钢铁联合企业发电最优配置模式研究

摘 要：钢铁企业是资源密集、能耗密集型行业，工序能源消耗巨大，生产过程产生大量的二次能源，面对节能减排任务和严峻的经营压力，做好二次能源的回收利用工作是缓解压力最有效的途径，而优化发电机组配置，提高能源转换效率，是降低企业成本、提高企业效益的最直接手段。文章对钢铁联合企业焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢工序的余热回收进行分析，通过优化各工序发电装置配置，来提高自发电比例，增加企业经济效益。

关键词：二次能源；余热回收；发电；经济效益

以全工序钢铁联合企业为例，研究分析工序余热利用途径，优化工序发电机组配置，提高能效。文章以钢产量日产2万吨的企业为例，通过优化煤气资源综合利用、余热资源回收综合利用等措施，实现提高钢铁企业自发电比例。

1 发电机组配置

1.1 副产煤气热力机组发电

煤气是钢铁联合企业生产的副产品，也是钢铁企业二次能源的主要形式，钢铁企业的副产煤气有焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气，且随着企业工序节能措施的不断发展创新，富裕煤气量越来越多，煤气的综合利用空间更大，科学利用与合理使用这些副产煤气，实现煤气零放散，可以最大限度的提高热力机组发电量。[1]

以日产2万吨钢钢铁企业为例，研究煤气产出与使用，按照正常的铁、钢、轧生产工艺产品配比，日产2万吨的钢铁企业，焦炭、铁日产量分别为0.75万吨和2万吨，按照单位产煤气量分别为400 m3/t焦、1680 m3/t铁、125 m3/t钢计算，日产2万吨的钢铁企业瞬时煤气产出量按照热值折高炉煤气量为224万m3/h，根据长期数据统计及理论计算钢铁企业炼焦、炼铁、炼钢、轧钢、热力锅炉各工序煤气消耗量及所占比例可以计算出扣除主生产工序煤气消耗，热力锅炉富裕煤气量占比约466%，104.4万m3/h，目前国内小功率超高温、超高压机组技术已经成熟，气耗可达到3.1m3/kW·h，而且设备已经国产化，70MW机组大小适中，适合锅炉在钢铁企业中煤气调节的角色，利于钢企进行精细调控。高炉鼓风全部为电动鼓风，不考虑汽轮鼓风，以高效稳定宜调节为原则，104.4万m3/h煤气可以考虑配置4*70MW超高压机组和1*40MW高压机组，煤气发电可达到404kW·h/t钢。

1.2 TRT余压机组发电

高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置（简称TRT）是目前国际上公认的有价值的二次能源回收装置 。[2]目前该项技术在钢铁企业广泛应用，对降低高炉工序能耗做出了巨大贡献。目前国内高效TRT机组发电运行稳定，发电水平基本维持在49kW·h/t铁，对吨铁吨钢企业，TRT发电机组发电可达到49kW·h/ t钢。

1.3 余热机组发电

1.3.1 干熄焦余热发电

国内钢企应用最广泛的干熄焦发电技术是以冷惰性气体在干熄炉中与赤热焦炭逆流接触吸收其热量，并终止其燃烧，[3]吸收了红焦热量的惰性气体作为二次能源，在干熄焦余热锅炉发电可配置450℃、3.8MPa的中温中压蒸汽，吨焦发电水平基本在85kW·h/t焦，若配置540℃、9.8MPa高温、高压余热锅炉，效率更高，吨焦发电水平可达150kW·h/t焦，日产2万吨的钢铁企业，日产焦炭0.75万吨左右，折合吨钢发电5625 kW·h/ t钢。

1.3.2 烧结余热发电

烧结工序能耗仅次于炼铁工序，一般为钢铁企业总能耗的10%左右，烧结余热资源主要包括两部分：环冷风机废气余热和烧结机主烟道烟气余热，加强烧结余热回收是烧结工序节能工作的重点，利用烧结余热产生330℃、2.2MPa的中温中压蒸汽，再通过蒸汽推动汽轮机发电。依据目前国内钢铁企业烧结余热回收现状，吨矿余热发电普遍在20 kW·h/t矿左右，竖罐余热回收新工艺效率更高，能够到30kW·h/t矿以上。日产2万吨钢的钢铁企业一般配置3台360m2烧结机，矿产量约2.76万吨，可配置1*25MW和1*15MW余热回收机组，烧结余热发电可达27.6 kW·h/ t钢。

1.3.3 饱和蒸汽余热机组发电

汽化冷却是一项应用广泛并且很成熟的技术，尤其在转炉上烟罩冷却和轧钢加热炉上應用最为广泛。在转炉上采用汽化冷却技术回收高温烟气的部分余热，是降低转炉工序能耗的重要手段，也是实现负能炼钢的关键环节。目前转炉汽化冷却工艺产生的蒸汽大多是200℃、1.6MPa饱和蒸汽，吨钢回收蒸汽约在90kg/t钢。加热炉采用汽化冷却已有很多年，使用效果良好，吨材回收蒸汽约在30kg/t材。两者合计汽化冷却产生的蒸汽约100t/h，可配置一台25MW的饱和发电机组，发电可达到20kW·h/ t钢。

以上合计，二次能源余热利用可实现吨钢发电：

404+49+56.25+27.6+20=556.85 kW·h/ t钢。

2 自发电比例

自发电比例是钢铁企业自备电厂发电总量与企业耗电总量之比，也等于企业吨钢发电与吨钢耗电之比，一个钢铁联合企业从焦化、烧结、炼铁、炼钢、到热轧工序，吨钢耗电基本在496kW·h/t钢，而发电可到556 kW·h/ t钢以上，因此，对焦炭自给自足的钢铁联合企业自发电比例可达556÷496=112%以上。

3 结语

通过高效率的机组配置和科学合理的回收与使用，对焦炭自给自足的钢铁联合企业，自发电比例可达110%以上，在满足自用的前提下实现外供，前提企业必须响应国家关于钢铁企业发电设施建设的相关规定，符合钢铁企业发电并网的相关政策，这样企业发电项目的设计、建设从根本上才能更合理、更优化，企业的生态化发展才能更加和谐。

参考文献：

[1]许志超.钢铁企业煤气发电生产模式的分析与研究[J].电子制作，2014（10）.

[2]王步皓.炼铁高炉上料扰动的透平静叶控制系统设计[D].东北大学，2011.

[3]王利军.干熄焦余热利用系统优化[J].山西冶金，2015（02）.

作者简介：马艳丽（1984.），女，本科，暖通工程师，2008年毕业于河北工程大学供热通风与空调工程专业，现从事能源管理工作。