鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)的探討

羅 會

（新鋼公司能源環(huán)保部，江西 新余 338001）

1 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電概述

1.1 煤氣平衡情況

在鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電的過程中，通過對各個工序中煤氣的生產(chǎn)量與消耗量的分析，得到煤氣的剩余量，對其進行分析后便得到了煤氣平衡［1］。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查，某煉鋼廠在整個生產(chǎn)過程中，氣體的剩余量是：高爐氣體249944米/小時，轉(zhuǎn)爐氣體829平方米/小時；日歷時間煤氣富余量為：高爐和轉(zhuǎn)爐的余氣分別為249505 米/小時和3419 米/小時。其中，作業(yè)時間富余量指的是各工序都正常生產(chǎn)時產(chǎn)氣量減去耗氣量得到的煤氣富余量，而日歷時間富余量則是各工序年平均（含檢修時間）產(chǎn)氣量減去耗氣量得到的煤氣富余量。除了焦化以外，其他的過程一般都不會全年生產(chǎn)，所以在檢修期間，這兩種氣體的余量一般也不會一樣。因此，應(yīng)該根據(jù)哪個余量來決定燃?xì)獍l(fā)電的容量是現(xiàn)在所面臨的問題。

1.2 燃煤氣發(fā)電機組裝機情況

安鋼目前已有3座35伏和1座75伏中溫中壓常規(guī)熱能電站。這些電站都是低效率電站，占全電站鍋爐總蒸發(fā)量的32.7 %。在供熱時，這些電站都會停止發(fā)電，為廠區(qū)和生活區(qū)提供蒸汽，在不供熱時再發(fā)電，以滿足生產(chǎn)和生活兩個需求。目前，國內(nèi)煤氣鍋爐的整體結(jié)構(gòu)不合理，對余熱不能完全吸收。為了更好地保證煤氣發(fā)電所帶來的社會效益和經(jīng)濟效益，開發(fā)新型、高效的煤氣發(fā)生器是非常重要的，其也是提高煤氣利用率的重要途徑。

1.3 新建燃煤發(fā)電機組等級

在燃煤氣發(fā)電機組的排布上，對余熱煤氣的吸收量要比對余熱煤氣的放散能力大，對“張口”的余熱煤氣等也要考慮［2］。在燃煤發(fā)電機組的選型上，應(yīng)選用效率較高的機組，提高二次能源的利用率、提高自給率。在具體配置中，應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)、供熱、檢修、備用等因素，綜合利用現(xiàn)有的低效率小型燃?xì)獍l(fā)電機組。新建電廠在選用高效電源時，要注意兼顧煙氣平衡、兼顧熱電聯(lián)產(chǎn)、檢修備用和更換低效率電源等因素。

2 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)模式

2.1 用于發(fā)電的副產(chǎn)煤氣種類

高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等是煉鋼二次能源中最重要的一種。在煉鋼過程中所消耗的能量中，大約有四成來自煉鋼過程中的副產(chǎn)品。其中，高爐煤氣是高爐冶煉過程的副產(chǎn)物，具有單位熱值低、產(chǎn)量大等特點。焦?fàn)t煤氣是煉焦過程中的副產(chǎn)物，也是最好的燃?xì)?。轉(zhuǎn)爐煤氣是煉鋼過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物，其單位熱值及出力取決于設(shè)備的特性及運行狀況。

2.2 常規(guī)鍋爐發(fā)電

這是比較傳統(tǒng)的一種發(fā)電方法，它的工作原理是：在鍋爐中進行煤氣的燃燒，將燃燒過程中所釋放的化學(xué)能進行利用，在加熱鍋爐的過程中化學(xué)能會轉(zhuǎn)化為熱能，鍋爐中的水經(jīng)過加熱會轉(zhuǎn)化為蒸汽［3］。再通過汽輪機來使發(fā)電機工作，從而達(dá)到發(fā)電的目的。該系統(tǒng)由三大核心部件組成。純煤型燃燒爐是一種新型可再生能源，其燃燒爐正從中溫向高溫、超高壓、亞臨界高參數(shù)方向發(fā)展。

2.2.1 摻燒煤氣燃煤鍋爐-蒸汽輪發(fā)電

這種發(fā)電方式所使用的燃料是煤，它的燃燒特性和純煤氣鍋爐完全相同，在本發(fā)電方式中對后者的不足進行了彌補，也可以說它是一種在原理上完全可以彌補純煤氣鍋爐的不足之處的發(fā)電方式，即燃?xì)獾牟▌臃瓤刂圃?0%以內(nèi)，且對鍋爐的動力輸出無任何影響，這對于鋼鐵廠的動力輸出起到了很大的緩沖作用。

2.2.2 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

燃?xì)?水蒸氣聯(lián)產(chǎn)（CCPP）是一種新開發(fā)的利用煤氣的新技術(shù)，它是將經(jīng)過除塵設(shè)備凈化的煤氣和經(jīng)過空濾設(shè)備凈化后的空氣混合后送入燃?xì)廨啓C燃燒室的一種新型發(fā)電方式。該種發(fā)電技術(shù)的方式、營銷方式和理念、在對員工進行培訓(xùn)的過程中所體現(xiàn)出來的企業(yè)文化和思想政治情感等都比較先進。正是在這樣的大背景下，從理論和實踐兩個方面，對企業(yè)職工的思想政治工作進行了系統(tǒng)地論述。

2.3 發(fā)電機組對比

通過對以上三種發(fā)電方式的對比分析，從不同發(fā)電機組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗數(shù)據(jù)中，可以發(fā)現(xiàn)，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的熱電轉(zhuǎn)換效率較高。然而，隨著常規(guī)鍋爐發(fā)電機組的參數(shù)等級的持續(xù)提升，它的發(fā)電效率也能夠與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組相媲美。燃?xì)?水蒸氣聯(lián)產(chǎn)發(fā)電是一種對天然氣供給量、壓力和熱值都有很高要求的方式，所以需要一種與之匹配的熱電機組來緩沖機組的熱能消耗，保證機組的穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)。

3 鋼鐵制造流程模式

3.1 典型鋼鐵制造流程

鋼鐵廠的典型生產(chǎn)過程是一種物質(zhì)流和能量流相互配合、相互協(xié)調(diào)的過程（如圖1所示）。在此基礎(chǔ)上，建立了4個具有代表性的一次高爐煉鐵流程。四個典型流程中，發(fā)電所用的氣體是每一道工序消耗后的整個電廠的殘余氣體，而殘余氣體是以完全燃燒完畢為標(biāo)準(zhǔn)來計算。

圖1 鋼鐵制造流程圖

3.2 4種流程發(fā)電模式

（1）以產(chǎn)生的氣體總量減去各工序消耗后的余量，來決定四個過程中氣體發(fā)電機的結(jié)構(gòu)。煤氣產(chǎn)生量參考值：焦?fàn)t煤氣450 m＞t焦，高爐煤氣1450 m3/te，轉(zhuǎn)爐煤氣90 m3/tw，各工序的煤氣消耗量以唐鋼2006年能源平衡表為依據(jù)。對殘余氣體量進行分析：首先，對4 個具有代表性的工藝流程進行了理論分析，結(jié)果表明：4個工藝流程均存在余氣。120萬噸厚鋼板的剩余轉(zhuǎn)爐氣約占全部轉(zhuǎn)爐氣產(chǎn)量的25%，剩余焦?fàn)t氣約占全部焦?fàn)t氣產(chǎn)量的53.3 %，其他三個過程均為20%。薄板坯連續(xù)軋制過程中，殘余的高爐煤氣占全部煤氣的28.6 %左右。在此基礎(chǔ)上，對550 萬噸普通熱軋鋼板進行了高爐煤氣的剩余分析：余量為1.5 %左右，轉(zhuǎn)爐煤氣的剩余為42.1 %左右。其次，由于1,200,000 噸厚鋼板的余氣含量很低，因此，可以使用混合燃?xì)獾娜济哄仩t，使整個機組的余氣得到充分地利用。最后，CCPP機組的氣體配比均為焦?fàn)t煤氣：高爐煤氣=1：9。在此基礎(chǔ)上，按照以上所述的發(fā)電模式選擇原則，將4個典型流程中的機組裝機容量和機組組合情況進行詳細(xì)分析。（2）四個具有代表性的鋼鐵生產(chǎn)過程，分別是：TRT、CDQ、燒結(jié)礦余熱發(fā)電、轉(zhuǎn)爐煤氣余熱發(fā)電、CCPP、煤氣-燃煤電廠。對4 個典型流程中的每一噸鋼鐵的能耗進行了統(tǒng)計平均，即337.6 W·h/tq、371.9 W·h/tg、356.3 W·h/tq、370.4 kW·h/tw，對其進行了計算，并進行了整理。在4種典型流程中，過程四的發(fā)電“余量”約為每年用電的3.6 倍，過程一的發(fā)電“余量”約為每年用電的0.6 倍；隨著公司規(guī)模的不斷擴大，煤氣發(fā)電項目之間的配套度不斷提高。4 種典型流程的各種發(fā)電項目所占本流程發(fā)電總量比例經(jīng)過分析之后如下：首先，目前已有的四類發(fā)電項目中，TRT 等所占的總發(fā)電量還不到5%，難以滿足企業(yè)的用電需求，而采用煤氣發(fā)電則可以有效地緩解這個問題。其次，CCPP 在一般流程下，可產(chǎn)生20 %左右的出力。其中，在第一、第二工藝中，CCPP 裝置與煤氣燃燒裝置的配比相同，在第二工藝中，燃煤鍋爐發(fā)電裝機容量為150 MW 和300 MW。第二期CCPP 發(fā)電總量較第一期下降9.6 個百分點，而第二期火力發(fā)電總量較第一期增長9.8 個百分點。由此可見，CCPP 的裝機容量較小，其所用煤氣的比例也較小，且與CCPP 相比，燃煤鍋爐的發(fā)電效率較低。隨著燃煤鍋爐發(fā)電的占比不斷加大，能源轉(zhuǎn)化率會不斷地減少，從而企業(yè)需要購買的煤量會加大，這部分成本也會相應(yīng)地提高。再次，流程Ⅰ與流程Ⅱ燃煤鍋爐發(fā)電裝機容量相同，混合燃燒速率相差不大，CCPP 為50 Mw 與100 Mw。在循環(huán)水力發(fā)電中，CCPP 工藝的造價較流程1 高8.3 %，與流程2 燃煤鍋爐發(fā)電的造價較流程1 低13.6%。由此可得出兩個結(jié)論：第一，CCPP裝機容量的增加，其發(fā)電的總量就會變大；第二，CCPP 的發(fā)電效率高。該過程中的能源利用率會增加，降低了發(fā)電過程中的能源消耗，從而進一步增加企業(yè)的效益。最后，流程IV 與流程I 燃煤鍋爐發(fā)電裝機容量相同。但流程IV 沒有CCPP 發(fā)電量多。為了增加流程Ⅳ的發(fā)電量，只能通過煤氣鍋爐的燃燒帶動汽輪機來進行發(fā)電。這部分發(fā)電占總自發(fā)電比90%以上。由此可以看出，僅用燃煤鍋爐來進行煤氣發(fā)電，不僅會增加消耗的能源，還會造成能源的浪費。這會直接增加煤氣發(fā)電過程的成本。

4 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)模式的優(yōu)化升級

首先，在建造煤氣發(fā)電機組的過程中，要根據(jù)實際的開發(fā)需要和情況，合理地進行機組的選擇。這樣可以在保證煤氣發(fā)電生產(chǎn)的效率的基礎(chǔ)上，盡可能地降低成本。實現(xiàn)投資效益最大化，不僅可以保證煤氣發(fā)電生產(chǎn)過程的質(zhì)量，還可以提高相關(guān)單位的經(jīng)濟效益。其次，鋼鐵企業(yè)在建造發(fā)電機組的時候，一定要把國家出臺的相關(guān)鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策作為標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)靥岣呷刖W(wǎng)電價，并鼓勵企業(yè)自發(fā)電，實現(xiàn)電力外供。除此之外，企業(yè)在申請安裝發(fā)電機組的時候，要對相關(guān)的法律、法規(guī)進行充分地核實和驗證，重點是對機組并網(wǎng)時的容量和規(guī)格參數(shù)的匹配度進行測試，禁止對燃煤燃?xì)饣鞜龣C組的對外供電，從而達(dá)到發(fā)電項目的最佳設(shè)計。最后，對于大型煤氣輪機來說，不僅要確保它的效率，而且還要確保它在運行中的安全可靠，避免出現(xiàn)人身傷亡。根據(jù)機組的整體布局，當(dāng)有兩臺以上的機組并網(wǎng)時，要加強對高爐煤氣柜的最大供應(yīng)范圍和調(diào)節(jié)緩沖能力的管理與控制，對加熱爐和機組進行定期的維護，與電力部門的高參數(shù)機組建立一個高效方便的接入系統(tǒng)，以實現(xiàn)雙贏。相關(guān)單位必須定期地對工作人員進行相關(guān)的培訓(xùn)，使他們充分地了解煤氣發(fā)電過程的相關(guān)政策以及標(biāo)準(zhǔn)操作步驟，這樣才能夠使得煤電發(fā)電的運行過程更加安全和可靠。

5 結(jié)論

隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展，煤氣消耗越來越少，煤氣相對過剩的總量也越來越多，將副產(chǎn)品煤氣進行綜合利用，為煤氣發(fā)電開辟了一條新的途徑，這有利于實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)功能的轉(zhuǎn)變。鋼鐵企業(yè)要主動提升煤氣發(fā)電技術(shù)，加強發(fā)電機組的優(yōu)化配置，把自身的資源優(yōu)勢和電力企業(yè)的設(shè)備優(yōu)勢結(jié)合起來，以實現(xiàn)能源的有效轉(zhuǎn)化，這有利于煤氣發(fā)電行業(yè)的不斷發(fā)展。