羅 會(huì)

（新鋼公司能源環(huán)保部，江西 新余 338001）

1 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電概述

1.1 煤氣平衡情況

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。

1.2 燃煤氣發(fā)電機(jī)組裝機(jī)情況

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。

1.3 新建燃煤發(fā)電機(jī)組等級

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。

2 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)模式

2.1 用于發(fā)電的副產(chǎn)煤氣種類

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。

2.2 常規(guī)鍋爐發(fā)電

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。

2.3 發(fā)電機(jī)組對比

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)。

3 鋼鐵制造流程模式

3.1 典型鋼鐵制造流程

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

3.2 4種流程發(fā)電模式

（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。

4 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)模式的優(yōu)化升級

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。

5 結(jié)論

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。