論某鋼鐵企業(yè)余氣余熱綜合利用自備發(fā)電應(yīng)用

李明洋，李 丹

(中節(jié)能咨詢有限公司黑龍江分公司，哈爾濱 150000)

0 引 言

在國家去產(chǎn)能及環(huán)保核查雙重壓力下，鋼鐵企業(yè)紛紛進行節(jié)能減排來降低能源消耗，余熱余壓發(fā)電逐步成為影響噸鋼能源成本的重要因素。目前，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)自發(fā)電比例參差不齊，先進的鋼鐵企業(yè)發(fā)電比例已達(dá)80%至90%以上，但仍有部分鋼鐵企業(yè)發(fā)電比例還未達(dá)到50%，提升空間還非常大，鋼鐵企業(yè)利用余熱余氣發(fā)電已是發(fā)展的必然趨勢。

1 符合國家產(chǎn)業(yè)政策

目前鋼鐵企業(yè)的自發(fā)電主要分為三類：一是回收的可燃?xì)怏w，主要是來源于焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐和高爐煤氣；二是余熱，主要來源于各工序用于設(shè)備、產(chǎn)品冷卻的余熱及加熱爐產(chǎn)生的高熱煙氣、廢氣等，如燒結(jié)余熱、焦炭余熱、加熱爐煙氣余熱等；三是余壓，如高爐爐頂余壓等。據(jù)測算，每提高1個百分點的循環(huán)自發(fā)電比例，可節(jié)省外購電量約21億度，社會效益和經(jīng)濟效益非常明顯。余熱余壓自發(fā)電比例已發(fā)展成為影響鋼鐵企業(yè)噸鋼能源成本的重要因素。例如：湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司自發(fā)電與外購電比例從以前的2∶8變?yōu)?∶2，僅此一項每年降低成本15億元左右，減少500多萬噸碳排放。按照國家“變廢為寶”的要求，利用廠內(nèi)富余資源，深度挖潛提高自發(fā)電比例，可減低噸鋼生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

資源綜合利用主要包括：在礦產(chǎn)資源開采過程中對共生、伴生礦進行綜合開發(fā)與合理利用；對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水(液)、廢氣、余熱、余壓等進行回收和合理利用；對社會生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生的各種廢舊物資進行回收和再生利用。故鋼鐵企業(yè)余氣余熱綜合利用也是資源綜合利用的一種體現(xiàn)。

根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2019年本)》，鋼鐵企業(yè)富余煤氣綜合利用符合目錄中第一類“鼓勵類”，第三十八項“環(huán)境保護與資源節(jié)約綜合利用”，第23條“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材環(huán)保及資源綜合利用等技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用及設(shè)備制造”內(nèi)容，符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求。

2 主要用能系統(tǒng)和工藝

某鋼鐵廠現(xiàn)有1 260 m3高爐2座、580 m3高爐1座，尤其在新建140萬噸焦化項目投產(chǎn)后，高爐產(chǎn)生的高爐煤氣量達(dá)到410 000 Nm3/h。目前鋼鐵廠總富裕煤氣量中高爐煤氣量為148 208 Nm3/h，轉(zhuǎn)爐煤氣量為42 291 Nm3/h，折算為高爐煤氣量合計215 873.67 Nm3/h。高爐煤氣成分為二氧化碳21.20%；一氧化碳22.24%；氮氣53.59%；氧氣1.66%，其他氣體1.31%。按照超高溫超高壓煤氣發(fā)電機組消耗高爐煤氣2.8 Nm3/kWh計算，具備建設(shè)1臺255 t/h超高溫超高壓帶再熱系統(tǒng)燃?xì)忮仩t配1臺80 MW超高溫超高壓一次中間再熱直接汽輪發(fā)電機組，利用鋼廠富余煤氣，發(fā)電量全部自動，可減少市政電力消耗。余熱余氣發(fā)電主要用能系統(tǒng)為熱力系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和化學(xué)水處理系統(tǒng)等。

2.1 熱力系統(tǒng)

主蒸汽系統(tǒng)管道采用1-1-2制布置。在主蒸汽和再熱蒸汽管路上設(shè)置30%容量的兩級串聯(lián)旁路、三級減溫系統(tǒng)。汽輪機具有6級抽汽，分別作為高加、除氧器、低加的加熱蒸汽。1段、2段抽汽分別供1號、2號高壓加熱器；3段抽汽除供除氧器外還作為輔助蒸汽汽源；4至6段抽汽分別供4至6號低壓加熱器。

給水系統(tǒng)的作用是將經(jīng)除氧合格的給水升壓送至鍋爐省煤器。在此過程中，給水在各級高壓加熱器中由來自汽輪機相應(yīng)的各段抽汽加熱，以提高循環(huán)效率。給水系統(tǒng)還分別向過熱器減溫器和再熱器減溫器(由給水泵中間抽頭給水提供)提供減溫水。給水系統(tǒng)設(shè)置電動調(diào)速給水泵(變頻調(diào)速)，每臺給水泵均設(shè)有最小流量裝置，當(dāng)給水泵在小流量運行時，保證給水泵不產(chǎn)生汽蝕。立式高壓加熱器采用大旁路系統(tǒng)，進出口裝設(shè)旁路四通閥。給水系統(tǒng)設(shè)旋膜式除氧器，采用定壓-滑壓運行。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要為汽機房內(nèi)冷油器、發(fā)電機空冷器、真空泵、凝結(jié)水泵、低加疏水泵、抗燃油裝置、給水泵、化學(xué)取樣冷卻器等輔助設(shè)備提供冷卻水。

2.2 燃燒系統(tǒng)

主要燃用現(xiàn)有鋼廠生產(chǎn)的副產(chǎn)物高爐煤氣。高爐煤氣由鋼廠煤氣管網(wǎng)引出至電廠紅線處，再經(jīng)電廠廠區(qū)內(nèi)煤氣主管送至鍋爐后，再由支管送至各燃燒器。鍋爐燃燒用助燃空氣經(jīng)吸風(fēng)消音器、送風(fēng)機進入空預(yù)器預(yù)熱后進入鍋爐助燃，進入爐膛前的各熱空氣支管道上設(shè)有空氣調(diào)節(jié)裝置。鍋爐爐膛內(nèi)燃燒生成高溫?zé)煔?，?jīng)屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器，再熱器，省煤器、空氣預(yù)熱器后進入引風(fēng)機，由引風(fēng)機將低溫?zé)煔馑腿霟焽枧湃氪髿?。該工程爐配置60%容量的變頻送風(fēng)機和引風(fēng)機。高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道設(shè)有氮氣吹掃系統(tǒng)，氮氣由廠管網(wǎng)送入。

由于高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣是無色無味而有毒的易燃易爆氣體，人體吸入一定量后會使人窒息死亡，空氣中含量達(dá)到一定量后遇明火會爆炸，必須采取一系列措施，確保高爐煤氣系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

2.3 化學(xué)水處理系統(tǒng)

鍋爐補給水處理系統(tǒng)為：來加熱后的水庫水→ 凝聚、澄清、過濾(一體化凈水)→自清洗過濾→超濾→一級反滲透→二級反滲透→EDI。循環(huán)冷卻水處理設(shè)有阻垢劑、殺菌劑加藥系統(tǒng)。給水爐水設(shè)有給水自動加氨、給水自動加聯(lián)氨及爐水手動加磷酸鹽系統(tǒng)。設(shè)置一套汽水集中取樣裝置，配備常規(guī)在線儀表，采用降溫架與儀表屏分開布置形式。取樣裝置冷卻水采用除鹽水，由鋼廠現(xiàn)有設(shè)置的閉式循環(huán)除鹽水冷卻裝置供給，同時設(shè)置循環(huán)水泵。

2.4 節(jié)約電量

鋼鐵廠利用富余余熱余氣發(fā)電，經(jīng)過測算，全廠熱效率為37.79%，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)高爐煤氣氣耗率2.8 Nm3/kWh，年發(fā)電量6.4億千瓦時，綜合廠用電率7%，年供電量5.91億千瓦時，則鋼鐵廠年可節(jié)約電量約5.91億千瓦時。

3 結(jié)束語

現(xiàn)有鋼鐵廠燃料取用廠富余的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，在滿足循環(huán)經(jīng)濟的同時，節(jié)約能源消耗，同時也可有效地減少大氣污染物的排放，總而言之，通過研發(fā)應(yīng)用先進的節(jié)能減排工藝技術(shù)，進一步挖掘余熱余壓發(fā)電潛力，尤其是開發(fā)低溫余熱余壓，將是鋼鐵企未來提高盈利能力的一個重要途徑。