■李洪斌 ■河北大墺城市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河北 邯鄲 056002

我國(guó)人口占世界總?cè)丝诘?0%，是世界人口數(shù)量最多的國(guó)家，但已探明的煤炭?jī)?chǔ)量?jī)H占世界儲(chǔ)量的11%，原油占2.4%，天然氣僅占1.2%，我國(guó)是能源資源相對(duì)匱乏的國(guó)家，人均能源資源占有量不到世界平均水平的一半。與此同時(shí)，我國(guó)能源利用率卻平均只有36.3%左右，較發(fā)達(dá)國(guó)家低約10%。我國(guó)單位GDP 能耗是世界平均水平2.5倍，美國(guó)的3.3 倍，也高于巴西、墨西哥等發(fā)展中國(guó)家，是能源浪費(fèi)最嚴(yán)重的國(guó)家之一。

鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國(guó)總能耗15%左右，噸鋼能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高25～30%，主要原因是鐵鋼比高，高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣余能余熱回收利用率低等。在此情況下，如何充分回收利用余能余熱節(jié)能降耗顯得至關(guān)重要。

煉鐵高爐所產(chǎn)生的高爐煤氣是一種低熱值的有毒可燃?xì)怏w，熱值一般在3125～3500kJ/Nm3左右。通常條件下，除高爐熱風(fēng)爐自身使用外，還有大量富余，如不能回收利用則只能放空排放，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染，為了充分利用富余的高爐煤氣，一般情況是在燃煤動(dòng)力鍋爐中摻燒一部分貨供小型混合煤氣鍋爐混燒，回收量都不大。隨著純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(CCPP)，TRT(高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置)，蓄熱室燃燒技術(shù)等在鋼廠的實(shí)施，高爐煤氣作為一種重要的能源，已在鋼鐵企業(yè)得到廣泛回收利用。在日本的鋼鐵企業(yè)如新日鐵，以及我國(guó)的寶鋼等先進(jìn)的鋼鐵企業(yè)，幾乎全部的高爐煤氣被回收再利用，大大降低了煉鋼能耗。本文就純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電、高爐煤氣燃?xì)?蒸汽聯(lián)合發(fā)電(CCPP)和TRT 發(fā)電技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，為鋼鐵企業(yè)利用高爐煤氣節(jié)能環(huán)保提供參考。

1 純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)

20 世紀(jì)90年代中期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始自主開(kāi)發(fā)并引進(jìn)國(guó)外全燒高爐煤氣發(fā)電技術(shù)，如上海一鋼建設(shè)的50MW 高爐煤氣發(fā)電機(jī)組于1999年年投產(chǎn)，首鋼的50MW 高爐煤氣鍋爐發(fā)電機(jī)組1996年建成投產(chǎn)，唐鋼的25MW 中溫中壓高爐煤氣發(fā)電機(jī)組抽汽汽輪發(fā)電機(jī)組2000 建成投產(chǎn)，鞍鋼的25MW 高爐煤氣發(fā)電機(jī)組于2000年投入運(yùn)行等等。目前，國(guó)內(nèi)主要有杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司、江西江聯(lián)能源環(huán)保股份有限公司、無(wú)錫華光鍋爐股份有限公司等企業(yè)生產(chǎn)130～220t/h 高溫高壓高爐煤氣電站鍋爐。近些年，此技術(shù)已在鋼鐵企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術(shù)由燃高爐煤氣鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)及輔機(jī)等組成。通過(guò)高爐煤氣管道將減壓閥組減壓后或TRT 裝置后的低壓高爐煤氣送入鍋爐進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。通過(guò)汽輪機(jī)抽汽也可對(duì)外進(jìn)行供熱實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)電既可作為企業(yè)自用，也可上網(wǎng)銷(xiāo)售。純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電廠較傳統(tǒng)燃煤電廠減少了煤處理系統(tǒng)，而且高爐煤氣是一種清潔能源，不必考慮煙氣除塵、脫硫、脫硝設(shè)施。但是對(duì)于燃料的安全監(jiān)控系統(tǒng)要求很高，運(yùn)行中需加強(qiáng)對(duì)煤氣泄漏的監(jiān)測(cè)，以確保運(yùn)行可靠安全。

2 TRT(高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置)

上世紀(jì)50年代中期，法國(guó)、比利時(shí)、捷克、蘇聯(lián)等國(guó)開(kāi)始對(duì)TRT 進(jìn)行試驗(yàn)研究。其中法國(guó)成功的開(kāi)發(fā)了濕式TRT 系統(tǒng)，蘇聯(lián)則開(kāi)發(fā)了干式TRT 系統(tǒng)。80年代，日本的TRT 裝置技術(shù)發(fā)展較快，三井造船、日立造船、川崎重工等對(duì)TRT 進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步提高了回收效率、降低了投資。

我國(guó)從60年代中期由武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院開(kāi)始研究、消化吸收國(guó)外TRT 技術(shù)。80年代初期通過(guò)大量試驗(yàn)取得成功。于1988年前后，分別建成了武鋼3#高爐TRT，酒鋼1#高爐TRT。目前，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)基本都已配套建設(shè)了TRT 裝置，國(guó)產(chǎn)TRT 基本上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)產(chǎn)TRT 制造企業(yè)主要有西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司等。此技術(shù)在國(guó)內(nèi)鋼鐵廠已得到廣泛應(yīng)用。

TRT 煤氣入口從文氏管后的煤氣管接出，TRT 的煤氣出口與調(diào)壓閥組后的凈煤氣主管相接，可以代替減壓閥組調(diào)節(jié)穩(wěn)定爐頂壓力，所以TRT 是與調(diào)壓閥組并聯(lián)在凈煤氣管道上的。高壓煤氣在透平機(jī)內(nèi)膨脹做功，推動(dòng)透平機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。透平機(jī)有軸流向心式、軸流沖動(dòng)式和軸流反動(dòng)式三種，其中軸流反動(dòng)式的質(zhì)量小、效率高。在回收余壓能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收三種，平均回收的發(fā)電能力高，設(shè)備投資低，投資回收期短，而且還能保證高爐爐頂壓力穩(wěn)定，我國(guó)寶鋼的TRT 就采用平均回收方式。

煉鐵生產(chǎn)中，高爐爐頂煤氣壓力大于0.03 兆帕?xí)r，采用煤氣余壓發(fā)電技術(shù)裝備(TRT)可將這部分壓力能回收，其設(shè)備的工作原理是煤氣的余壓使煤氣在透平機(jī)內(nèi)進(jìn)行膨脹做功，推動(dòng)透平機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出一定的電量。根據(jù)爐頂壓力不同，TRT 裝置所發(fā)出的電量與高爐煤氣的壓力和流量有關(guān)，一般噸鐵發(fā)電量為35 千瓦時(shí)～40千瓦時(shí)。采用干法除塵可以使發(fā)電量提高36%，而且溫度每升高10℃，會(huì)使發(fā)電透平機(jī)效率提高10%，進(jìn)而使TRT 裝置最高發(fā)電量可達(dá)54 千瓦時(shí)/噸鐵。

TRT 裝置的設(shè)置一般流程是:高爐煤氣經(jīng)過(guò)重力除塵器、干式(濕式)除塵器，進(jìn)入TRT 裝置，TRT 與減壓閥組是并聯(lián)設(shè)置。高壓的高爐煤氣經(jīng)過(guò)TRT 的入口蝶閥、入口插板閥(調(diào)速閥)、快切閥，進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，自透平出來(lái)的低壓煤氣，進(jìn)入低壓煤氣系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)的出線經(jīng)變電所與電網(wǎng)相連，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)送電或從電網(wǎng)接受電能。

3 高爐煤氣燃?xì)?蒸汽聯(lián)合發(fā)電(CCPP)

CCPP 是目前鋼鐵企業(yè)最先進(jìn)的煤氣回收利用技術(shù)，該技術(shù)將鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的富余煤氣與空氣燃燒后產(chǎn)生高溫高壓煙氣，煙氣膨脹做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，之后用余熱鍋爐將煙氣的余熱回收產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，利用蒸汽輪機(jī)再次發(fā)電，最終實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。目前低熱值煤氣為燃料的CCPP 只被少數(shù)公司掌握，如ABB、日本川崎，美國(guó)GE等。CCPP 已在我國(guó)部分鋼鐵大型鋼鐵企業(yè)得到應(yīng)用，如寶鋼、萊鋼、鞍鋼、遷鋼等等，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的效益CCPP 發(fā)電效率高、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好，發(fā)電效率高達(dá)45%，而同規(guī)模常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組效率僅為23%—35%左右，兩年即可收回投資成本。CCPP 以低熱值高爐煤氣為主要燃料，能大幅度減少高爐煤氣放散量，遷鋼的高爐煤氣基本上可以全部被回收利用，達(dá)到高爐煤氣零排放，節(jié)能效果明顯。CCPP 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電不需要冷卻水，新水耗用量不足常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的一半。CCPP 燃?xì)夂涂諝饩鶅艋梁瑝m量約1 毫克/立方米進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，排氣含塵量?jī)H為1 毫克/立方米，氮氧化物含量小于30PPM，遠(yuǎn)低于常規(guī)鍋爐1000 毫克/立方米的排放水平。

4 結(jié)論

(1)煉鋼企業(yè)高爐煤氣應(yīng)根據(jù)自身具體情況選擇適合的高爐煤氣發(fā)電技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)全部回收利用。(2)高爐煤氣發(fā)電設(shè)備投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益顯著，應(yīng)予以廣泛采用。(3)大型煉鋼企業(yè)應(yīng)優(yōu)先采用先進(jìn)的CCPP 設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)廢氣利用和能源梯級(jí)利用，使能源利用率最大化。

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