運用系統節能技術實現煤氣向發電高效轉換

鄭玉清，翟大平，杜萬生，任秀芹

（撫順新鋼鐵有限責任公司，遼寧撫順113001）

運用系統節能技術實現煤氣向發電高效轉換

鄭玉清，翟大平，杜萬生，任秀芹

（撫順新鋼鐵有限責任公司，遼寧撫順113001）

從國家政策要求和企業降低能源使用成本兩方面說明了煤氣向發電高效轉換的必要性。分析了本企業二次能源資源利用現狀，提出提高自發電量的總體策略。給出了煤氣全部回收利用，優化煤氣、蒸汽消耗結構的技術措施，運用能源管理中心（EMS）工具實現對煤氣、蒸汽、發電負荷狀態參數的實時監控和優化調度。用PDCA循環管理模式進行持續改善，提升了公司自發電量，降低了能源使用成本。

系統節能；節能減排；高效轉換；自發電比例

1 引言

1.1 實現高效轉換是國家的政策性要求

“十一·五”期間，國家將“能量系統優化（系統節能）”作為十大節能工程之一。鋼鐵行業針對自身的特點，提出了許多系統節能的原則，如：“能質對口、裕度合理、耦合匹配、系統優化”的供、用能原則，“就近回收、就近轉換、就近使用、串級和梯級利用、高質高用”的余熱余能回收和利用原則。

在裝備政策中提出爐頂煤氣壓力大于120 kPa的高爐均應設置TRT設備。

工信部下達的工業企業“十二·五”規劃目標指出：

二次能源全部利用：到2015年，自發電比例大中型鋼鐵企業余熱余壓利用率達到50%以上、利用副產二次能源的自發電比例達到全部用電量的50%以上。

煤氣回收利用率：到2015年，工業副產煤氣回收利用率達到98%以上。

1.2 實現煤氣高效轉換是降低能源使用成本的需要

能源成本通常占鋼鐵企業總成本的20%～30%。提高自發電量是企業最直接、最有效的降本途徑，已受到各級管理者的普遍關注。自發電比例多數企業己達到50%以上，寶鋼等少數企業在實現自給的同時，又實現了少量外供。在各工序中，自發電的行業水平為：

（1）燒結工序：噸燒結礦發電18～48 kW·h/t。

（2）煉鐵工序：TRT發電為33 kW·h/t～40 kW· h/t。

（3）轉爐工序：轉爐余熱蒸汽回收量己達到

80～110 kg/t，利用形式各企業不同，有的企業與燒結、球團工序上的余熱蒸汽合用發電，有的企業回收后并入蒸汽主管網統一使用。工序發電水平難以考評。

（4）輔助工序：通常是采用煤氣向蒸汽轉換的發電形式，根據煤氣平衡富裕量配置鍋爐容量和發電容量。最終目的是將富裕煤氣全部利用。

2 公司二次能源資源利用現狀

鋼鐵企業生產過程中消耗一次能源的同時，又產生了如煤氣、蒸汽等豐富的二次能源，這部分余熱余能的有效利用可顯著降低能源使用成本。一般二次能源占總鋼鐵能量（約700 kgce/t，國際先進為642 kgce/t)的70%，包括副產煤氣及余熱余能（490 kgce/t材）；在公司內部副產煤氣資源構成有兩種：即高爐煤氣、轉爐煤氣（無焦化生產工序）。在生產過程中，燃煤的能量有34%會轉換為副產煤氣。高爐副產煤氣量1700～1850 m3/t鐵，轉爐副產煤氣量80～130 m3/t鋼，副產煤氣產生量大且能值高。“十一·五”前期，這部分能量利用形式多數為直接利用和轉換利用。直接利用形式為各生產工序上配置的所有燒油、燒煤的爐窯改用副產煤氣；轉換利用形式現存兩種：一種是利用中壓鍋爐將煤氣轉換為蒸汽，再利用汽輪機拖動鼓風機，實現向高爐供風；另一種是利用高、中壓鍋爐將煤氣轉換為蒸汽，再利用汽輪機拖動發電機，實現發電；通過以上兩種形式實現副產煤氣高效轉化功能，進一步提高能源使用效率。

蒸汽余熱資源構成：在公司內部，經能流梳理總體余熱資源構成為：

噸鋼余熱資源總量為8.44 GJ/t，是噸鋼可比能耗的37%。中間產品和最終產品攜帶的顯熱為33.5 GJ/t，占余熱資源總量的39%。各熔渣顯熱為0.74 GJ/t，占余熱資源總量的9%。各廢（煙）氣顯熱為3.10 GJ/t，占余熱資源總量的37%。冷卻水攜帶的顯熱為1.24 GJ/t，占余熱資源總量15%。余熱蒸汽流存在于燒結工序、豎爐工序、煉鋼工序、軋鋼工序中，經回收裝置回收后，送入低壓蒸汽總管網，集中送到5.5 MW機組，實現低壓飽和蒸汽發電。

3 提高自發電量的總體策略

首先考慮發電單體設備發電指標的提升，結合工藝參數調整，操作水平、設備運行等能耗因子實施持續改善策略。2012年初針對TRT發電系統運行狀態，從發電系統設備運行穩定性、發電用煤氣品質、發電工藝配置合理性及運行管理方面進行分析,確定了提升TRT發電指標提升的解決方案：

（1）提高爐頂壓力；

（2）提高TRT裝置煤氣流通量；

（3）提高煤氣溫度；

（4）降低煤氣含塵量。

其次是系統謀劃煤氣、蒸汽介質平衡，優化運行，保證對發電設備能量供應品質的穩定性、連續性。

4 煤氣系統診斷分析與節能策略

4.1 現狀煤氣平衡

在5座高爐同時生產情況下，日產鐵8800 t，日產鋼9360 t，噸鐵高爐煤氣發生量按1800 m3/t計；高爐煤氣平衡情況為(2011年度數據)：

5座高爐煤氣發生量660000 m3/h，燒結、球團系統用量81000 m3/h，煉鐵自用量275000 m3/h，軋鋼系統179000 m3/h，能源中心鍋爐114000 m3/h，煤氣富余量11000 m3/h。

轉爐煤氣回收量25350 m3/h。煉鋼自用量12870 m3/h，機修廠窯爐680 m3/h，白灰廠豎窯6800 m3/h，能源中心鍋爐5000 m3/h，供需平衡按3萬柜正常運行柜位適度調整。

4.2 煤氣系統診斷分析

4.2.1 高爐煤氣放散率與行業對標分析

鋼協2011年統計報表顯示全行業高爐煤氣放散率3.88%。公司高爐煤氣放散率高于行業平均值。行業內多數企業己達到1%左右的水平，高爐煤氣利用潛力巨大。分析研究原因是2011年2×50 t/h鍋爐處于相繼改造期（9個月）。扣除此項因素引起的放散量9720萬m3，實際高爐煤氣放散率為3.94%。仍然高于行業平均水平。原因是：

（1）2臺50 t鍋爐實施全煤氣化改造期間，煤氣用量同比減少3.8萬m3/h。

（2）煉鐵入爐爐料結構調整球比時，減少一座豎爐高爐煤氣用量；燒結礦物流短期內調整不順暢時，調整一臺燒結機停產。

（3）公司計劃定檢修時、上下工序連續性差時，引起的高爐煤氣的實時性不平衡。

（4）軋鋼系統調整品種時短暫性的降低用量。（5）突發性工藝失衡和煤氣供應設施故障引起的煤氣不平衡。

以上5種因素導致高爐煤氣有不同程度的放散。2011年實際高爐煤氣放散率5.67%。

各煤氣用戶的煤氣消耗指標還存在較大的優化節約空間。燒結機點火器助燃空氣沒有采用預熱技術，噸礦煤氣消耗偏高，煉鐵工序自用量現狀為

47%左右，沒有采用雙預熱技術，同行業先進水平為42%，受煤氣質量影響，軋鋼加熱爐蓄熱體換熱效果不理想，噸材煤氣消耗偏高。

4.2.2 噸鋼轉爐煤氣回收量與行業對標分析

公司轉爐煤氣現狀是噸鋼回收煤氣平均65 m3/t。鋼協2011年統計報表數據表明：80%以上的企業己實現轉爐煤氣回收90～110 m3/t，影響回收量的關鍵因素是柜容偏小、用戶少，如果達到行業先進水平，轉爐煤氣回收利用量可增加24000 m3/h～30000 m3/h，存在較大的提升空間。

公司己決定進行420 m3高爐擴容改造和3× 30 t轉爐擴容改造，年產鋼達到356×104t能力。同時在現存3萬m3轉爐煤氣柜南側，移地建設一座5萬m3轉爐煤氣柜。噸鋼回收煤氣可實現110 m3/t，煤氣平均回收量達到49000 m3/h。

4.3 優化后的煤氣平衡結果

優化后的煤氣平衡結果見表1。

表1 優化后的煤氣平衡表(×104m3/h)

4.4 煤氣系統進一步優化措施

4.4.12012 年配套技改項目

（1）3萬m3轉爐煤氣柜改5萬m3轉爐煤氣柜項目：

移地建設一座5萬m3轉爐煤氣柜，進一步提高轉爐煤氣回收量，預計可提高24000～30000 m3/h。

（2）淘汰現存30 t/h、20 t/h煤-煤氣混燒鍋爐，新建130 t/h的高溫高壓煤氣鍋爐、配套高溫高壓25 MW抽汽式凝汽汽輪發電機組項目：

根據煤氣平衡知剩余煤氣折合高爐煤氣12.7× 104m3/h，為充分利用富裕煤氣，擬建一臺130 t/h的高溫高壓煤氣鍋爐、配套高溫高壓25 MW抽汽式凝汽汽輪發電機組及其輔助設施。從汽輪機中壓級數處抽取中溫中壓蒸汽40～48 t/h作為待建580 m3高爐鼓風機NV50風機動力源.抽取2.5 MPa蒸汽2 t/h供除氧器，其余82～90 t/h蒸汽全部用于發電，最大發電量25000 kW·h/h。

（3）高爐全部配備TRT發電裝置：3#450 m3高爐配備發電機功率N=3000 kW。新建580 m3高爐煤氣TRT發電配備發電機功率N=4500 kW。4#420 m3高爐與5#450 m3高爐煤氣建設一套公用性TRT發電機組，發電機功率N=4500 kW。建成后增加TRT裝機容量12 MW，年發電5644×104kW·h。

樣品B:乳狀液通過單桿螺旋擠壓設備,向液氮冷卻的不銹鋼平板上擠壓。當擠壓液接觸不銹鋼平板時,乳液瞬間冷凝硬化。乳化液厚度不超過1 cm,在-4 ℃下預冷2 h; 然后將預冷凍樣品放入真空冷凍干燥機內,在-54 ℃、45 kPa條件下真空冷凍干燥24 h,對干燥后的產物研磨處理,得到復方精油微膠囊。

4.4.2 工藝支撐后期儲備研發項目

燒結機機尾需利用煙氣余熱預熱助燃空氣，采用熱風燒結技術，進一步降低煤氣消耗。

煉鐵熱風爐應用雙預熱技術，進一步降低煤氣消耗。

軋鋼加熱爐應用蜂窩體換熱技術和回收煙氣余熱，預熱助燃空氣，提高熱送熱裝比和熱裝溫度。

180 m2燒結機建成后，研究開發3臺燒結機機頭煙氣送入解凍庫，置換燃高爐煤氣解凍方式。

5 蒸汽系統分析與節能策略

5.1 蒸汽系統供需現狀

5.1.1 中壓熱力蒸汽

5.1.2 低壓余熱蒸汽

低壓余熱蒸汽源分布在燒結、豎爐、煉鋼、半連

軋、連軋、棒材生產工序上，正常生產情況下，共有余熱蒸汽量68 t/h，煉鋼余熱蒸汽壓力0.6～0.8 MPa；其他部位余熱蒸汽壓力約0.3～0.5 MPa，溫度為飽和溫度。冬季用于取暖，夏季用于發電。

5.2 蒸汽系統的節能策略與措施

5.2.12012 年配套技改項目

（1）煤氣管網上設置的脫水器全部采用新型自控溫電伴熱技術，替代煤氣排水器蒸汽伴熱，共92臺。每臺排水器日消耗蒸汽2.4 t，預計節約蒸汽10 t/h。

（2）生活用戶采暖用汽全部利用高爐沖渣水采暖，初步測算：高爐沖渣水熱資源量有，相當于節約蒸汽24 t/h。

以上兩項措施節余蒸汽共計34 t/h，用于冬季5.5 MW機組運行發電。按低壓蒸汽發電汽耗10 kg/kW·h計算，增加采暖期發電量1240×104kW·h。

（3）高、中壓蒸汽系統優化運行

高、中壓蒸汽系統優化運行參數見表2。

表2 高、中壓蒸汽系統優化運行參數t/h

新建25 MW機組發電機組正常狀態下，抽取40～48 t/h中壓蒸汽供12 MW汽機拖動NV50風機，比現狀增加1臺汽機運行，實現直接節電10000 kW·h/h，年節電7920×104kW·h。

在異常狀態下，抽取中壓蒸汽進入中壓蒸汽管網，2臺50 t/h、1臺130 t/h、1臺75 t/h產出蒸汽同屬中壓蒸汽級別，在某一單體設備檢修、清灰或異常狀態下，互為備用，保證3臺汽輪機穩定運行。1臺75 t/h作為高爐煤氣緩沖用戶，15 MW發電機組跟隨調整發電負荷。

5.2.2 工藝支撐后期儲備研發項目

燒結、豎爐、煉鋼、半連軋、連軋、棒材生產工序上余熱回收水汽系統采取強制循環、調高安全閥設定壓力等措施，提高余熱蒸汽進網量和進網壓力。

6 運用能源管理中心系統(EMS)對能源介質供需過程進行實時監視和管控

能源介質生產、供需過程中，經常會出現階段性不平衡，計劃檢修、設備故障、生產狀態異常，都會引發能源介質的狀態參數出現波動，產與用的不協調。屬計劃范疇內的檢修事項引起的能源結構不平衡可在能源平衡計劃中相應做出調整計劃和管理預案。但由于公司生產工藝復雜且流程長，任何一臺設備、一個工序環節的狀態異常，都會構成階段性的產用不平衡狀態，影響能源使用效率。如果能及時、有效地處理突發事件導致的過程損失，將會大幅度提高煤氣、蒸汽向發電的轉換效率。公司建設的能源管理中心可將節能、平衡和優化有機結合起來，，實時監視系統的運行情況，進行科學、系統管理和優化調度。

煤氣系統、蒸汽系統監視畫面（略）。

7 結論

通過實施系統節能技術，對煤氣、蒸汽、發電系統進行一次系統梳理和診斷分析，給出了近期節能工作方向，挖潛增效、調整能源消耗結構的技術措施。公司正在分階段、分步驟實施。部分優先實施的節能措施效果己凸顯出來。TRT發電指標己穩定在35～36 kW·h/t鐵；轉爐煤氣回收量己達到120 m3/t鋼以上；高爐煤氣放散率己降到1%以下，煤氣管網取消蒸汽伴熱和高爐渣采暖己在冬季采暖后期運行成功。置換出來的蒸汽用于提升蒸汽向發電的轉換。因發電并網受電力部門的限制，發電效益己開始轉向煤氣-蒸汽-汽輪機-風機的技術路線。2013年公司正在有計劃推進后期待建項目，通過引進成熟先進的節能技術，進一步改進能源消耗結構，降低能源使用成本，為完成省、市政府下達的“十二·五”節能目標，提供有力的支撐、保障條件。

High-efficiency Conversion from Gas to Electricity Using Systemic Energy Saving Technology

ZHENG Yuqing，ZHAI Daping，DU Wansheng，REN Xiuqin
(Fushun New Iron and Steel Co.,Ltd.,Fushun,Liaoning 113001,China)

The necessity of high-efficiency conversion from gas to electricity is explained from both aspects of national policies and reduction of energy cost of enterprises.The current utilization state of secondary energy resources of the enterprise was analyzed and an overall strategy for increasing self generated power was put forward.Technical measures for complete gas recovery and optimization of gas and steam consumption structures were provided,using energy management center(EMS)tool to achieve realtime monitoring and optimized allocation of gas,steam and parameters for load conditions of power generation.PDCA cycle management was used for continuous improvement,increasing the amount of company-generated power and reducing energy consumption cost.

systemic energy saving;energy saving and emission reduction;high-efficiency conversion;ratio of self-generated electricity

X757

B

1006-6764(2014)05-0019-04

2013－04－24

2013－08－02

鄭玉清（1961－），女，1983年畢業于撫順市建筑工程學校暖通專業，1990年畢業于遼寧廣播電視大學鍋爐運行專業，2007年畢業于中央廣播電視大學土木工程專業，工程師，現從事給排水專業技術工作。