羅 會(huì)
(新鋼公司能源環(huán)保部,江西 新余 338001)
在鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電的過程中,通過對各個(gè)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(jìn)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(gè)生產(chǎn)過程中,氣體的剩余量是:高爐氣體249944米/小時(shí),轉(zhuǎn)爐氣體829平方米/小時(shí);日歷時(shí)間煤氣富余量為:高爐和轉(zhuǎn)爐的余氣分別為249505 米/小時(shí)和3419 米/小時(shí)。其中,作業(yè)時(shí)間富余量指的是各工序都正常生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)氣量減去耗氣量得到的煤氣富余量,而日歷時(shí)間富余量則是各工序年平均(含檢修時(shí)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(huì)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(huì)一樣。因此,應(yīng)該根據(jù)哪個(gè)余量來決定燃?xì)獍l(fā)電的容量是現(xiàn)在所面臨的問題。
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(shí),這些電站都會(huì)停止發(fā)電,為廠區(qū)和生活區(qū)提供蒸汽,在不供熱時(shí)再發(fā)電,以滿足生產(chǎn)和生活兩個(gè)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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。
在燃煤氣發(fā)電機(jī)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(jī)組的選型上,應(yīng)選用效率較高的機(jī)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(jī)組。新建電廠在選用高效電源時(shí),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。
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(diǎn)。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(yùn)行狀況。
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(jìn)行煤氣的燃燒,將燃燒過程中所釋放的化學(xué)能進(jìn)行利用,在加熱鍋爐的過程中化學(xué)能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能,鍋爐中的水經(jīng)過加熱會(huì)轉(zhuǎn)化為蒸汽[3]。再通過汽輪機(jī)來使發(fā)電機(jī)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(jìn)行了彌補(bǔ),也可以說它是一種在原理上完全可以彌補(bǔ)純煤氣鍋爐的不足之處的發(fā)電方式,即燃?xì)獾牟▌?dòng)幅度控制在30%以內(nèi),且對鍋爐的動(dòng)力輸出無任何影響,這對于鋼鐵廠的動(dòng)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(jī)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(jìn)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(jìn)。正是在這樣的大背景下,從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面,對企業(yè)職工的思想政治工作進(jìn)行了系統(tǒng)地論述。
通過對以上三種發(fā)電方式的對比分析,從不同發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組來緩沖機(jī)組的熱能消耗,保證機(jī)組的穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
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(gè)具有代表性的一次高爐煉鐵流程。四個(gè)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(gè)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(jì)算。
圖1 鋼鐵制造流程圖
(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(gè)過程中氣體發(fā)電機(jī)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(jìn)行分析:首先,對4 個(gè)具有代表性的工藝流程進(jìn)行了理論分析,結(jié)果表明:4個(gè)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(gè)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(jìn)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(gè)機(jī)組的余氣得到充分地利用。最后,CCPP機(jī)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(gè)典型流程中的機(jī)組裝機(jī)容量和機(jī)組組合情況進(jìn)行詳細(xì)分析。(2)四個(gè)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(gè)典型流程中的每一噸鋼鐵的能耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)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(jìn)行了計(jì)算,并進(jìn)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(kuò)大,煤氣發(fā)電項(xiàng)目之間的配套度不斷提高。4 種典型流程的各種發(fā)電項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(jī)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(gè)百分點(diǎn),而第二期火力發(fā)電總量較第一期增長9.8 個(gè)百分點(diǎn)。由此可見,CCPP 的裝機(jī)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(huì)不斷地減少,從而企業(yè)需要購買的煤量會(huì)加大,這部分成本也會(huì)相應(yīng)地提高。再次,流程Ⅰ與流程Ⅱ燃煤鍋爐發(fā)電裝機(jī)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(jià)較流程1 高8.3 %,與流程2 燃煤鍋爐發(fā)電的造價(jià)較流程1 低13.6%。由此可得出兩個(gè)結(jié)論:第一,CCPP裝機(jī)容量的增加,其發(fā)電的總量就會(huì)變大;第二,CCPP 的發(fā)電效率高。該過程中的能源利用率會(huì)增加,降低了發(fā)電過程中的能源消耗,從而進(jìn)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(jī)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(dòng)汽輪機(jī)來進(jìn)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(jìn)行煤氣發(fā)電,不僅會(huì)增加消耗的能源,還會(huì)造成能源的浪費(fèi)。這會(huì)直接增加煤氣發(fā)電過程的成本。
首先,在建造煤氣發(fā)電機(jī)組的過程中,要根據(jù)實(shí)際的開發(fā)需要和情況,合理地進(jìn)行機(jī)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(shí)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(jì)效益。其次,鋼鐵企業(yè)在建造發(fā)電機(jī)組的時(shí)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(jià),并鼓勵(lì)企業(yè)自發(fā)電,實(shí)現(xiàn)電力外供。除此之外,企業(yè)在申請安裝發(fā)電機(jī)組的時(shí)候,要對相關(guān)的法律、法規(guī)進(jìn)行充分地核實(shí)和驗(yàn)證,重點(diǎn)是對機(jī)組并網(wǎng)時(shí)的容量和規(guī)格參數(shù)的匹配度進(jìn)行測試,禁止對燃煤燃?xì)饣鞜龣C(jī)組的對外供電,從而達(dá)到發(fā)電項(xiàng)目的最佳設(shè)計(jì)。最后,對于大型煤氣輪機(jī)來說,不僅要確保它的效率,而且還要確保它在運(yùn)行中的安全可靠,避免出現(xiàn)人身傷亡。根據(jù)機(jī)組的整體布局,當(dāng)有兩臺以上的機(jī)組并網(wǎng)時(shí),要加強(qiáng)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(jī)組進(jìn)行定期的維護(hù),與電力部門的高參數(shù)機(jī)組建立一個(gè)高效方便的接入系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)雙贏。相關(guān)單位必須定期地對工作人員進(jìn)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(yùn)行過程更加安全和可靠。
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(jìn)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(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)功能的轉(zhuǎn)變。鋼鐵企業(yè)要主動(dòng)提升煤氣發(fā)電技術(shù),加強(qiáng)發(fā)電機(jī)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(shí)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。