高爐煤氣發(fā)電生產(chǎn)效率的改進初探

摘 要：文章首先就鋼鐵工業(yè)環(huán)境中的煤氣利用現(xiàn)狀進行了綜合的討論，而后進一步對當前高爐煤氣發(fā)電技術狀態(tài)有所述及，最后綜合高爐煤氣本身的一些性能缺陷特征，就當前高爐煤氣生產(chǎn)效率的提升展開了深入的討論，對于加深高爐煤氣利用有著積極意義。

關鍵詞：高爐；煤氣；發(fā)電；效率

中圖分類號：F426.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

在鋼鐵工業(yè)環(huán)境之下，企業(yè)生產(chǎn)過程會產(chǎn)生諸多種類的副產(chǎn)品，煤氣就是其中一個重要的能源副產(chǎn)品，也是鋼廠二次能源的主要形式。媒體的潛在價值極高，就潛熱而言，占據(jù)余熱資源總量的53.9%，其中大約32.7%為高爐煤氣，17.3%為焦爐煤氣，3.9%為轉(zhuǎn)爐煤氣。以高爐煤氣紋理，其主要成分為CO、CO2、N2、H2等，其中CO約占22%-26%，CO2約占16%-19%，N2約占58%-60%，H2則約占1%-4%。我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，對應的煤氣產(chǎn)量也不容忽視。綜合整體狀況而言，我國大型鋼鐵企業(yè)噸鋼能耗比發(fā)到國家仍然高出10%左右，這個數(shù)據(jù)在中小型鋼鐵企業(yè)環(huán)境中甚至可以高達25%甚至更高。這種差距的主要原因并非鋼鐵生產(chǎn)過程中的能源利用不合理，雖然可能存在差距，但是更大的影響因素則是鋼材生產(chǎn)過程中對于副產(chǎn)品能否有效展開充分利用的問題。如果單純從科技的角度看，我國大型鋼鐵企業(yè)高爐煤氣回收利用率可達92%以上，這個比例在國際環(huán)境中也都數(shù)據(jù)較高水平，但是對于諸多中小型鋼鐵企業(yè)而言，高爐煤氣的利用是一個尚未得到充分重視的問題，而非缺乏技術支持。相關統(tǒng)計表明，存在有大約25%的高爐煤氣會在生產(chǎn)過程中直接排空或者燃燒，依據(jù)產(chǎn)鋼能力粗略這算，大概每年會有大約相當于一千萬噸標準煤的能量被浪費掉。然而更為糟糕的問題在于，如果直接將高爐煤氣防控，其中含有的大量CO以及其他有害化學物質(zhì)，還會在能源大量浪費的同時對大氣產(chǎn)生直接污染，其問題不容小覷。

一、高爐煤氣利用現(xiàn)狀分析

隨著近年來我國相關煤氣發(fā)電技術的不斷成熟以及國家對于環(huán)保相關產(chǎn)業(yè)的重視，以及鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)本身對于自身經(jīng)濟效益的追求，高爐煤氣再利用問題成為了整個鋼鐵產(chǎn)業(yè)環(huán)境下共同關注的焦點。目前利用高爐煤氣發(fā)電主要有蒸汽輪機機組、燃氣輪機機組及其聯(lián)合循環(huán)機組、燃氣內(nèi)燃機機組三種形式，各具特點并且有著不同的適用環(huán)境。

蒸汽輪機發(fā)電本身是利用可燃氣體與空氣在燃燒器內(nèi)燃燒，并且產(chǎn)生蒸汽做功發(fā)電。這是世界上出現(xiàn)最早的發(fā)電技術之一，因此時至今日已經(jīng)十分成熟，但是其熱效率相對有限，通常只有25%左右。并且如果想要采取此種技術展開生產(chǎn)，還需要面對其本身就很復雜的系統(tǒng)以及相對較長的建設周期等問題，但是對于此種技術而言，單機功率大，通常在20萬MW級別以上，因此通常見于大型的發(fā)電環(huán)境中。目前蒸汽輪機發(fā)電工作方式多配合燃氣輪機機組及其聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電工作方式一同展開，但是仍然由于機構龐大發(fā)電效率偏低，因此在整個行業(yè)里均面臨淘汰停用。

燃氣輪機機組及其聯(lián)合循環(huán)機組則是利用空氣和燃氣為介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機。從原理角度看，壓氣機將空氣壓入燃燒室燃燒，形成高溫高壓燃氣且膨脹做功，用于驅(qū)動壓氣機以及發(fā)電機實現(xiàn)發(fā)電。此種發(fā)電工作方式熱效率可以有效提升到45%或者更高，但是因為規(guī)模較大因此一次性投資較大，維護費用同樣居高不下，因此只能在大型發(fā)電環(huán)境中使用。最后，燃氣內(nèi)燃機發(fā)電方式則更加類似于使用可燃氣體作為燃料的汽油機，并且對于氣源分散，供應不穩(wěn)定，煤氣總量不大的情況相對適用。

二、高爐煤氣發(fā)電生產(chǎn)效率提升淺析

雖然煤氣是鋼鐵產(chǎn)業(yè)環(huán)境中必然的副產(chǎn)品，但是其本身并不穩(wěn)定。一方面軋鋼工藝本身的不斷進步和技術更迭會影響到鋼鐵生產(chǎn)環(huán)境中煤氣的產(chǎn)生總量，另一個方面其本身的構成也會有所起伏。而想要切實提高高爐煤氣發(fā)電生產(chǎn)的整體工作效率，就必須深入分析高爐煤氣的自身特征，才能有的放矢地提出相應的改進對策。

首先，高爐煤氣的熱值相對較低、燃燒穩(wěn)定性相對較差的總體特征，會常常導致內(nèi)燃機的升功率下降過大，怠速不穩(wěn)的問題，可以考慮增大壓縮比和增壓器的增壓度，通過此種方式對功率進行恢復并且確保可以實現(xiàn)可靠點火。或者采用大流量高效率的煤氣壓縮機參與工作，也可以在這一方面有所改善。

其次，高爐煤氣的燃燒速率很低，火焰不容易穩(wěn)定，考慮到用于發(fā)電的發(fā)動機缸徑通常較大這一特征，在實際點火的時候應當采用雙火花塞，并且需要增大點火能量，切實確保點火成功率能夠得到控制。除此以外，還可以考慮采用預燃室技術，即先點燃預燃室內(nèi)的混合氣體，而后在出現(xiàn)多個著火點的情況下引燃燃燒室的混合氣，增加點火成功機會。還可以加大燃燒室截面積，加長其長度，降低氣流速度的方式增加氣體在燃燒室內(nèi)的停留時間，借以實現(xiàn)高爐煤氣的充分燃燒。

最后，考慮到不同鋼鐵廠的高爐煤氣在成分方面會呈現(xiàn)出顯著差異，甚至于同一個鋼鐵廠在生產(chǎn)過程中，也會隨著時間的推移因為工藝、產(chǎn)品或者原料等方面的因素而造成高爐煤氣本身的結構差異。這種差異表現(xiàn)在包括濃度的各個方面，極易造成發(fā)動機熄火、游車等多方面的問題，影響到發(fā)電生產(chǎn)正常工作的展開。對于這一方面的問題，可以采用電控混合技術，借由可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）等先進手段對燃燒過程進行控制，合理匹配空氣和高爐煤氣流量，達到實時調(diào)節(jié)空燃比的目的。

三、結束語

高爐煤氣發(fā)電是鋼鐵產(chǎn)業(yè)環(huán)境中的必然環(huán)節(jié)，是順應了環(huán)保和能源等多個領域思路的結果。在實際工作中，唯有切實結合鋼鐵企業(yè)自身的實際狀況，分析其所面對的煤氣特征，深入研究不同的發(fā)電方式的優(yōu)劣并且加以對比，才能實現(xiàn)整體優(yōu)化，切實推動煤氣發(fā)電生產(chǎn)效率的提升。

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