论某钢铁企业余气余热综合利用自备发电应用

李明洋，李 丹

(中节能咨询有限公司黑龙江分公司，哈尔滨 150000)

0 引 言

在国家去产能及环保核查双重压力下，钢铁企业纷纷进行节能减排来降低能源消耗，余热余压发电逐步成为影响吨钢能源成本的重要因素。目前，国内钢铁企业自发电比例参差不齐，先进的钢铁企业发电比例已达80%至90%以上，但仍有部分钢铁企业发电比例还未达到50%，提升空间还非常大，钢铁企业利用余热余气发电已是发展的必然趋势。

1 符合国家产业政策

目前钢铁企业的自发电主要分为三类：一是回收的可燃气体，主要是来源于焦炉、转炉和高炉煤气；二是余热，主要来源于各工序用于设备、产品冷却的余热及加热炉产生的高热烟气、废气等，如烧结余热、焦炭余热、加热炉烟气余热等；三是余压，如高炉炉顶余压等。据测算，每提高1个百分点的循环自发电比例，可节省外购电量约21亿度，社会效益和经济效益非常明显。余热余压自发电比例已发展成为影响钢铁企业吨钢能源成本的重要因素。例如：湖南华菱湘潭钢铁有限公司自发电与外购电比例从以前的2∶8变为8∶2，仅此一项每年降低成本15亿元左右，减少500多万吨碳排放。按照国家“变废为宝”的要求，利用厂内富余资源，深度挖潜提高自发电比例，可减低吨钢生产成本，提高企业经济效益。

资源综合利用主要包括：在矿产资源开采过程中对共生、伴生矿进行综合开发与合理利用；对生产过程中产生的废渣、废水(液)、废气、余热、余压等进行回收和合理利用；对社会生产和消费过程中产生的各种废旧物资进行回收和再生利用。故钢铁企业余气余热综合利用也是资源综合利用的一种体现。

根据国家发展和改革委员会发布的《产业结构调整指导目录(2019年本)》，钢铁企业富余煤气综合利用符合目录中第一类“鼓励类”，第三十八项“环境保护与资源节约综合利用”，第23条“节能、节水、节材环保及资源综合利用等技术开发、应用及设备制造”内容，符合国家产业政策要求。

2 主要用能系统和工艺

某钢铁厂现有1 260 m3高炉2座、580 m3高炉1座，尤其在新建140万吨焦化项目投产后，高炉产生的高炉煤气量达到410 000 Nm3/h。目前钢铁厂总富裕煤气量中高炉煤气量为148 208 Nm3/h，转炉煤气量为42 291 Nm3/h，折算为高炉煤气量合计215 873.67 Nm3/h。高炉煤气成分为二氧化碳21.20%；一氧化碳22.24%；氮气53.59%；氧气1.66%，其他气体1.31%。按照超高温超高压煤气发电机组消耗高炉煤气2.8 Nm3/kWh计算，具备建设1台255 t/h超高温超高压带再热系统燃气锅炉配1台80 MW超高温超高压一次中间再热直接汽轮发电机组，利用钢厂富余煤气，发电量全部自动，可减少市政电力消耗。余热余气发电主要用能系统为热力系统、燃烧系统和化学水处理系统等。

2.1 热力系统

主蒸汽系统管道采用1-1-2制布置。在主蒸汽和再热蒸汽管路上设置30%容量的两级串联旁路、三级减温系统。汽轮机具有6级抽汽，分别作为高加、除氧器、低加的加热蒸汽。1段、2段抽汽分别供1号、2号高压加热器；3段抽汽除供除氧器外还作为辅助蒸汽汽源；4至6段抽汽分别供4至6号低压加热器。

给水系统的作用是将经除氧合格的给水升压送至锅炉省煤器。在此过程中，给水在各级高压加热器中由来自汽轮机相应的各段抽汽加热，以提高循环效率。给水系统还分别向过热器减温器和再热器减温器(由给水泵中间抽头给水提供)提供减温水。给水系统设置电动调速给水泵(变频调速)，每台给水泵均设有最小流量装置，当给水泵在小流量运行时，保证给水泵不产生汽蚀。立式高压加热器采用大旁路系统，进出口装设旁路四通阀。给水系统设旋膜式除氧器，采用定压-滑压运行。循环冷却水系统主要为汽机房内冷油器、发电机空冷器、真空泵、凝结水泵、低加疏水泵、抗燃油装置、给水泵、化学取样冷却器等辅助设备提供冷却水。

2.2 燃烧系统

主要燃用现有钢厂生产的副产物高炉煤气。高炉煤气由钢厂煤气管网引出至电厂红线处，再经电厂厂区内煤气主管送至锅炉后，再由支管送至各燃烧器。锅炉燃烧用助燃空气经吸风消音器、送风机进入空预器预热后进入锅炉助燃，进入炉膛前的各热空气支管道上设有空气调节装置。锅炉炉膛内燃烧生成高温烟气，经屏式过热器、高温过热器、低温过热器，再热器，省煤器、空气预热器后进入引风机，由引风机将低温烟气送入烟囱排入大气。该工程炉配置60%容量的变频送风机和引风机。高炉煤气管道和焦炉煤气管道设有氮气吹扫系统，氮气由厂管网送入。

由于高炉煤气、焦炉煤气是无色无味而有毒的易燃易爆气体，人体吸入一定量后会使人窒息死亡，空气中含量达到一定量后遇明火会爆炸，必须采取一系列措施，确保高炉煤气系统的安全、经济稳定运行。

2.3 化学水处理系统

锅炉补给水处理系统为：来加热后的水库水→ 凝聚、澄清、过滤(一体化净水)→自清洗过滤→超滤→一级反渗透→二级反渗透→EDI。循环冷却水处理设有阻垢剂、杀菌剂加药系统。给水炉水设有给水自动加氨、给水自动加联氨及炉水手动加磷酸盐系统。设置一套汽水集中取样装置，配备常规在线仪表，采用降温架与仪表屏分开布置形式。取样装置冷却水采用除盐水，由钢厂现有设置的闭式循环除盐水冷却装置供给，同时设置循环水泵。

2.4 节约电量

钢铁厂利用富余余热余气发电，经过测算，全厂热效率为37.79%，发电标准高炉煤气气耗率2.8 Nm3/kWh，年发电量6.4亿千瓦时，综合厂用电率7%，年供电量5.91亿千瓦时，则钢铁厂年可节约电量约5.91亿千瓦时。

3 结束语

现有钢铁厂燃料取用厂富余的高炉煤气和焦炉煤气，在满足循环经济的同时，节约能源消耗，同时也可有效地减少大气污染物的排放，总而言之，通过研发应用先进的节能减排工艺技术，进一步挖掘余热余压发电潜力，尤其是开发低温余热余压，将是钢铁企未来提高盈利能力的一个重要途径。