运用系统节能技术实现煤气向发电高效转换

郑玉清，翟大平，杜万生，任秀芹

（抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺113001）

运用系统节能技术实现煤气向发电高效转换

郑玉清，翟大平，杜万生，任秀芹

（抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺113001）

从国家政策要求和企业降低能源使用成本两方面说明了煤气向发电高效转换的必要性。分析了本企业二次能源资源利用现状，提出提高自发电量的总体策略。给出了煤气全部回收利用，优化煤气、蒸汽消耗结构的技术措施，运用能源管理中心（EMS）工具实现对煤气、蒸汽、发电负荷状态参数的实时监控和优化调度。用PDCA循环管理模式进行持续改善，提升了公司自发电量，降低了能源使用成本。

系统节能；节能减排；高效转换；自发电比例

1 引言

1.1 实现高效转换是国家的政策性要求

“十一·五”期间，国家将“能量系统优化（系统节能）”作为十大节能工程之一。钢铁行业针对自身的特点，提出了许多系统节能的原则，如：“能质对口、裕度合理、耦合匹配、系统优化”的供、用能原则，“就近回收、就近转换、就近使用、串级和梯级利用、高质高用”的余热余能回收和利用原则。

在装备政策中提出炉顶煤气压力大于120 kPa的高炉均应设置TRT设备。

工信部下达的工业企业“十二·五”规划目标指出：

二次能源全部利用：到2015年，自发电比例大中型钢铁企业余热余压利用率达到50%以上、利用副产二次能源的自发电比例达到全部用电量的50%以上。

煤气回收利用率：到2015年，工业副产煤气回收利用率达到98%以上。

1.2 实现煤气高效转换是降低能源使用成本的需要

能源成本通常占钢铁企业总成本的20%～30%。提高自发电量是企业最直接、最有效的降本途径，已受到各级管理者的普遍关注。自发电比例多数企业己达到50%以上，宝钢等少数企业在实现自给的同时，又实现了少量外供。在各工序中，自发电的行业水平为：

（1）烧结工序：吨烧结矿发电18～48 kW·h/t。

（2）炼铁工序：TRT发电为33 kW·h/t～40 kW· h/t。

（3）转炉工序：转炉余热蒸汽回收量己达到

80～110 kg/t，利用形式各企业不同，有的企业与烧结、球团工序上的余热蒸汽合用发电，有的企业回收后并入蒸汽主管网统一使用。工序发电水平难以考评。

（4）辅助工序：通常是采用煤气向蒸汽转换的发电形式，根据煤气平衡富裕量配置锅炉容量和发电容量。最终目的是将富裕煤气全部利用。

2 公司二次能源资源利用现状

钢铁企业生产过程中消耗一次能源的同时，又产生了如煤气、蒸汽等丰富的二次能源，这部分余热余能的有效利用可显著降低能源使用成本。一般二次能源占总钢铁能量（约700 kgce/t，国际先进为642 kgce/t)的70%，包括副产煤气及余热余能（490 kgce/t材）；在公司内部副产煤气资源构成有两种：即高炉煤气、转炉煤气（无焦化生产工序）。在生产过程中，燃煤的能量有34%会转换为副产煤气。高炉副产煤气量1700～1850 m3/t铁，转炉副产煤气量80～130 m3/t钢，副产煤气产生量大且能值高。“十一·五”前期，这部分能量利用形式多数为直接利用和转换利用。直接利用形式为各生产工序上配置的所有烧油、烧煤的炉窑改用副产煤气；转换利用形式现存两种：一种是利用中压锅炉将煤气转换为蒸汽，再利用汽轮机拖动鼓风机，实现向高炉供风；另一种是利用高、中压锅炉将煤气转换为蒸汽，再利用汽轮机拖动发电机，实现发电；通过以上两种形式实现副产煤气高效转化功能，进一步提高能源使用效率。

蒸汽余热资源构成：在公司内部，经能流梳理总体余热资源构成为：

吨钢余热资源总量为8.44 GJ/t，是吨钢可比能耗的37%。中间产品和最终产品携带的显热为33.5 GJ/t，占余热资源总量的39%。各熔渣显热为0.74 GJ/t，占余热资源总量的9%。各废（烟）气显热为3.10 GJ/t，占余热资源总量的37%。冷却水携带的显热为1.24 GJ/t，占余热资源总量15%。余热蒸汽流存在于烧结工序、竖炉工序、炼钢工序、轧钢工序中，经回收装置回收后，送入低压蒸汽总管网，集中送到5.5 MW机组，实现低压饱和蒸汽发电。

3 提高自发电量的总体策略

首先考虑发电单体设备发电指标的提升，结合工艺参数调整，操作水平、设备运行等能耗因子实施持续改善策略。2012年初针对TRT发电系统运行状态，从发电系统设备运行稳定性、发电用煤气品质、发电工艺配置合理性及运行管理方面进行分析,确定了提升TRT发电指标提升的解决方案：

（1）提高炉顶压力；

（2）提高TRT装置煤气流通量；

（3）提高煤气温度；

（4）降低煤气含尘量。

其次是系统谋划煤气、蒸汽介质平衡，优化运行，保证对发电设备能量供应品质的稳定性、连续性。

4 煤气系统诊断分析与节能策略

4.1 现状煤气平衡

在5座高炉同时生产情况下，日产铁8800 t，日产钢9360 t，吨铁高炉煤气发生量按1800 m3/t计；高炉煤气平衡情况为(2011年度数据)：

5座高炉煤气发生量660000 m3/h，烧结、球团系统用量81000 m3/h，炼铁自用量275000 m3/h，轧钢系统179000 m3/h，能源中心锅炉114000 m3/h，煤气富余量11000 m3/h。

转炉煤气回收量25350 m3/h。炼钢自用量12870 m3/h，机修厂窑炉680 m3/h，白灰厂竖窑6800 m3/h，能源中心锅炉5000 m3/h，供需平衡按3万柜正常运行柜位适度调整。

4.2 煤气系统诊断分析

4.2.1 高炉煤气放散率与行业对标分析

钢协2011年统计报表显示全行业高炉煤气放散率3.88%。公司高炉煤气放散率高于行业平均值。行业内多数企业己达到1%左右的水平，高炉煤气利用潜力巨大。分析研究原因是2011年2×50 t/h锅炉处于相继改造期（9个月）。扣除此项因素引起的放散量9720万m3，实际高炉煤气放散率为3.94%。仍然高于行业平均水平。原因是：

（1）2台50 t锅炉实施全煤气化改造期间，煤气用量同比减少3.8万m3/h。

（2）炼铁入炉炉料结构调整球比时，减少一座竖炉高炉煤气用量；烧结矿物流短期内调整不顺畅时，调整一台烧结机停产。

（3）公司计划定检修时、上下工序连续性差时，引起的高炉煤气的实时性不平衡。

（4）轧钢系统调整品种时短暂性的降低用量。（5）突发性工艺失衡和煤气供应设施故障引起的煤气不平衡。

以上5种因素导致高炉煤气有不同程度的放散。2011年实际高炉煤气放散率5.67%。

各煤气用户的煤气消耗指标还存在较大的优化节约空间。烧结机点火器助燃空气没有采用预热技术，吨矿煤气消耗偏高，炼铁工序自用量现状为

47%左右，没有采用双预热技术，同行业先进水平为42%，受煤气质量影响，轧钢加热炉蓄热体换热效果不理想，吨材煤气消耗偏高。

4.2.2 吨钢转炉煤气回收量与行业对标分析

公司转炉煤气现状是吨钢回收煤气平均65 m3/t。钢协2011年统计报表数据表明：80%以上的企业己实现转炉煤气回收90～110 m3/t，影响回收量的关键因素是柜容偏小、用户少，如果达到行业先进水平，转炉煤气回收利用量可增加24000 m3/h～30000 m3/h，存在较大的提升空间。

公司己决定进行420 m3高炉扩容改造和3× 30 t转炉扩容改造，年产钢达到356×104t能力。同时在现存3万m3转炉煤气柜南侧，移地建设一座5万m3转炉煤气柜。吨钢回收煤气可实现110 m3/t，煤气平均回收量达到49000 m3/h。

4.3 优化后的煤气平衡结果

优化后的煤气平衡结果见表1。

表1 优化后的煤气平衡表(×104m3/h)

4.4 煤气系统进一步优化措施

4.4.12012 年配套技改项目

（1）3万m3转炉煤气柜改5万m3转炉煤气柜项目：

移地建设一座5万m3转炉煤气柜，进一步提高转炉煤气回收量，预计可提高24000～30000 m3/h。

（2）淘汰现存30 t/h、20 t/h煤-煤气混烧锅炉，新建130 t/h的高温高压煤气锅炉、配套高温高压25 MW抽汽式凝汽汽轮发电机组项目：

根据煤气平衡知剩余煤气折合高炉煤气12.7× 104m3/h，为充分利用富裕煤气，拟建一台130 t/h的高温高压煤气锅炉、配套高温高压25 MW抽汽式凝汽汽轮发电机组及其辅助设施。从汽轮机中压级数处抽取中温中压蒸汽40～48 t/h作为待建580 m3高炉鼓风机NV50风机动力源.抽取2.5 MPa蒸汽2 t/h供除氧器，其余82～90 t/h蒸汽全部用于发电，最大发电量25000 kW·h/h。

（3）高炉全部配备TRT发电装置：3#450 m3高炉配备发电机功率N=3000 kW。新建580 m3高炉煤气TRT发电配备发电机功率N=4500 kW。4#420 m3高炉与5#450 m3高炉煤气建设一套公用性TRT发电机组，发电机功率N=4500 kW。建成后增加TRT装机容量12 MW，年发电5644×104kW·h。

样品B:乳状液通过单杆螺旋挤压设备,向液氮冷却的不锈钢平板上挤压。当挤压液接触不锈钢平板时,乳液瞬间冷凝硬化。乳化液厚度不超过1 cm,在-4 ℃下预冷2 h; 然后将预冷冻样品放入真空冷冻干燥机内,在-54 ℃、45 kPa条件下真空冷冻干燥24 h,对干燥后的产物研磨处理,得到复方精油微胶囊。

4.4.2 工艺支撑后期储备研发项目

烧结机机尾需利用烟气余热预热助燃空气，采用热风烧结技术，进一步降低煤气消耗。

炼铁热风炉应用双预热技术，进一步降低煤气消耗。

轧钢加热炉应用蜂窝体换热技术和回收烟气余热，预热助燃空气，提高热送热装比和热装温度。

180 m2烧结机建成后，研究开发3台烧结机机头烟气送入解冻库，置换燃高炉煤气解冻方式。

5 蒸汽系统分析与节能策略

5.1 蒸汽系统供需现状

5.1.1 中压热力蒸汽

5.1.2 低压余热蒸汽

低压余热蒸汽源分布在烧结、竖炉、炼钢、半连

轧、连轧、棒材生产工序上，正常生产情况下，共有余热蒸汽量68 t/h，炼钢余热蒸汽压力0.6～0.8 MPa；其他部位余热蒸汽压力约0.3～0.5 MPa，温度为饱和温度。冬季用于取暖，夏季用于发电。

5.2 蒸汽系统的节能策略与措施

5.2.12012 年配套技改项目

（1）煤气管网上设置的脱水器全部采用新型自控温电伴热技术，替代煤气排水器蒸汽伴热，共92台。每台排水器日消耗蒸汽2.4 t，预计节约蒸汽10 t/h。

（2）生活用户采暖用汽全部利用高炉冲渣水采暖，初步测算：高炉冲渣水热资源量有，相当于节约蒸汽24 t/h。

以上两项措施节余蒸汽共计34 t/h，用于冬季5.5 MW机组运行发电。按低压蒸汽发电汽耗10 kg/kW·h计算，增加采暖期发电量1240×104kW·h。

（3）高、中压蒸汽系统优化运行

高、中压蒸汽系统优化运行参数见表2。

表2 高、中压蒸汽系统优化运行参数t/h

新建25 MW机组发电机组正常状态下，抽取40～48 t/h中压蒸汽供12 MW汽机拖动NV50风机，比现状增加1台汽机运行，实现直接节电10000 kW·h/h，年节电7920×104kW·h。

在异常状态下，抽取中压蒸汽进入中压蒸汽管网，2台50 t/h、1台130 t/h、1台75 t/h产出蒸汽同属中压蒸汽级别，在某一单体设备检修、清灰或异常状态下，互为备用，保证3台汽轮机稳定运行。1台75 t/h作为高炉煤气缓冲用户，15 MW发电机组跟随调整发电负荷。

5.2.2 工艺支撑后期储备研发项目

烧结、竖炉、炼钢、半连轧、连轧、棒材生产工序上余热回收水汽系统采取强制循环、调高安全阀设定压力等措施，提高余热蒸汽进网量和进网压力。

6 运用能源管理中心系统(EMS)对能源介质供需过程进行实时监视和管控

能源介质生产、供需过程中，经常会出现阶段性不平衡，计划检修、设备故障、生产状态异常，都会引发能源介质的状态参数出现波动，产与用的不协调。属计划范畴内的检修事项引起的能源结构不平衡可在能源平衡计划中相应做出调整计划和管理预案。但由于公司生产工艺复杂且流程长，任何一台设备、一个工序环节的状态异常，都会构成阶段性的产用不平衡状态，影响能源使用效率。如果能及时、有效地处理突发事件导致的过程损失，将会大幅度提高煤气、蒸汽向发电的转换效率。公司建设的能源管理中心可将节能、平衡和优化有机结合起来，，实时监视系统的运行情况，进行科学、系统管理和优化调度。

煤气系统、蒸汽系统监视画面（略）。

7 结论

通过实施系统节能技术，对煤气、蒸汽、发电系统进行一次系统梳理和诊断分析，给出了近期节能工作方向，挖潜增效、调整能源消耗结构的技术措施。公司正在分阶段、分步骤实施。部分优先实施的节能措施效果己凸显出来。TRT发电指标己稳定在35～36 kW·h/t铁；转炉煤气回收量己达到120 m3/t钢以上；高炉煤气放散率己降到1%以下，煤气管网取消蒸汽伴热和高炉渣采暖己在冬季采暖后期运行成功。置换出来的蒸汽用于提升蒸汽向发电的转换。因发电并网受电力部门的限制，发电效益己开始转向煤气-蒸汽-汽轮机-风机的技术路线。2013年公司正在有计划推进后期待建项目，通过引进成熟先进的节能技术，进一步改进能源消耗结构，降低能源使用成本，为完成省、市政府下达的“十二·五”节能目标，提供有力的支撑、保障条件。

High-efficiency Conversion from Gas to Electricity Using Systemic Energy Saving Technology

ZHENG Yuqing，ZHAI Daping，DU Wansheng，REN Xiuqin
(Fushun New Iron and Steel Co.,Ltd.,Fushun,Liaoning 113001,China)

The necessity of high-efficiency conversion from gas to electricity is explained from both aspects of national policies and reduction of energy cost of enterprises.The current utilization state of secondary energy resources of the enterprise was analyzed and an overall strategy for increasing self generated power was put forward.Technical measures for complete gas recovery and optimization of gas and steam consumption structures were provided,using energy management center(EMS)tool to achieve realtime monitoring and optimized allocation of gas,steam and parameters for load conditions of power generation.PDCA cycle management was used for continuous improvement,increasing the amount of company-generated power and reducing energy consumption cost.

systemic energy saving;energy saving and emission reduction;high-efficiency conversion;ratio of self-generated electricity

X757

B

1006-6764(2014)05-0019-04

2013－04－24

2013－08－02

郑玉清（1961－），女，1983年毕业于抚顺市建筑工程学校暖通专业，1990年毕业于辽宁广播电视大学锅炉运行专业，2007年毕业于中央广播电视大学土木工程专业，工程师，现从事给排水专业技术工作。