鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燃?xì)庀到y(tǒng)邊際效益回收最大化的探索與實(shí)踐

孫 凱，陳廷頁(yè)，蘇葉飛，霍雨佳

（首鋼京唐公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200）

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燃?xì)庀到y(tǒng)邊際效益回收最大化的探索與實(shí)踐

孫 凱，陳廷頁(yè)，蘇葉飛，霍雨佳

（首鋼京唐公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200）

可燃?xì)馐卿撹F聯(lián)合企業(yè)中重要的能源介質(zhì)之一。某年產(chǎn)鋼坯970萬(wàn)t沿海鋼鐵廠，發(fā)揮管理理念和設(shè)備優(yōu)勢(shì)，利用雙氣柜并網(wǎng)運(yùn)行、高爐例修熱電同步減燒高爐煤氣降低放散、焦?fàn)t煤氣制氫外銷(xiāo)、煤氣冷凝水用于煉鋼悶渣等方法，實(shí)現(xiàn)燃?xì)庀到y(tǒng)的“減量化、資源化、再利用”的運(yùn)行模式，逐步實(shí)現(xiàn)邊際效益回收的最大化。

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)；燃?xì)庀到y(tǒng)；邊際效益；最大化

1 引言

大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)能源總成本占公司總成本的25%～35%，能源與環(huán)境管理系統(tǒng)融合了鋼鐵企業(yè)先進(jìn)的管理思想和節(jié)能技術(shù)，集成了鋼鐵企業(yè)先進(jìn)的設(shè)備控制技術(shù)和調(diào)度手段，集中體現(xiàn)了對(duì)企業(yè)“能源流”的管控和約束。

鋼鐵企業(yè)對(duì)燃?xì)獾氖褂秘灤┦冀K。一般鋼鐵企業(yè)通過(guò)過(guò)剩供應(yīng)、調(diào)節(jié)放散來(lái)滿足工藝穩(wěn)定的用氣需求，緩沖能力不夠，損失較大；對(duì)燃?xì)庹{(diào)配還停留在保安、保穩(wěn)的層面，不能充分發(fā)揮高品位燃?xì)獾膬?yōu)勢(shì)；對(duì)燃?xì)獍樯贰百Y源化”、燃?xì)飧碑a(chǎn)品的高利用率成為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)降本增效的追求目標(biāo)。

2 某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)燃?xì)庀到y(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 燃?xì)馄焚|(zhì)情況

高爐煤氣：高爐煤氣為煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為：CO、C02、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分別占15%、55%，熱值為3500 kJ/m3左右。

焦?fàn)t煤氣：是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。主要作燃料和化工原料。焦?fàn)t煤氣主要由氫氣和甲烷構(gòu)成，分別占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕夂推渌麩N類(lèi)；其低發(fā)熱值為18250 kJ/m3。

轉(zhuǎn)爐煤氣：轉(zhuǎn)爐煤氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體。轉(zhuǎn)爐煤氣含一氧化碳60%～80%，二氧化碳15%～20%，以及氮、氫和微量氧；其低發(fā)熱值為7536 kJ/m3。

2.2 該廠現(xiàn)建有2座30萬(wàn)m3高爐煤氣柜，1座15萬(wàn)m3焦?fàn)t煤氣柜，3座8萬(wàn)m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜，在保證管網(wǎng)壓力及各用戶的安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí),主要作為緩沖器起到移峰填谷的作用。

2.3 由于各種煤氣發(fā)生以及用戶用量的不均勻性，尤其是高爐煤氣系統(tǒng)，以高爐煤氣柜為緩沖載體，高爐煤氣雙氣柜并網(wǎng)運(yùn)行，在發(fā)揮穩(wěn)壓功效的同時(shí)，緩沖能力達(dá)到44萬(wàn)m3/h。以自備電站、130 t鍋爐、啟動(dòng)鍋爐、熱軋混合站、合成轉(zhuǎn)氣混合站作為主要調(diào)控手段，放散塔作為事故放散，以保證系統(tǒng)的安全，優(yōu)先使用焦?fàn)t煤氣，其次為轉(zhuǎn)爐煤氣，最后是高爐煤氣，保證公司燃?xì)庀到y(tǒng)的整體平衡的同時(shí)，追求各種煤氣的零放散。

3 燃?xì)庀到y(tǒng)邊際效益回收最大化的探索與實(shí)踐

3.1 高爐煤氣雙氣柜并網(wǎng)運(yùn)行，保證同升同降

高爐煤氣雙氣柜并網(wǎng)運(yùn)行，即2座30萬(wàn)m3高氣柜同時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)參與高氣管網(wǎng)的調(diào)節(jié)，可以充分發(fā)揮高氣柜的緩沖及調(diào)節(jié)作用。以運(yùn)行極限來(lái)說(shuō)，高氣柜正常運(yùn)行范圍為8～22萬(wàn)m3，極限運(yùn)行范圍為4～26萬(wàn)m3，在雙柜并網(wǎng)的條件下，氣柜的最大吞吐量為44萬(wàn)m3，高爐煤氣放散率由2.5%降至1%以下。可實(shí)現(xiàn)年收益1000余萬(wàn)元。

3.2 結(jié)合高爐例修，同步減燒熱電高爐煤氣

在高爐系列檢修工作中，按照生產(chǎn)要求，需提前2 h將熱電高爐煤氣退出，高爐煤氣柜保持高柜位，以保障高氣管網(wǎng)及用戶的安全穩(wěn)定。經(jīng)能中調(diào)度與技術(shù)專(zhuān)業(yè)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出發(fā)揮雙高氣柜并網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用燃?xì)庀到y(tǒng)模型預(yù)測(cè)功能，按照高爐減風(fēng)節(jié)奏（8000、4000、2000、0；單位：m3/min）同步減燒熱電高爐煤氣。每次系列檢修可減少高爐煤氣放散約30萬(wàn)m3。在降低發(fā)電成本的同時(shí)，可收得邊際效益1.5萬(wàn)元。每座高爐每年年修1次，每月例修1次，結(jié)合高爐臨時(shí)休風(fēng)情況，同步減燒熱電高爐煤氣，效益可達(dá)40余萬(wàn)元。

3.3 焦?fàn)t煤氣制氫外銷(xiāo)

以焦?fàn)t煤氣為原料氣，采用變壓吸附工藝，從焦氣中提取氫氣，用于冷軋保護(hù)氣。氫氣的最大總耗量為1845 m3/h，要求純度99.999%，氧含量≤5×10-6，露點(diǎn)≤-60℃。設(shè)置制氫站，共有兩套變壓吸附制氫裝置，單套最大制氫能力為1000 m3/h。來(lái)自變壓吸附制氫裝置的氫氣，壓力為1.8 MPa，經(jīng)過(guò)膜壓機(jī)壓縮至15.0 MPa。現(xiàn)階段日產(chǎn)氫氣16000 m3，冷軋用氣14000 m3，可實(shí)現(xiàn)日銷(xiāo)氫氣2000 m3，氫氣外銷(xiāo)可實(shí)現(xiàn)年收益80余萬(wàn)元。

3.4 煤氣排水器冷凝水回用

煤氣排水器冷凝水的回用問(wèn)題，一直給鋼鐵企業(yè)帶來(lái)困擾。該企業(yè)對(duì)比水質(zhì)，將煤氣冷凝水用于煉鋼悶渣，有效解決了這一問(wèn)題。煉鋼悶渣水處理系統(tǒng)分為：脫碳渣濁環(huán)水系統(tǒng)；脫磷脫硫渣濁環(huán)水系統(tǒng)；設(shè)備冷卻凈水循環(huán)系統(tǒng)；車(chē)間零星用水系統(tǒng)。其中，脫磷渣熱悶系統(tǒng)、脫硫渣帶罐冷卻系統(tǒng)小時(shí)工業(yè)水補(bǔ)水量40 m3，該系統(tǒng)對(duì)水溫水質(zhì)無(wú)嚴(yán)格要求。

燃?xì)夤芫W(wǎng)每天產(chǎn)生凝結(jié)水約400 t，其水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1。

表1 凝結(jié)水水質(zhì)數(shù)據(jù)

經(jīng)比較，燃?xì)夤芫W(wǎng)凝結(jié)水水質(zhì)滿足煉鋼悶渣要求，可替換出工業(yè)水補(bǔ)水17 t/h，節(jié)省工業(yè)水可實(shí)現(xiàn)年收益130余萬(wàn)元。

3.5 引入油田伴生氣，增加調(diào)控手段

該鋼鐵企業(yè)附近有油田開(kāi)采石油，其伴生氣具備該企業(yè)使用條件，且利于燃?xì)庀到y(tǒng)平衡。

伴生氣：它是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分是烷烴，其中含甲烷75%～80%，乙烷7%～8%，以及少量丙烷和二氧化碳。其供氣能力為6000 m3/h，低發(fā)熱值為35220 kJ/m3。燃燒后無(wú)廢渣、廢水產(chǎn)生，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢(shì)。

將伴生氣引至天然氣管網(wǎng)，按梯級(jí)利用原則，將高品位能源（伴生氣）給熱軋使用，6000 m3/h伴生氣可替換出60000 m3/h高爐煤氣給熱電摻燒,折合電煤10 t/h。引入伴生氣是應(yīng)對(duì)電煤市場(chǎng)變化的一個(gè)重要調(diào)節(jié)手段，大幅減少了電煤粉碎、制粉、輸送、除塵等公輔環(huán)節(jié)費(fèi)用。

4 綜述

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)煤氣的優(yōu)化利用對(duì)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，燃?xì)庀到y(tǒng)邊際效益回收最大化的實(shí)踐，合理利用鋼鐵企業(yè)煤氣系統(tǒng)邊際效益可從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）擴(kuò)充煤氣系統(tǒng)緩沖能力“用空間換時(shí)間”，降低煤氣放散；

（2）動(dòng)態(tài)調(diào)整，優(yōu)化調(diào)度，快速跟蹤生產(chǎn)節(jié)奏，降低煤氣放散；

（3）開(kāi)發(fā)煤氣深加工工藝，提高燃?xì)猱a(chǎn)品附加值；

（4）合理回收燃?xì)庀到y(tǒng)副產(chǎn)品，將副產(chǎn)品資源化；

（5）將煤氣按品位梯級(jí)利用，提高煤氣利用率；

（6）結(jié)合修、配、改項(xiàng)目及運(yùn)行實(shí)踐，調(diào)整工藝結(jié)構(gòu)。

以上案例中，在燃?xì)庀到y(tǒng)邊際效益回收方面的一系列措施，均取得良好的效果，提升能源管理的整體水平，最終提升了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，給同行業(yè)開(kāi)展邊際效益回收工作提供了參考。

Exp loration and Practice on M axim izing M arginal Benefit Recovery of Gas System in Integrated Steelworks

SUN Kai,CHEN Ting,SU Yefei,HUO Yujia
(Energy&Environment Dept.of Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd,Tangshan,Hebei 063200,China)

Gas is one of the important energy fluids in integrated steelworks.A coastal steel plant with annual production capacity of 9.7 million tons gives full play to the advantages of management concepts and equipments,utilizes the advantages of double gasholders joining with the pipe network,damping down of blast furnace to lower gas release,sales of hydrogen produced in COG and gas condensate used in granulating slag,to realize the operation mode of“reduction, recycle,reuse”in the gas system and gradually maximize recovery ofmarginal benefit.

Integrated steelworks;gas system;marginal benefit;maximization

TK018

B

1006-6764(2014)04-0017-02

2013－11－12

孫凱（1982-），男，2013年畢業(yè)于北京科技大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事能源與環(huán)境生產(chǎn)組織工作。