首秦公司热电系统优化与节能技术应用

陈国忠，葛 红

（1. 秦皇岛市节能监察监测中心，河北 秦皇岛 066000；2. 首秦金属材料有限公司，河北 秦皇岛 066300）

首秦公司热电系统优化与节能技术应用

陈国忠1，葛 红2

（1. 秦皇岛市节能监察监测中心，河北 秦皇岛 066000；2. 首秦金属材料有限公司，河北 秦皇岛 066300）

根据首秦公司热电系统存在高炉煤气发散、自发电率不高、余热资源利用不高等问题，借鉴国内先进钢铁企业余热利用成功经验，并结合自身实际，采取高炉煤气综合利用发电、烧结余热发电和高炉冲渣水余热供暖等低温低压余热资源利用节能措施，提升二次能源的高效利用水平，实现节能降本，体现社会责任。

高炉煤气发电；余热发电；节能技术应用

1 首秦公司热电系统运行现状及存在的问题

1.1 蒸汽系统运行现状

首秦公司低压蒸汽发生源为1台10 t/h燃气锅炉、75 t/h锅炉减温减压、轧钢2台汽化冷却系统、炼钢3台汽化冷却系统、烧结双压余热锅炉。具体见表1。

从表1可看出，厂区余热蒸汽回收发生源主要包括转炉汽化冷却和加热炉余热锅炉两部分，共计产汽量49 t/h，轧钢加热炉余热锅炉产生蒸汽用于满足厂区生产生活用汽；转炉汽化冷却系统目前余热蒸汽产量约为80 kg/t钢，产生蒸汽主要经过RH蒸汽过热炉过热后满足RH炉冶炼用汽，剩余蒸汽补充进厂区管网用于满足厂区生产生活用汽。两台10 t/h锅炉，75 t/h锅炉减温减压和烧结余锅低压作为厂区采暖期补充用汽，共计产汽量35 t/h。采暖期，厂区低压蒸汽使用量共计84～100 t/h，产耗不平衡造成管网压力低，特殊情况下通过控制用户达到管网稳定。非采暖期，厂区低压蒸汽使用量共计39～45 t/h，而余热蒸汽回收量为49 t/h，存在超压放散现象，尤其烧结余热发电项目实施前放散现象更严重。

表1 首秦公司低压蒸汽发生源及产量汇总

1.2 热电系统运行存在的问题

1.2.1 发电系统煤气放散，自发电率不高

35 MW汽轮发电机组和烧结余热发电项目实施前，首秦公司高炉煤气放散率在9%以上，动态煤气富裕6～9万Nm3/h，前期由于考虑3 500 mm项目，这部分二次能源一直没有得到利用，造成煤气的大量浪费。首秦公司原有1套15 MW热电机组，2套压差发电共16.4 MW，总装机容量31.4 MW。

2008—2013年首秦公司发电量如图1所示，首秦公司年总发电量均在2亿kWh以下，自发电率15.3%，自发电率低，外购能源依存度高。所以首秦公司急需调整能源结构，优化用能机制，充分利用放散煤气，提高自发电率，降低外购电量，降低外购能源成本。

图1 2008—2013年首秦公司年发电量

1.2.2 余热系统的余热资源利用率较低

钢铁企业拥有大量的余热资源，而国内大部分钢铁企业受工艺、地理位置等因素影响，余热资源利用率较低。首秦公司余热资源丰富，但未得到充分利用，一直在探索低温低压余热资源的利用，变废为宝。如高炉冲渣水余热回收利用[1]以及烧结环冷机余热资源回收利用。2011—2013年通过对济钢、通钢、宣钢等钢厂进行考察，学习其先进的同时，结合首秦公司特有的工艺方式和地理位置，实施了高炉冲渣水余热利用和烧结余热利用等项目。

2 首秦公司热电系统节能技术实施

2.1 高炉煤气综合利用发电，降低放散，提升发电量

目前各钢铁企业对高炉煤气的综合利用较为重视，除在冶金工艺的各工段，如热风炉、预热炉、烧结机、加热炉中消耗外，余下的均需要利用锅炉对能源进行转换利用[2]。首秦公司原有75 t/h中压锅炉，配套15 MW发电机组，机组汽耗率达4.8 kg/kWh，高炉煤气消耗7.5万m3/h，但还有约6～9万Nm3/h高炉煤气可以利用。由于无焦炉煤气，而转炉煤气有限，在借鉴了国内其他钢铁企业高炉煤气发电经验的基础上，首秦公司结合自身特点，根据高炉煤气锅炉设计要点[3]，选用高温、高压130 t/h纯烧高炉煤气锅炉，配套建设35 MW汽轮发电机组。

首秦公司35 MW发电机组项目是充分利用二次能源，回收放散高炉煤气及限收的转炉煤气资源，优化厂区能源结构，减少外购电力，有效降低生产成本的节能减排新建项目，总投资1.3亿元，由首钢院设计。项目自2012年12月18日启动，2013年3月28日开工建设，2013年11月10日正式并网发电。主体设备包括130 t/h高温高压燃气锅炉1台，35 MW凝汽式汽轮发电机组1套。年发电量将达到2.4亿kWh以上。实现高炉煤气基本零放散，年创经济效益8 000万元以上，每年可以节约标准煤8.04万t，首秦公司自发电率将由15.3%提升到40%左右。目前35 MW发电机组运行稳定，各项能效性能参数达标，小时平均负荷达3.5万kWh，炉机匹配合理，汽耗率3.7 kg/kWh，机组效率达到了设计要求。自2013年11月10日至2014年4月底，已累计发电1.2亿kWh。2014年发电量达2.4亿kWh。

2.2 应用余热利用技术，拓展余热资源利用途径

2.2.1 实施烧结余热发电

随着国内烧结机面积的不断扩大，烧结矿生产效率越来越高，其在冷却过程中产生的废气所携带的热量已经引起了人们的高度关注[4]。烧结余热发电是首秦公司推进节能减排的一个重点项目。该项目充分利用烧结环冷机冷却用风与矿料换热后产生的废气，利用首秦公司2台150 m2环冷机前段产生的较高温度的废气，配置1台40t/h双压余热锅炉和1套7 MW补汽凝汽式汽轮发电机组，通过双压余热锅炉产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组进行发电；同时采用了经过行业实践的节能降耗方法[5]——热风循环冷却和热风烧结技术，能够有效提高整体余热利用水平，保证进锅炉废气温度，并在一定程度上对烧结矿质量提升起到促进作用。该项目于2012年7月25日正式启动，2013年7月12日正式投运。项目投产后，烧结余热蒸汽回收水平由原25 kg/t提高到100 kg/t以上，达到行业先进水平。机组发电负荷可达到6.7 MW满负荷运行，对外供电约5.5 MW，吨矿发电量16 kWh，年创经济效益1 400万元以上，年节约标煤量可达到1.45万t。至2014年4月底，已累计发电2 647万kWh。目前烧结余热发电机组运行稳定，全年预计发电量4 000万kWh。

2.2.2 利用高炉冲渣水余热外供社区采暖

针对高炉熔渣温度1 400℃左右，比热1.3 kJ/kg·℃，国内大部分钢铁企业采用水渣模式，故高炉渣的显热主要以高炉冲渣水及蒸汽表现出来，高炉冲渣水拥有巨大的余热资源，是节能降耗的重点内容[6]。首秦公司现有2座高炉，1#高炉1 250 m3，2#高炉1 780 m3，1#高炉日产渣量为1 000 t，2#高炉日产渣量为1 400 t，冲渣水量总共为3 200～3 600 t/h，冲渣水温度约为70～85℃。在未对高炉冲渣水进行余热利用以前，高炉冲渣水通过冲渣沟进入到冲渣水池，再由冲渣水泵循环用于冲渣。根据高炉冲渣工艺要求，冲渣水温在45～55℃时对工艺和渣质最好，由于首秦公司高炉冲渣水无强制循环冷却过程，仅靠自然工艺进行降温，冲渣水温高达70℃，不仅产生大量闪蒸蒸汽，同时不利于高炉渣的生产，对渣质也有一定影响。大量的热量被白白浪费，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染。国内同行业中，宣钢充分利用8#1 350 m3高炉冲渣水余热资源，总供热面积达30万m2，冲渣水得到充分降温，降低了生产成本和采暖成本。替代了部分采暖锅炉，节能环保效果明显。

借鉴国内先进的冲渣水余热利用成功实践，根据首秦公司实际生产情况，针对高炉冲渣水具有腐蚀性、杂质易堵等问题，采用高炉冲渣水专用换热器，供应附近楼盘采暖。2013年11月5日至2014年4月5日对首秦公司周边小区20万m2小区供暖，供热出水温度45～50℃，回水温度40℃以上，达到了国家供暖标准。同时，停用了2台7 MW的燃煤热水锅炉，年节约燃煤6 000～7 000 t。附近居民反应供暖良好，居住环境得到了很大改善，居民舒适感提高，提升了首秦公司在当地的良好形象。2014年新增供热面积10余万m2。

3 总结

首秦公司新增35 MW汽轮发电机组项目以及烧结余热发电机组项目投运后，厂区发电总装机容量将达到73.4 MW，年自发电量达到4.8亿kWh左右，自发电率提升到40%左右，煤气实现零放散，在无焦化工序的现状下，达到国内较高水平。优化控制厂区蒸汽热力，充分利用余热资源，加强与周边环境的融合，节能减排，改善生存环境，建立节能环保型企业。首秦公司在全面优化用能机制的基础上，继续实施余热余压资源利用，改变用能方式，降低吨钢综合能耗，提高产品的综合竞争力。

[1]华建社，樊建利.我国高炉渣余热回收技术进展[J].钢铁研究，2008，36（4）：51-54.

[2]焦志武，王小平.浅谈220 t/h高温高压高炉煤气锅炉的设计[J].能源与环境，2006，6（3）：62-63.

[3]赵剑云，杜斌.浅谈高炉煤气锅炉设计要点[J].余热锅炉，2003（2）：1-6，29.

[4]张瑞堂，傅国水，李真明，等.济钢320 m2烧结机余热发电投产实践[J].烧结球团，2007，32（5）：47-50.

[5]杨哲，万继成，屈凡碧，等.济钢320 m2烧结机节能降耗实践[J].甘肃冶金，2011，33（6）：105-106，108.

[6]刘红斌，杨冬云，杨卫东.宣钢利用高炉冲渣水余热采暖的实践[J].能源与环境，2010（3）：45-47.

（编辑：程 俊）

The Optimization of Heating Electricity System and Application of Energy Saving in SQS

Chen Guozhong1,Ge Hong2
（1.Qinhuangdao Energy-saving Monitoring Center,Qinhuangdao Hebei 066000,China；2．Qinhuangdao Shouqin Metal Materials CO.， LTD，Qinhuangdao Hebei 066300,China）

Blast-furnace gas emission,less self-generating,and unused waste heating existed in Shouqin Company.According to this,the successful experiences of waste heat utilization in advanced steel enterprises were adopted with Shouqin's practice，such as using blast furnace gas to generate electricity,exploring the waste heating during sinter cooling to generate electricity and collecting waste heating of the water for cooling blast furnace slag， which helped to improve the utilization level of secondary energy,cut the energy cost and reflect the enterprise's social responsibility.

blast-furnace gas for generating electricity；waste heating for generating electricity；energy-saving technology utilization

X706

A

1008-813X（2015）04-0066-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.04.18

2015-06-25

陈国忠（1966-），男，辽宁兴城人，毕业于北京航空航天大学自动控制系流体控制专业，高级工程师，主要从事节能环保方面的工作。