高爐煤氣發電節能技術在某鋼鐵企業的應用實例

馬賽 趙建波 孫彥強

（北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京 100029）

節能減排是鋼鐵工業發展過程中面臨的重大戰略性任務。“十二五”期間，鋼鐵工業面臨節能減排任務更加艱巨，法律法規要求更加嚴格，鋼鐵生產的環保成本將進一步加大，鋼鐵生產低碳化趨勢不可逆轉。如何挖掘節能潛力、降低能耗和產品成本、取得較好的經濟效益，已成為各鋼鐵企業的當務之急。

為此，某鋼鐵企業把節能減排作為調整優化結構、轉變鋼鐵生產發展方式的突破口，大力采用節能減排先進工藝技術和節能措施，提出建設本工程，用以降低噸鋼成本，節約能源和保護環境，增強企業的市場競爭力，為企業的可持續發展注入新的活力，使企業的發展建立在節約能源和保護環境的基礎上，真正實現協調和可持續發展。

1 高爐煤氣發電技術簡介

鋼鐵企業在高爐煉鐵過程中產生較多的高爐煤氣，高爐煤氣由于品質較低在企業中往往被直接放散，造成了余熱資源的大量的浪費。高爐煤氣發電技術主要是通過燃煤氣鍋爐燃燒高爐煤氣產生蒸汽，通過對蒸汽參數進行調節優化，利用蒸汽帶動蒸汽輪機發電。此項技術不但有效利用了高爐煤氣余熱，避免了能源浪費，為企業創造了較好的經濟效益，且在此過程中不產生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，是節能環保新技術。

2 高爐煤氣資源現狀及利用方案

目前，某鋼鐵企業生產過程中產生的高爐煤氣，主要情況如表1。

表1 高爐煤氣平衡表

根據該企業高爐煤氣平衡表，高爐煤氣剩余15.78×104Nm3/h。本工程通過配備一套150t/h中溫中壓燃煤氣鍋爐及一套30MW的汽輪發電機組，利用該企業剩余高爐煤氣進行發電，裝機方案見圖1。

圖1 裝機方案

本方案降低了企業生產成本、使企業環境也得到了改善，屬節能減排項目，符合國家產業政策。工程建成后年發電量為2.6762×108kW·h，年供電量 2.4889×108kW·h，小時外供電量為2.96298×104kW·h。

3 主要設備參數簡介

3.1 本工程鍋爐采用江西江聯能源環保股份有限公司生產的燃煤氣鍋爐，主要設計參數如表2。

表2 燃煤氣鍋爐主要技術數據

3.2 本工程采用南京汽輪電機有限責任公司生產的30MW凝汽式汽輪機及配套發電機，主要技術數據見表3，表4。

表3 凝汽式汽輪機主要技術數據

表4 發電機主要技術數據

4 工藝系統簡介

4.1 煤氣系統

煤氣系統分高爐煤氣輸、配送系統。

高爐煤氣由總母管送至本工程鍋爐尾部，通過兩條分支母管輸送到鍋爐爐膛兩側，再由設在鍋爐四角的四根分支總管，分別配送到8個燃燒噴嘴，進入爐膛燃燒。

高爐煤氣系統在鍋爐供氣總母管與廠外輸氣總母管連接處設有煤氣專用液動式眼鏡閥、電動硬密封蝶閥和電動快速切斷閥，以保證鍋爐在檢修或事故時煤氣的完全隔斷和快速隔離，另外該管道在閥門后設有手孔、放散管、氮氣吹掃接口管及流量裝置；在分支總管上設有電動硬密封蝶閥和電動快速切斷閥；在進燃燒器前的配送管上設調節閥和手動蝶閥，以調整煤氣給量；在分支總管、分支母管最高點處設放散管和取樣管；在鍋爐兩側分支母管最低點處設凝水管，將收集的煤氣凝水分別引至高爐煤氣凝水缸。

4.2 燃燒系統

燃燒設備由旋流式高爐煤氣燃燒器及高爐煤氣鍋爐爐內蓄熱穩燃裝置組成。

高爐煤氣燃燒器呈正四角布置，與爐膛下部高爐煤氣鍋爐爐內蓄熱穩燃裝置相配合，形成切圓燃燒，保證了全燒高爐煤氣完全燃燒所需的溫度場及燃燒工況，燃燒器分二層布置，上層燃燒器的切圓方向與下層的反向，以破壞燃燒火焰的旋向，減小爐膛出口的溫度偏差，保證過熱器受熱面壁溫均勻。用高爐煤氣點火，下層燃燒器裝均有高爐煤氣點火噴管。下層燃燒器附近（兩側水冷壁上）裝設有手動點火孔，燃燒器附近（兩側水冷壁上）裝設有觀火孔。

高爐煤氣燃燒器內的煤氣側和空氣側均裝有旋流葉片，且在燃燒器出口裝設有燃燒器穩焰器，使煤氣和空氣旋轉噴出，在裝在前部的穩焰器內強烈混合而燃燒。

在爐膛的下部（燃燒區域）設計有高爐煤氣鍋爐爐內蓄熱穩燃裝置，其結構為圓塔形，由高強、高熱震穩定性耐火異型磚砌筑而成，在點火初期，其要吸收混合氣體產生的熱量，溫度升高，使燃燒器區域形成一高溫溫度場，這溫度場強烈地加熱了高爐煤氣混合氣，使之燃燒速度很快，燃盡時間短，火焰長度短；火焰與穩燃器相切，穩燃器的熱量進一步加熱未燃盡的混合氣，使之燃燒得更徹底、干凈。

4.3 鍋爐熱力系統

鍋爐熱力系統包括鍋爐給水、除氧、排污、疏水、蒸汽輸送等系統。

鍋爐給水包括補充除鹽水及凝結水，除鹽水由除鹽水站泵入鍋爐房中間水箱，然后送至鍋爐的除氧器除氧。凝結水系統采用單元制，主凝潔水經過凝結水泵、主抽汽器、加熱器進入除氧器。經除氧后的水進入鍋爐給水管網，管網采用單母管制，給水泵選用兩臺，一用一備，正常情況下給水經過加熱至104℃后送往鍋爐。發電機組初次起動及高加事故時給水通過旁路送至鍋爐，鍋爐給水采用自動控制，總管上采用三沖量控制，進入混合集箱及進入面式減溫器，用單沖量過熱蒸汽溫度控制系統。

鍋爐排污包括連續排污和定期排污，連排為連續不斷將汽包中水面附近含鹽濃度高的水排出，使鍋爐爐水的堿度、溶解固形物濃度符合鍋爐爐水水質標準，本工程鍋爐設連排母管，引至連排擴容器，經二次蒸發，所產生的閃蒸蒸汽進入除氧器加熱除鹽水。定排是定期從鍋爐水循環系統中最低點排放爐水中的懸浮物，水渣及其它沉積物。本工程鍋爐兩側設排污管，然后進入各自母管，送入定期擴容器，經排污冷卻后排入地溝。

鍋爐疏水主要收集發電機組內蒸汽管及分汽缸等設置的汽凝水，鍋爐兩則設疏水管，經疏水總管進入疏水擴容器，分離出的汽凝水送至除氧器作為鍋爐給水回用。

鍋爐主蒸汽管采用單母管管制，主蒸汽由鍋爐集汽集箱電動閥引出，經蒸汽母管送至汽輪機。

4.4 循環冷卻水系統

循環冷卻水系統工藝流程為：經冷卻塔冷卻后的水通過收集水盤自流至循環水泵吸水池，經循環水泵升壓后通過壓力管道送至凝汽器、輔機冷卻器，水攜帶熱量后再通過壓力管道送至冷卻塔冷卻，此后進行下一次循環。

循環水冷卻系統采用帶有機力通風冷卻塔的循環供水方案，不但能夠節約用地，還可減少用水量。

4.5 油系統

本工程使用的供油流程，由油箱、主油泵、啟動油泵、潤滑油泵、事故油泵、注油器、冷油器、濾油器、減壓閥等共同組成。主油泵與汽輪機轉子直聯，由注油器供油；起動油泵為交流高壓電動油泵，用于機組起動時的供油，機組起動后，當主油泵出口油壓大于起動油泵油壓出口時，交流高壓電動油泵可自動關閉或人工關閉。潤滑油泵為交流低壓電動油泵，用于機組盤車時的供油。事故油泵為直流低壓電動油泵，用于交流電源斷電時，主油泵、交流高壓油泵、交流低壓油泵均無法工作時的潤滑油供油。

潤滑油系統由有兩臺冷油器、濾油器、潤滑油壓調節閥共同組成。汽輪機啟動時，潤滑油系統由啟動油泵進行供油；汽輪機正常運行后，潤滑油系統由主油泵進行供油；汽輪機盤車時，潤滑油系統由潤滑油泵供油；汽輪機運行過程中交流電源斷電時，自動啟動事故油泵，潤滑油系統由事故油泵進行供油。

5 主廠房布置介紹

主廠房為封閉式，抗震設防烈度為7度。

1×30MW余熱電站布置為：主廠房為二列式布置，由北向南依次布置汽機房即AB跨、電氣綜合控制間BC跨。電氣主控室、熱工控制室集中布置在主廠房7m運轉層BC跨。

汽機間運轉層標高7m，汽輪發電機組采用縱向布置，內設Q=32/5t橋式起重機一臺，軌頂標高19.1m，屋架下弦標高22m，屋頂部設有自然通風機和采光板，用以滿足通風采光要求。

電氣綜合控制間0m層布置高低壓配電室，7m運轉層平臺為電氣、儀表集中控制室。

6 結語

某鋼鐵企業高爐煤氣發電工程主要利用企業剩余高爐煤氣資源，通過合理配置進行發電，有效節約了能源。整個工程投資造價較低，工程回收期較短，是短平快的項目，可使企業取得良好的經濟效益，可有效降低鋼鐵企業用電所產生的高額費用。同時高爐煤氣發電工程又屬于環保型項目，不會產生二次污染，可為企業創造良好的環境效益。總之，某鋼鐵企業高爐煤氣發電工程對于鋼鐵企業節能減排具有一定的借鑒意義。