湯海軍

（陽春新鋼鐵有限責任公司設備工程部，廣東陽江 529600）

引言

鋼鐵企業(yè)利用主體工序生產過程中產生的二次能源發(fā)電，即利用余熱、余壓、富余煤氣發(fā)電，實現(xiàn)用電自給的循環(huán)經濟，在鋼鐵行業(yè)已有多年的討論和實踐。有煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼、相對配套的全長流程鋼鐵企業(yè)，利用二次能源發(fā)電，國內已有少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)了生產用電自給［1］、或自給有余。而在沒有煉焦工序的半長流程鋼鐵企業(yè)能否實現(xiàn)，還在探索之中。

利用二次能源發(fā)電，在余熱方面，有燒結礦余熱、轉爐煙道余熱、軋鋼加熱爐的余熱回收發(fā)電。在余壓方面，有高爐頂壓能量回收的TRT 發(fā)電。在富余煤氣方面，有鍋爐直接燃燒煤氣生產蒸汽后的常規(guī)發(fā)電、燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）。

隨著雙碳目標確定，鋼鐵行業(yè)出現(xiàn)壓電限產形勢，鋼鐵企業(yè)利用二次能源發(fā)電，自給有余的工作，將有重要的戰(zhàn)略意義。以陽春新鋼鐵的以往實際發(fā)電情況及相關數(shù)據推算，探討二次能源發(fā)電自給的可行性。

1 陽春新鋼鐵概況

陽春新鋼鐵2009 年開始分一、二期建設240 萬t 線棒材生產基地，擁有2×180 m2燒結機、2×1250 m3高爐、2×120 t轉爐、2條棒材及1條高線軋材生產裝備。因陽春新鋼鐵沒有焦爐工序，故定義其為“半長流程鋼鐵企業(yè)”。

2010年全面投產，2011年鋼鐵產量達到設計產能，2016 年開始在原有產能的基礎上，不斷提升產量。摘取2015、2016、2018、2020 年的鋼、鐵、材、燒的產量如表1。

表1 2005～2020年產量統(tǒng)計表 單位：萬t

從表1 中可以看出，2015 年的燒結礦、鐵水、鋼坯、軋材產量與設計產能相對接近、且均衡，鐵大于鋼、鋼大于材；2016 年產量大于產能、相對均衡，鋼、鐵、材產量提升8%左右；而2018、2020年則不同了，鋼大于鐵、材大于鐵，原因是廢鋼用量增加較多。

配套余熱能量回收，建設了1套9 MW燒結余熱發(fā)電機組，于2012 年投產；建設了1 套6.5 MW 煉鋼余熱發(fā)電機組，于2015 年投產；軋鋼加熱爐暫為水冷方式，沒有回收利用余熱資源。

配套余壓能量回收，建設了2套8 MW的TRT發(fā)電機組，與高爐同步投產并運行。

配套富余煤氣能量回收，建設了3 套25 MW 燃用煤氣鍋爐中溫中壓汽輪發(fā)電機組，于2014年全部建成投產。隨著各工序節(jié)能工作的開展，優(yōu)化能源使用方式，進一步減少各工序的煤氣消耗，富余更多煤氣，3 臺25 MW（發(fā)電機30 MW）發(fā)電機組長年處于較高負荷、甚至超25 MW 負荷運行，且有較少時段出現(xiàn)煤氣放散現(xiàn)象。

2015、2016、2018、2020 年的發(fā)電、用電、購電、轉供電情況，見表2 所列。表中的自用電量是新鋼鐵各主體工序的用量，包括料場、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼能源、鋼渣處理及廠區(qū)各種施工制作等廠區(qū)內的用電。轉供協(xié)作單位用電，包括制氧廠（梅賽爾公司）、高爐水渣處理（眾鑫環(huán)保公司）、各維修單位在廠區(qū)周邊的生產生活用電。

表2 2005～2020年能源消耗數(shù)據

2 分析提高發(fā)電量的潛力與空間

2.1 分析各種發(fā)電量的權重及潛力

將表2 發(fā)電量數(shù)據進行分析，各項發(fā)電量占總發(fā)電量比例如表3。

表3 自發(fā)電占比統(tǒng)計 %

從發(fā)電量占比來說，煤氣的發(fā)電量占總發(fā)電量比例超過75%，TRT 及余熱發(fā)電總計不足25%。在確保TRT 及余熱發(fā)電穩(wěn)定正常的情況下，應重點考慮煤氣發(fā)電潛力的挖掘工作。

煤氣發(fā)電的3套25 MW機組為中溫中壓蒸汽參數(shù)，相對高參數(shù)蒸汽發(fā)電機組，其發(fā)電效率低、自耗電率高，系統(tǒng)配置齊備并正常運行的機組效率為25%左右，而在陽春新鋼鐵的中溫中壓機組建設中，所有汽輪機均未配置抽汽回熱系統(tǒng)，整個機組實際運行的發(fā)電效率低于同類機組，為22.8%左右，自耗電率在9%以上。

按照目前的火力發(fā)電裝備水平，高爐、轉爐煤氣用于燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）［2］，效率可達45%以上，自耗電可低至4%；或用于亞臨界超高溫、蒸汽再熱發(fā)電，其發(fā)電效率水平可達41.8%以上，自耗電可控制5%以下。

前者CCPP 煤氣發(fā)電機組，主要為進口設備，單位kW 容量的造價約5 000 元。后者直接由鍋爐燃燒煤氣產生蒸汽、由汽輪機發(fā)電的亞臨界超高溫蒸汽再熱機組，單位kW 容量的造價在2 500 元左右，其發(fā)電效率雖低于CCPP 機組，但還有41.8%以上、最高可達44%。后者發(fā)電方式的效率稍低，但在投資和運行維護方面，具有明顯的低成本優(yōu)勢。

2.2 測算亞臨界機組發(fā)電情況下的電量

新鋼鐵根據以上投資情況，考慮采用亞臨界超高溫蒸汽再熱參數(shù)發(fā)電的電機組，經升級改造、替代中溫中壓機組，煤氣發(fā)電量的增加情況如表4。

表4 數(shù)據顯示，用亞臨界機組升級改造3 套中溫中壓煤氣發(fā)電機組，其發(fā)電量與供電量凈增有4.5 億kWh 以上，說明亞臨界機組的發(fā)電量、供電量增加的空間很大，凈增發(fā)電量與凈增供電量相近，說明亞臨界機組運行的自耗電總量與中溫中壓機組相近。

表4 各機組煤氣發(fā)電量增加情況 單位：萬kWh

2.3 測算亞臨界機組發(fā)電后的電力供給情

以供電量凈增減外購電，即為亞臨界機組發(fā)電后的供給電情況，如表5。

表5 各機組正常發(fā)電后的負荷情況 單位：萬kWh

表5 計算的結果顯示，包括轉供電情況下，2015、2016、2020年是電力自給有余，只有2018年電力不能自給，需要外購電量6 769.19 萬kWh。不包括轉供電情況下，所有年份都有多余電力。最少年份為2018 年，多余電力20 022.73 萬kWh；最多年份為2020 年，有33 666.18 萬kWh 電力需要轉供和上網。

此外，選擇合適大容量的發(fā)電機組，讓煤氣無放散；同時，進一步優(yōu)化全工序用煤氣，還可富余更多煤氣。加上以上舊機組自耗電實際高于9%、新機組發(fā)電效率設計可高于41.8%、自耗電可低于5%，全廠節(jié)電還有工作可做等因素，發(fā)電量可能更大，用電量可以更少。電力自給有余的情況，完全可能優(yōu)于表5中的數(shù)據。

3 結論

在陽春新鋼鐵這種無煉焦工序的企業(yè)，當煤氣發(fā)電達到較高發(fā)電效率后，能實現(xiàn)二次能源發(fā)電基本自給、甚至自給有余的情況說明，半長流程鋼鐵企業(yè)可以實現(xiàn)用電自給或自給有余。

為此，陽春新鋼鐵在2016 年針對“新建1 套150 MW 亞臨界超高溫蒸汽參數(shù)的煤氣鍋爐發(fā)電機組”，替代原3 套25 MW 機組，進行了可行性研究設計。2016年完成了可研報告，2017年上報政府相關部門，并補充進入了廣東省十三五能源規(guī)劃，在國家能源局備案，2019 年5 月該項目獲得廣東省批準后，開始啟動建設工作。設計了機組發(fā)電效率為42.06%、自耗電率為4.88%、最大發(fā)電負荷為165 MW、最高發(fā)電效率點在155 MW，預計2022 年上半年投產。