孫 凱，陳廷頁，蘇葉飛，霍雨佳

（首鋼京唐公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200）

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燃氣系統(tǒng)邊際效益回收最大化的探索與實踐

孫 凱，陳廷頁，蘇葉飛，霍雨佳

（首鋼京唐公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200）

可燃氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中重要的能源介質(zhì)之一。某年產(chǎn)鋼坯970萬t沿海鋼鐵廠，發(fā)揮管理理念和設備優(yōu)勢，利用雙氣柜并網(wǎng)運行、高爐例修熱電同步減燒高爐煤氣降低放散、焦爐煤氣制氫外銷、煤氣冷凝水用于煉鋼悶渣等方法，實現(xiàn)燃氣系統(tǒng)的“減量化、資源化、再利用”的運行模式，逐步實現(xiàn)邊際效益回收的最大化。

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)；燃氣系統(tǒng)；邊際效益；最大化

1 引言

大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)能源總成本占公司總成本的25%～35%，能源與環(huán)境管理系統(tǒng)融合了鋼鐵企業(yè)先進的管理思想和節(jié)能技術，集成了鋼鐵企業(yè)先進的設備控制技術和調(diào)度手段，集中體現(xiàn)了對企業(yè)“能源流”的管控和約束。

鋼鐵企業(yè)對燃氣的使用貫穿始終。一般鋼鐵企業(yè)通過過剩供應、調(diào)節(jié)放散來滿足工藝穩(wěn)定的用氣需求，緩沖能力不夠，損失較大；對燃氣調(diào)配還停留在保安、保穩(wěn)的層面，不能充分發(fā)揮高品位燃氣的優(yōu)勢；對燃氣伴生品“資源化”、燃氣副產(chǎn)品的高利用率成為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)降本增效的追求目標。

2 某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燃氣系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 燃氣品質(zhì)情況

高爐煤氣：高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為：CO、C02、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分別占15%、55%，熱值為3500 kJ/m3左右。

焦爐煤氣：是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。主要作燃料和化工原料。焦爐煤氣主要由氫氣和甲烷構(gòu)成，分別占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氧氣和其他烴類；其低發(fā)熱值為18250 kJ/m3。

轉(zhuǎn)爐煤氣：轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體。轉(zhuǎn)爐煤氣含一氧化碳60%～80%，二氧化碳15%～20%，以及氮、氫和微量氧；其低發(fā)熱值為7536 kJ/m3。

2.2 該廠現(xiàn)建有2座30萬m3高爐煤氣柜，1座15萬m3焦爐煤氣柜，3座8萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜，在保證管網(wǎng)壓力及各用戶的安全穩(wěn)定運行的同時,主要作為緩沖器起到移峰填谷的作用。

2.3 由于各種煤氣發(fā)生以及用戶用量的不均勻性，尤其是高爐煤氣系統(tǒng)，以高爐煤氣柜為緩沖載體，高爐煤氣雙氣柜并網(wǎng)運行，在發(fā)揮穩(wěn)壓功效的同時，緩沖能力達到44萬m3/h。以自備電站、130 t鍋爐、啟動鍋爐、熱軋混合站、合成轉(zhuǎn)氣混合站作為主要調(diào)控手段，放散塔作為事故放散，以保證系統(tǒng)的安全，優(yōu)先使用焦爐煤氣，其次為轉(zhuǎn)爐煤氣，最后是高爐煤氣，保證公司燃氣系統(tǒng)的整體平衡的同時，追求各種煤氣的零放散。

3 燃氣系統(tǒng)邊際效益回收最大化的探索與實踐

3.1 高爐煤氣雙氣柜并網(wǎng)運行，保證同升同降

高爐煤氣雙氣柜并網(wǎng)運行，即2座30萬m3高氣柜同時并網(wǎng)運行，同時參與高氣管網(wǎng)的調(diào)節(jié)，可以充分發(fā)揮高氣柜的緩沖及調(diào)節(jié)作用。以運行極限來說，高氣柜正常運行范圍為8～22萬m3，極限運行范圍為4～26萬m3，在雙柜并網(wǎng)的條件下，氣柜的最大吞吐量為44萬m3，高爐煤氣放散率由2.5%降至1%以下?？蓪崿F(xiàn)年收益1000余萬元。

3.2 結(jié)合高爐例修，同步減燒熱電高爐煤氣

在高爐系列檢修工作中，按照生產(chǎn)要求，需提前2 h將熱電高爐煤氣退出，高爐煤氣柜保持高柜位，以保障高氣管網(wǎng)及用戶的安全穩(wěn)定。經(jīng)能中調(diào)度與技術專業(yè)總結(jié)經(jīng)驗，提出發(fā)揮雙高氣柜并網(wǎng)優(yōu)勢，開發(fā)應用燃氣系統(tǒng)模型預測功能，按照高爐減風節(jié)奏（8000、4000、2000、0；單位：m3/min）同步減燒熱電高爐煤氣。每次系列檢修可減少高爐煤氣放散約30萬m3。在降低發(fā)電成本的同時，可收得邊際效益1.5萬元。每座高爐每年年修1次，每月例修1次，結(jié)合高爐臨時休風情況，同步減燒熱電高爐煤氣，效益可達40余萬元。

3.3 焦爐煤氣制氫外銷

以焦爐煤氣為原料氣，采用變壓吸附工藝，從焦氣中提取氫氣，用于冷軋保護氣。氫氣的最大總耗量為1845 m3/h，要求純度99.999%，氧含量≤5×10-6，露點≤-60℃。設置制氫站，共有兩套變壓吸附制氫裝置，單套最大制氫能力為1000 m3/h。來自變壓吸附制氫裝置的氫氣，壓力為1.8 MPa，經(jīng)過膜壓機壓縮至15.0 MPa?，F(xiàn)階段日產(chǎn)氫氣16000 m3，冷軋用氣14000 m3，可實現(xiàn)日銷氫氣2000 m3，氫氣外銷可實現(xiàn)年收益80余萬元。

3.4 煤氣排水器冷凝水回用

煤氣排水器冷凝水的回用問題，一直給鋼鐵企業(yè)帶來困擾。該企業(yè)對比水質(zhì)，將煤氣冷凝水用于煉鋼悶渣，有效解決了這一問題。煉鋼悶渣水處理系統(tǒng)分為：脫碳渣濁環(huán)水系統(tǒng)；脫磷脫硫渣濁環(huán)水系統(tǒng)；設備冷卻凈水循環(huán)系統(tǒng)；車間零星用水系統(tǒng)。其中，脫磷渣熱悶系統(tǒng)、脫硫渣帶罐冷卻系統(tǒng)小時工業(yè)水補水量40 m3，該系統(tǒng)對水溫水質(zhì)無嚴格要求。

燃氣管網(wǎng)每天產(chǎn)生凝結(jié)水約400 t，其水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1。

表1 凝結(jié)水水質(zhì)數(shù)據(jù)

經(jīng)比較，燃氣管網(wǎng)凝結(jié)水水質(zhì)滿足煉鋼悶渣要求，可替換出工業(yè)水補水17 t/h，節(jié)省工業(yè)水可實現(xiàn)年收益130余萬元。

3.5 引入油田伴生氣，增加調(diào)控手段

該鋼鐵企業(yè)附近有油田開采石油，其伴生氣具備該企業(yè)使用條件，且利于燃氣系統(tǒng)平衡。

伴生氣：它是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分是烷烴，其中含甲烷75%～80%，乙烷7%～8%，以及少量丙烷和二氧化碳。其供氣能力為6000 m3/h，低發(fā)熱值為35220 kJ/m3。燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。

將伴生氣引至天然氣管網(wǎng)，按梯級利用原則，將高品位能源（伴生氣）給熱軋使用，6000 m3/h伴生氣可替換出60000 m3/h高爐煤氣給熱電摻燒,折合電煤10 t/h。引入伴生氣是應對電煤市場變化的一個重要調(diào)節(jié)手段，大幅減少了電煤粉碎、制粉、輸送、除塵等公輔環(huán)節(jié)費用。

4 綜述

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣的優(yōu)化利用對我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，燃氣系統(tǒng)邊際效益回收最大化的實踐，合理利用鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)邊際效益可從以下幾個方面考慮：

（1）擴充煤氣系統(tǒng)緩沖能力“用空間換時間”，降低煤氣放散；

（2）動態(tài)調(diào)整，優(yōu)化調(diào)度，快速跟蹤生產(chǎn)節(jié)奏，降低煤氣放散；

（3）開發(fā)煤氣深加工工藝，提高燃氣產(chǎn)品附加值；

（4）合理回收燃氣系統(tǒng)副產(chǎn)品，將副產(chǎn)品資源化；

（5）將煤氣按品位梯級利用，提高煤氣利用率；

（6）結(jié)合修、配、改項目及運行實踐，調(diào)整工藝結(jié)構(gòu)。

以上案例中，在燃氣系統(tǒng)邊際效益回收方面的一系列措施，均取得良好的效果，提升能源管理的整體水平，最終提升了企業(yè)的綜合競爭力，給同行業(yè)開展邊際效益回收工作提供了參考。

Exp loration and Practice on M axim izing M arginal Benefit Recovery of Gas System in Integrated Steelworks

SUN Kai,CHEN Ting,SU Yefei,HUO Yujia
(Energy&Environment Dept.of Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd,Tangshan,Hebei 063200,China)

Gas is one of the important energy fluids in integrated steelworks.A coastal steel plant with annual production capacity of 9.7 million tons gives full play to the advantages of management concepts and equipments,utilizes the advantages of double gasholders joining with the pipe network,damping down of blast furnace to lower gas release,sales of hydrogen produced in COG and gas condensate used in granulating slag,to realize the operation mode of“reduction, recycle,reuse”in the gas system and gradually maximize recovery ofmarginal benefit.

Integrated steelworks;gas system;marginal benefit;maximization

TK018

B

1006-6764(2014)04-0017-02

2013－11－12

孫凱（1982-），男，2013年畢業(yè)于北京科技大學環(huán)境工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事能源與環(huán)境生產(chǎn)組織工作。