鋼鐵聯(lián)合企業(yè)發(fā)電最優(yōu)配置模式研究

摘 要：鋼鐵企業(yè)是資源密集、能耗密集型行業(yè)，工序能源消耗巨大，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量的二次能源，面對(duì)節(jié)能減排任務(wù)和嚴(yán)峻的經(jīng)營(yíng)壓力，做好二次能源的回收利用工作是緩解壓力最有效的途徑，而優(yōu)化發(fā)電機(jī)組配置，提高能源轉(zhuǎn)換效率，是降低企業(yè)成本、提高企業(yè)效益的最直接手段。文章對(duì)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼工序的余熱回收進(jìn)行分析，通過(guò)優(yōu)化各工序發(fā)電裝置配置，來(lái)提高自發(fā)電比例，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：二次能源；余熱回收；發(fā)電；經(jīng)濟(jì)效益

以全工序鋼鐵聯(lián)合企業(yè)為例，研究分析工序余熱利用途徑，優(yōu)化工序發(fā)電機(jī)組配置，提高能效。文章以鋼產(chǎn)量日產(chǎn)2萬(wàn)噸的企業(yè)為例，通過(guò)優(yōu)化煤氣資源綜合利用、余熱資源回收綜合利用等措施，實(shí)現(xiàn)提高鋼鐵企業(yè)自發(fā)電比例。

1 發(fā)電機(jī)組配置

1.1 副產(chǎn)煤氣熱力機(jī)組發(fā)電

煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，也是鋼鐵企業(yè)二次能源的主要形式，鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)煤氣有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，且隨著企業(yè)工序節(jié)能措施的不斷發(fā)展創(chuàng)新，富裕煤氣量越來(lái)越多，煤氣的綜合利用空間更大，科學(xué)利用與合理使用這些副產(chǎn)煤氣，實(shí)現(xiàn)煤氣零放散，可以最大限度的提高熱力機(jī)組發(fā)電量。[1]

以日產(chǎn)2萬(wàn)噸鋼鋼鐵企業(yè)為例，研究煤氣產(chǎn)出與使用，按照正常的鐵、鋼、軋生產(chǎn)工藝產(chǎn)品配比，日產(chǎn)2萬(wàn)噸的鋼鐵企業(yè)，焦炭、鐵日產(chǎn)量分別為0.75萬(wàn)噸和2萬(wàn)噸，按照單位產(chǎn)煤氣量分別為400 m3/t焦、1680 m3/t鐵、125 m3/t鋼計(jì)算，日產(chǎn)2萬(wàn)噸的鋼鐵企業(yè)瞬時(shí)煤氣產(chǎn)出量按照熱值折高爐煤氣量為224萬(wàn)m3/h，根據(jù)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及理論計(jì)算鋼鐵企業(yè)煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼、熱力鍋爐各工序煤氣消耗量及所占比例可以計(jì)算出扣除主生產(chǎn)工序煤氣消耗，熱力鍋爐富裕煤氣量占比約466%，104.4萬(wàn)m3/h，目前國(guó)內(nèi)小功率超高溫、超高壓機(jī)組技術(shù)已經(jīng)成熟，氣耗可達(dá)到3.1m3/kW·h，而且設(shè)備已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，70MW機(jī)組大小適中，適合鍋爐在鋼鐵企業(yè)中煤氣調(diào)節(jié)的角色，利于鋼企進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。高爐鼓風(fēng)全部為電動(dòng)鼓風(fēng)，不考慮汽輪鼓風(fēng)，以高效穩(wěn)定宜調(diào)節(jié)為原則，104.4萬(wàn)m3/h煤氣可以考慮配置4*70MW超高壓機(jī)組和1*40MW高壓機(jī)組，煤氣發(fā)電可達(dá)到404kW·h/t鋼。

1.2 TRT余壓機(jī)組發(fā)電

高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)TRT）是目前國(guó)際上公認(rèn)的有價(jià)值的二次能源回收裝置 。[2]目前該項(xiàng)技術(shù)在鋼鐵企業(yè)廣泛應(yīng)用，對(duì)降低高爐工序能耗做出了巨大貢獻(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)高效TRT機(jī)組發(fā)電運(yùn)行穩(wěn)定，發(fā)電水平基本維持在49kW·h/t鐵，對(duì)噸鐵噸鋼企業(yè)，TRT發(fā)電機(jī)組發(fā)電可達(dá)到49kW·h/ t鋼。

1.3 余熱機(jī)組發(fā)電

1.3.1 干熄焦余熱發(fā)電

國(guó)內(nèi)鋼企應(yīng)用最廣泛的干熄焦發(fā)電技術(shù)是以冷惰性氣體在干熄爐中與赤熱焦炭逆流接觸吸收其熱量，并終止其燃燒，[3]吸收了紅焦熱量的惰性氣體作為二次能源，在干熄焦余熱鍋爐發(fā)電可配置450℃、3.8MPa的中溫中壓蒸汽，噸焦發(fā)電水平基本在85kW·h/t焦，若配置540℃、9.8MPa高溫、高壓余熱鍋爐，效率更高，噸焦發(fā)電水平可達(dá)150kW·h/t焦，日產(chǎn)2萬(wàn)噸的鋼鐵企業(yè)，日產(chǎn)焦炭0.75萬(wàn)噸左右，折合噸鋼發(fā)電5625 kW·h/ t鋼。

1.3.2 燒結(jié)余熱發(fā)電

燒結(jié)工序能耗僅次于煉鐵工序，一般為鋼鐵企業(yè)總能耗的10%左右，燒結(jié)余熱資源主要包括兩部分：環(huán)冷風(fēng)機(jī)廢氣余熱和燒結(jié)機(jī)主煙道煙氣余熱，加強(qiáng)燒結(jié)余熱回收是燒結(jié)工序節(jié)能工作的重點(diǎn)，利用燒結(jié)余熱產(chǎn)生330℃、2.2MPa的中溫中壓蒸汽，再通過(guò)蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱回收現(xiàn)狀，噸礦余熱發(fā)電普遍在20 kW·h/t礦左右，豎罐余熱回收新工藝效率更高，能夠到30kW·h/t礦以上。日產(chǎn)2萬(wàn)噸鋼的鋼鐵企業(yè)一般配置3臺(tái)360m2燒結(jié)機(jī)，礦產(chǎn)量約2.76萬(wàn)噸，可配置1*25MW和1*15MW余熱回收機(jī)組，燒結(jié)余熱發(fā)電可達(dá)27.6 kW·h/ t鋼。

1.3.3 飽和蒸汽余熱機(jī)組發(fā)電

汽化冷卻是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛并且很成熟的技術(shù)，尤其在轉(zhuǎn)爐上煙罩冷卻和軋鋼加熱爐上應(yīng)用最為廣泛。在轉(zhuǎn)爐上采用汽化冷卻技術(shù)回收高溫?zé)煔獾牟糠钟酂幔墙档娃D(zhuǎn)爐工序能耗的重要手段，也是實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前轉(zhuǎn)爐汽化冷卻工藝產(chǎn)生的蒸汽大多是200℃、1.6MPa飽和蒸汽，噸鋼回收蒸汽約在90kg/t鋼。加熱爐采用汽化冷卻已有很多年，使用效果良好，噸材回收蒸汽約在30kg/t材。兩者合計(jì)汽化冷卻產(chǎn)生的蒸汽約100t/h，可配置一臺(tái)25MW的飽和發(fā)電機(jī)組，發(fā)電可達(dá)到20kW·h/ t鋼。

以上合計(jì)，二次能源余熱利用可實(shí)現(xiàn)噸鋼發(fā)電：

404+49+56.25+27.6+20=556.85 kW·h/ t鋼。

2 自發(fā)電比例

自發(fā)電比例是鋼鐵企業(yè)自備電廠(chǎng)發(fā)電總量與企業(yè)耗電總量之比，也等于企業(yè)噸鋼發(fā)電與噸鋼耗電之比，一個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)從焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、到熱軋工序，噸鋼耗電基本在496kW·h/t鋼，而發(fā)電可到556 kW·h/ t鋼以上，因此，對(duì)焦炭自給自足的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)自發(fā)電比例可達(dá)556÷496=112%以上。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高效率的機(jī)組配置和科學(xué)合理的回收與使用，對(duì)焦炭自給自足的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，自發(fā)電比例可達(dá)110%以上，在滿(mǎn)足自用的前提下實(shí)現(xiàn)外供，前提企業(yè)必須響應(yīng)國(guó)家關(guān)于鋼鐵企業(yè)發(fā)電設(shè)施建設(shè)的相關(guān)規(guī)定，符合鋼鐵企業(yè)發(fā)電并網(wǎng)的相關(guān)政策，這樣企業(yè)發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)從根本上才能更合理、更優(yōu)化，企業(yè)的生態(tài)化發(fā)展才能更加和諧。

參考文獻(xiàn)：

[1]許志超.鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)模式的分析與研究[J].電子制作，2014（10）.

[2]王步皓.煉鐵高爐上料擾動(dòng)的透平靜葉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].東北大學(xué)，2011.

[3]王利軍.干熄焦余熱利用系統(tǒng)優(yōu)化[J].山西冶金，2015（02）.

作者簡(jiǎn)介：馬艷麗（1984.），女，本科，暖通工程師，2008年畢業(yè)于河北工程大學(xué)供熱通風(fēng)與空調(diào)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事能源管理工作。