聶娟

（凌源鋼鐵集團(tuán)設(shè)計研究有限公司，遼寧省朝陽市 122500）

引言

在滿足工藝需求的前提下，鋼鐵廠剩余高爐煤氣可用作熱電廠鍋爐的燃料。選擇合理的發(fā)電方案能夠充分利用剩余煤氣、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

凌鋼老區(qū)現(xiàn)有4 臺40 t/h+2 臺75 t/h 燃?xì)忮仩t，配套2 臺12 MW+3 臺6 MW 抽凝式單抽汽輪機(jī)。夏季發(fā)電機(jī)組可滿負(fù)荷運(yùn)行，冬季鍋爐有90 t/h 抽汽用于生產(chǎn)和采暖供熱，發(fā)電量因汽輪機(jī)進(jìn)汽量不足而受限制。

隨著老區(qū)3 號高爐改造后生產(chǎn)能力的提高，副產(chǎn)煤氣量也相應(yīng)增加，新老廠區(qū)煤氣平衡剩余量折成高爐煤氣約14 萬m3/h 至19 萬m3/h。因此公司決定新建綜合利用高爐煤氣的熱電項目，將剩余煤氣全部回收利用，以解決老區(qū)發(fā)電進(jìn)汽不足和剩余煤氣放散造成環(huán)境污染的問題，達(dá)到凌鋼煤氣零排放目標(biāo)。

1 方案研究

1.1 煤氣平衡分析

新建熱電機(jī)組的規(guī)模，主要考慮夏季煤氣產(chǎn)量最高時，老區(qū)汽機(jī)全部滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電后的剩余煤氣量。對凌鋼現(xiàn)有高爐煤氣發(fā)生量和消耗量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并編制煤氣平衡表見表1。

表1 高爐煤氣平衡表

(1)夏季的剩余煤氣量

老區(qū)現(xiàn)有5 臺汽輪機(jī)全部純凝運(yùn)行時，為保障生產(chǎn)要求需鍋爐供給194.26 t/h 蒸汽，其中3 臺40 t/h+1 臺75 t/h 鍋爐運(yùn)行即可滿足供汽量，共消耗煤氣量18 萬m3/h，由表1可知剩余約16 m3/h煤氣可供新建熱電機(jī)組。一軋廠換輥檢修期間剩余煤氣量最高可達(dá)19 萬m3/h。

(2)冬季的剩余煤氣量

老區(qū)現(xiàn)有5 臺汽輪機(jī)投入3 臺抽汽運(yùn)行，抽汽量為90 t/h。鍋爐供汽量為175.71 t/h，其中3 臺40 t/h+1 臺75 t/h 鍋爐運(yùn)行，但不能滿負(fù)荷運(yùn)行，共消耗煤氣量16 萬m3/h，由表1可知留余約14 萬m3/h煤氣供新建熱電機(jī)組，一軋廠換輥檢修期間剩余量可達(dá)17萬m3/h。

1.2 鍋爐容量選擇

為減少老區(qū)向新區(qū)輸汽損失，同時滿足新區(qū)生產(chǎn)用汽要求，在新區(qū)熱電廠增設(shè)2 臺蒸汽鍋爐并采用熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式，從而達(dá)到消化剩余煤氣并為企業(yè)供電的目的。由煤氣平衡表可知，夏季剩余煤氣最大量為19 萬m3/h，煤氣參數(shù)見表2。設(shè)計選用次高壓鍋爐，蒸汽額定壓力5.3 MPa，額定溫度485 ℃，給水溫度150 ℃。利用以氣定電原則將數(shù)據(jù)代入式1 計算得：19 萬m3/h 煤氣燃燒產(chǎn)生的蒸汽量為208 t/h。為保證鍋爐能夠有效的燃燒所有煤氣并適應(yīng)熱負(fù)荷的變化，最終選定2臺110/5.3-Q 次高壓蒸汽鍋爐。

表2 高爐煤氣參數(shù)(組分變化范圍95%～105%)

利用剩余煤氣量計算鍋爐容量的計算公式

式中：D－鍋爐供氣量，t/h；

Q－煤氣消耗量，萬m3；

η－鍋爐熱效率，86%；

Qnet－煤氣低位發(fā)熱量，kJ/m3；

hz－485℃過熱蒸汽焓，3320 kJ/kg(查表)；

hs－150℃飽和水焓，634 kJ/kg(查表)。

1.3 汽輪機(jī)組選型

目前市場上汽輪機(jī)組種類繁多，主要由背壓機(jī)組、抽凝機(jī)組和純凝機(jī)組。根據(jù)新區(qū)的建設(shè)規(guī)劃，新區(qū)采暖熱負(fù)荷由高爐沖渣水換熱和余熱蒸汽供給，新建熱電不考慮新區(qū)采暖負(fù)荷，只提供生產(chǎn)熱負(fù)荷，最大值為冬季實際負(fù)荷35 t/h，故擬選用抽凝式汽輪機(jī)，將進(jìn)入汽輪機(jī)已做過部分功的蒸汽從中間抽取一股作為生產(chǎn)用汽。

汽輪機(jī)進(jìn)汽量應(yīng)與鍋爐蒸發(fā)量相匹配，選定2臺25 MW 抽凝式汽輪機(jī)組，汽耗率為4.33 kg/kWh，汽機(jī)額定抽汽能力為50 t/h，代入式2 計算得：汽輪機(jī)的進(jìn)汽量為108 t/h，與鍋爐蒸發(fā)量相適應(yīng)。且抽汽量滿足生產(chǎn)用汽要求。

式中：G－汽輪機(jī)進(jìn)汽量，t/h；

P－汽輪機(jī)額定功率，MW；

d－汽耗率，kg/kWh。

1.4 裝機(jī)方案和運(yùn)行方式

根據(jù)凌鋼高爐煤氣富余量和生產(chǎn)熱負(fù)荷，新區(qū)系統(tǒng)選用2 臺110 t/h 次高壓鍋爐配套2 臺C25-4.9/0.981 型抽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組額定發(fā)電功率為25 MW。額定抽汽量為50 t/h（實際抽汽35 t/h），抽汽壓力0.981 MPa、溫度313 ℃，配發(fā)電機(jī)型號為QF-30-2，額定功率30 MW，靜止勵磁，出口電壓為10.5 kV。

任何機(jī)組都是按確定的進(jìn)汽參數(shù)和排汽參數(shù)、一定的轉(zhuǎn)速與功率設(shè)計，如果汽輪機(jī)在這些設(shè)計條件下運(yùn)行，就具有較佳的效率與經(jīng)濟(jì)性。在變工況運(yùn)行時所有參數(shù)都隨汽輪機(jī)的輸出功率的變化而變化。由煤氣平衡表可知不同生產(chǎn)條件剩余煤氣量有所不同，可依據(jù)剩余煤氣量和生產(chǎn)用汽量確定機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)見表3。

表3 運(yùn)行參數(shù)

2 新建熱電機(jī)組污染物控制

保護(hù)環(huán)境已成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的必然選擇，對于新建熱電項目分析污染物的來源并制定防治措施，也是方案研究的主要內(nèi)容。

2.1 主要污染物來源

主要污染物為煙塵、SO2和NOX，其來源為鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣。供鍋爐燃燒的高爐煤氣已經(jīng)過布袋除塵器除塵，其粉塵含量＜10 mg/m3。根據(jù)表2高爐煤氣的成分檢測資料,高爐煤氣硫分含量低，煙氣中SO2含量小于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，不必采取脫硫措施。對于新建燃?xì)鈾C(jī)組的NOx 排污系數(shù)參照國家標(biāo)準(zhǔn)按照低氮燃燒技術(shù)取值（16.6kg/萬m3）。

新建熱電項目的排水主要為主廠房的生產(chǎn)廢水、設(shè)備循環(huán)水排水系統(tǒng)排污水、化學(xué)水處理間的廢水及生活污水，其中廢水總量為122.9m3/h。主要噪聲源為鍋爐房鼓、引風(fēng)機(jī)、水泵、發(fā)電機(jī)組等，強(qiáng)度范圍為80dB(A)～100dB(A)。

2.2 污染物控制措施及效果

(1)煙氣污染控制

鍋爐使用凈化后的高爐煤氣，初始含塵量<10 mg/m3。鍋爐燃燒后的煙氣經(jīng)高度45 m、出口內(nèi)徑3.5 m 的煙囪外排，排煙溫度約為160 ℃，煙塵排放濃度＜10 mg/m3，煙氣中的煙塵污染物滿足《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)標(biāo)準(zhǔn)，符合排放要求[3]。

采用低硝燃燒技術(shù)，利用鍋爐燃燒中生成硝的兩個主要途經(jīng)—溫度和過剩氧量，通過DCS 計算機(jī)系統(tǒng)控制鍋爐爐溫和空氣供給過剩系數(shù)，在鍋爐內(nèi)形成還原氣氛及爐溫控制在1000 ℃以下燃燒，抑制硝的生成量。NOX的排放量小于200 mg/m3，符合《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13323-2011)的排放限值要求。

(2)廢水污染治理

生產(chǎn)廢水及排污水直接排入排水管網(wǎng)，合流進(jìn)入總廠區(qū)污水處理廠。

生活污水2.9 m3/h，經(jīng)化糞池沉淀后進(jìn)入經(jīng)生活污水管網(wǎng)進(jìn)入排水總管排到總廠污水處理廠，可以滿足《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)要求。加強(qiáng)企業(yè)的節(jié)水工作和嚴(yán)格用水管理，進(jìn)一步提高水的循環(huán)利用率，更好地節(jié)約水資源。

(3)噪聲污染治理

產(chǎn)生噪聲的主要設(shè)備發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)安裝在車間內(nèi)，采用實體墻圍護(hù)框架結(jié)構(gòu)，具有較好的隔聲效果；風(fēng)機(jī)采取減振基礎(chǔ)，加軟接頭，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口安裝消音器，其它設(shè)備水泵等選用低噪聲系列，并采用減振基礎(chǔ)，鍋爐點火排氣安裝消聲器。采取上述措施，可以降噪20～25 dB（A）。廠界噪聲水平可滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）中2類功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

此外還應(yīng)根據(jù)環(huán)保要求在實際運(yùn)行過程中加強(qiáng)對各污染物排放口的監(jiān)督管理。

3 結(jié)論

最終確定新建熱電規(guī)模為2 臺110/5.3-Q 次高壓鍋爐配套2 臺C25-4.9/0.981 抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。充分利用剩余煤氣，實現(xiàn)了凌鋼高爐煤氣回收利用，解決了煤氣放散引起環(huán)境污染的問題，同時為企業(yè)增加了一定的自備電力和供熱能力。技術(shù)成熟，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。