鐵系統(tǒng)（包括鐵、焦、燒結(jié)）占總能耗的50%以上，環(huán)境影響也最嚴(yán)重，因此，煉鐵系統(tǒng)一直是鋼鐵企業(yè)節(jié)能和環(huán)保的重點(diǎn)[1-3]。干熄焦技術(shù)采用惰性氣體實(shí)現(xiàn)紅焦的降溫、冷卻，在節(jié)能、環(huán)保和改善焦炭質(zhì)量等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的濕熄焦技術(shù)，作為煉鐵系統(tǒng)最大的節(jié)能和環(huán)保技術(shù)，干法熄焦技術(shù)正受到越來越多國(guó)內(nèi)外企業(yè)的關(guān)注[4]。干熄焦發(fā)電技術(shù)通過利用煙道排出的高溫惰性氣體進(jìn)行熱交換，以產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，降低了煉焦過程的能耗，且冷卻后的惰性氣體可在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。干熄焦發(fā)電技術(shù)是國(guó)家大力推廣的、具有顯著節(jié)能和環(huán)保效果的重大技術(shù)，也是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展方向[5]。通過在水鋼集團(tuán)應(yīng)用干熄焦發(fā)電機(jī)技術(shù)，進(jìn)一步提高了企業(yè)自發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用，減少環(huán)境污染，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 干熄焦發(fā)電技術(shù)原理及工藝流程

干熄焦余熱發(fā)電是指利用冷態(tài)惰性氣體（通常用氮?dú)猓┡c干熄爐內(nèi)紅焦熱交換以冷卻紅焦，得到高溫惰性氣體，高溫氣體經(jīng)除塵后進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的一種技術(shù)[3]。

干熄焦發(fā)電系統(tǒng)通常由干熄爐、除塵系統(tǒng)、鍋爐以及汽輪機(jī)組等部分組成，主要包括焦炭流程、惰性氣體流程、鍋爐汽水流程以及除塵流程等[6-7]，主要工藝流程圖如圖1所示，由圖1可以看出，干熄焦系統(tǒng)惰性氣體經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻室換熱后，經(jīng)過1#電除塵器除塵的高溫惰性氣體進(jìn)入余熱鍋爐換熱，產(chǎn)生高溫蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)熄焦過程熱量的有效利用。同時(shí)，出鍋爐后的中低溫惰性氣體經(jīng)除塵后可再次使用，并在干熄焦系統(tǒng)中進(jìn)行閉路循環(huán)，避免了對(duì)環(huán)境的污染。

3 干熄焦發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化

3.1 運(yùn)行操作的規(guī)范

圖1 干熄焦發(fā)電工藝流程圖

為了確保干熄焦發(fā)電系統(tǒng)投入使用后安全、穩(wěn)定運(yùn)行，水鋼動(dòng)力廠對(duì)相關(guān)廠家進(jìn)行了考查、學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，并通過技術(shù)咨詢，詳細(xì)了解焦化干熄焦?fàn)t、干熄焦鍋爐、干熄焦發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)特點(diǎn)、操作規(guī)范、存在的問題及解決方法。并針對(duì)水鋼實(shí)際，制定了以下操作規(guī)程：

（1）根據(jù)水鋼動(dòng)力廠實(shí)際，參考各單位的生產(chǎn)情況和操作規(guī)程，編制《動(dòng)力廠干熄焦鍋爐技術(shù)操作規(guī)程》與《干熄焦發(fā)電機(jī)組技術(shù)操作規(guī)程》；

（2）制定《干熄焦鍋爐、發(fā)電機(jī)培訓(xùn)計(jì)劃》與《干熄焦鍋爐、發(fā)電機(jī)的教學(xué)大綱》，并組織相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，考試合格后才能上崗；

（3）根據(jù)干熄焦鍋爐以及干熄焦發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況，編制《干熄焦發(fā)電系統(tǒng)主蒸汽管道吹掃方案》、《干熄焦18 MW發(fā)電機(jī)組聯(lián)動(dòng)試車確認(rèn)表》以及《干熄焦汽輪發(fā)電機(jī)聯(lián)動(dòng)試車項(xiàng)目表》；

（4）根據(jù)試車情況，分析并解決存在的問題，確保焦?fàn)t、汽輪發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 干熄焦鍋爐入口溫度的控制

干熄焦鍋爐設(shè)計(jì)入口溫度為980℃，生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量減少入口溫度波動(dòng)，防止溫度突變對(duì)鍋爐入口耐火材料及爐管造成不良影響。根據(jù)干熄焦的生產(chǎn)特點(diǎn)，降低循環(huán)風(fēng)量與旁通風(fēng)量、增加排焦量與空氣導(dǎo)入量等方法均可提高鍋爐入口溫度，相反則會(huì)降低入口溫度。為確保干熄焦鍋爐入口溫度的穩(wěn)定，控制溫度在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，制定了以下措施：

（1）在正常情況下，通過調(diào)整循環(huán)風(fēng)量和排焦量的方法來控制鍋爐入口溫度；

（2）當(dāng)干熄焦生產(chǎn)狀況出現(xiàn)較大的波動(dòng)，鍋爐入口溫度超標(biāo)時(shí)，通過打開旁通流量閥的方法來控制鍋爐入口溫度。

4 干熄焦發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

4.1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

水鋼集團(tuán)18 MW干熄焦汽輪發(fā)電機(jī)組于2012 年6月并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到15000 kW·h，在節(jié)能、環(huán)保和自動(dòng)化控制等方面達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽全部用于發(fā)電。表1為干熄焦發(fā)電系統(tǒng)投入運(yùn)行后7個(gè)月的發(fā)電量統(tǒng)計(jì)。

表1 干熄焦發(fā)電量統(tǒng)計(jì)

由表1可以看出，干熄焦發(fā)電系統(tǒng)投入運(yùn)行后，隨著崗位操作人員能力的提升，設(shè)備運(yùn)行逐漸穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行效率逐漸提高，發(fā)電量和產(chǎn)焦量均有不同程度增加，發(fā)電量、焦碳產(chǎn)量分別由6月的558.40 萬kW·h、62000 t增加至 12月的1326 kW·h、89640 t，上升明顯。同時(shí)可以看出，噸焦發(fā)電量由6月的90.1 kW·h/t提高至12月的147.9 kW·h/t，噸焦發(fā)電量提升巨大，機(jī)組發(fā)電效率大幅提升，紅焦的熱量利用率的到有效提高。干熄焦發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間累計(jì)發(fā)電6786.4萬kW·h，有效降低了外購(gòu)電，提升了自發(fā)電比例，提高資源綜合利用率，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

表2為機(jī)組運(yùn)行期間，干熄焦鍋爐及發(fā)電運(yùn)行參數(shù)?？梢钥闯?，系統(tǒng)運(yùn)行期間，干熄焦鍋爐及發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本吻合。其中，發(fā)電機(jī)發(fā)電量為18 MW·h，汽耗率為3.481 kg/kW·h。根據(jù)6～12月平均噸焦發(fā)電量，算得噸焦可回收蒸汽量：3.481 kg/kW·h×126.1 kW·h=438.96 kg=0.439 t，而理論上熄焦過程噸焦可回收9.5 MPa、535℃蒸汽0.56～0.57 t，這說明干熄焦發(fā)電效率仍有較大的提升空間。

表2 干熄焦鍋爐、發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）節(jié)能效益

干餾每噸焦炭消耗3350 MJ熱量，而其中焦炭的顯熱達(dá)到1880 MJ，占煉焦耗熱量的56.12%。按目前的技術(shù)條件，焦炭顯熱的利用率可達(dá)80%以上，平均每噸焦炭可回收9.5 MPa、535℃蒸汽0.56～0.57 t。通過干熄焦發(fā)電技術(shù)節(jié)能效果的應(yīng)用分析，其節(jié)能占總節(jié)能的50%，平均可降低能耗（標(biāo)煤）50～60 kg/t左右，從而大大促進(jìn)煉鋼能耗的降低。

（2）環(huán)保效益

干熄焦技術(shù)采用惰性氣體在密閉的干焦?fàn)t內(nèi)循環(huán)以對(duì)紅焦進(jìn)行冷卻，可以避免傳統(tǒng)濕熄焦過程中酚、氰化合物、硫化合物等有害物質(zhì)對(duì)周圍設(shè)備的腐蝕和對(duì)大氣的污染。同時(shí)也能夠利用紅焦顯熱產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，從而減少了燃料消耗（5～6 t蒸汽需要1 t動(dòng)力煤），減少了CO2、SO2的排放。以100萬t/a規(guī)模的焦化廠為例，采用干熄焦技術(shù)，每年可減少8～10萬t動(dòng)力煤燃燒對(duì)大氣的污染，即每年少向大氣排放144～180 t煙塵，1280～1600 t SO2，特別是少向大氣排放8～10萬t CO2，減少了溫室效應(yīng)。

（3）經(jīng)濟(jì)效益

（a）直接經(jīng)濟(jì)效益

干熄焦配套發(fā)電機(jī)選用N18-8.83機(jī)組，輸出功率為18 MW，2012年6月投入運(yùn)行，截至當(dāng)年12月份累計(jì)發(fā)電6786.4萬kW·h。機(jī)組按年運(yùn)行8760 h，平均負(fù)荷13500 kW（包括檢修時(shí)間 、故障耽誤），電價(jià)按0.57元/kW·h計(jì)算則：

①年發(fā)電效益：

發(fā)電效益=8760×13500×0.57=6740.82萬元

②生產(chǎn)成本：

生產(chǎn)過程按平均耗電0.102 kW·h/kW·h，耗工業(yè)水0.011 t/kW·h，耗生活水0.002 t/kW·h，耗氮?dú)?.04 m3/kW·h計(jì)算，則：

單耗=0.102 kW·h/kW·h×0.6元 /kW·h＋0.011 t/kW·h×1.7元/t＋0.002 t/kW·h×2.7元/t＋0.04 m3/kW·h×0.11元/m3=0.09元/kW·h

即用電成本0.09元/kW·h，則：

年生產(chǎn)成本 =8760×13500×0.09元 /kW· h=1064.34萬元

年創(chuàng)效益=年發(fā)電效益-年生產(chǎn)成本=6740. 82-1064.34=5676.48萬元

（b）間接效益

干法熄焦過程是在循環(huán)氣體逆流換熱的過程中緩慢而均勻進(jìn)行的，它沒有濕法熄焦過程中存在的劇冷作用，干熄焦后焦炭機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、反應(yīng)后強(qiáng)度均有明顯提高，反應(yīng)性降低。同時(shí)，干熄焦過程中，因料層相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增加了焦塊之間的相互摩擦與碰撞，起到了焦炭的整粒作用，提高了焦塊的均勻性，焦炭在預(yù)存室保溫相當(dāng)于在焦?fàn)t中的悶爐，進(jìn)一步提高焦塊的成熟度，使其結(jié)構(gòu)致密化。煉鐵高爐采用干法熄焦的焦炭，高爐入爐焦比大幅度降低，產(chǎn)能提高，經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在煉鐵過程。

5 結(jié)論

干熄焦發(fā)電技術(shù)是提高鋼鐵企業(yè)自發(fā)電量，降低能源消耗的發(fā)展方向，在水鋼實(shí)現(xiàn)干熄焦發(fā)電技術(shù)的綜合應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)即達(dá)產(chǎn)達(dá)效，發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全、高效、平穩(wěn)，不僅填補(bǔ)了水鋼干熄焦發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的空白，還為進(jìn)一步提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)等創(chuàng)造了條件。

（1）干熄焦發(fā)電機(jī)投運(yùn)后，可以回收紅焦中的熱能，生產(chǎn)蒸汽，并能改善焦炭質(zhì)量，尤其重要的是干熄后的焦炭質(zhì)量有明顯提高，機(jī)械強(qiáng)度提高，真密度增大，耐磨性改善，反應(yīng)性降低，用于大型高爐的生產(chǎn)可降低高爐焦比，提高高爐生產(chǎn)能力。

（2）干熄焦發(fā)電技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)主要是研究在各種工況下，干熄焦發(fā)電技術(shù)運(yùn)行控制的難點(diǎn)及相關(guān)注意事項(xiàng)，并制定操作制度；在確保干熄焦生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，最終干熄焦發(fā)電機(jī)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)產(chǎn)達(dá)效。

（3）干熄焦鍋爐、汽輪機(jī)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行不僅需要基于工藝及理論尋求最佳運(yùn)行參數(shù)，還需完善的運(yùn)行管理制度，并嚴(yán)格落實(shí)考核，使生產(chǎn)組織、過程控制、設(shè)備管理、安全運(yùn)行、崗位操作等有章可循。

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Research and Application of CDQ Power Generation at Shuicheng Steel

MENG Wei1，GAO Liansheng1，XIANG Jian1，YI Zhengming2
(1.Shuicheng Iron&Steel Group,Liupanshui,Guizou 553000,China;2.Wuhan University of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430081,China)

Based on the process flow of power generation of coke dry quenching(CDQ) and combining with the actual conditions of Shuicheng Steel,the authors drew up operating procedure and put forward optimization measures,which solved the problems in production operation.After put into use the system has operated safely and stably,not only filling the blank of CDQ power generation in Shuicheng Steel,but also achieved good effect in improvement of coke quality,coke saving and consumption reduction and increasing self-supply rate of electricity of the company,bringing significant economic benefit.

CDQ power generation;coke quality;economic benefit

TM617

B

1006-6764(2015)06-0067-03

2015－02－06

孟瑋（1976－），男，1998年畢業(yè)于上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，工程師，現(xiàn)從事動(dòng)力專業(yè)技術(shù)管理工作。