優化燃料結構對能動中心降成本的影響分析

胡鋒（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司，四川攀枝花617062）

優化燃料結構對能動中心降成本的影響分析

胡鋒
（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司，四川攀枝花617062）

針對攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司能源動力中心動力煤消耗量大、煙氣排放超標等問題，通過優化燃料結構、加強運行調整、多燒煤氣、壓縮煤耗，高爐煤氣放散率由1.25%下降至0.31%，每天增加高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣燒量分別為34.1、16.9、2.9萬m3。在平均每天減少180 t動力煤消耗的情況下，不僅滿足了高爐等用戶的生產需求，而且日發電量僅減少7.05萬kW·h，經濟效益顯著,同時也有效利用了二次能源。

煤耗；煤氣；放散率；煤氣燒量；發電量

攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司能源動力中心是公司的能源轉供中心，主要產品為水、電、風、汽（氣）。能源動力中心共有10臺鍋爐，1#～3#鍋爐和5#～8#鍋爐為煤粉煤氣混燒鍋爐，4#鍋爐、9#鍋爐和10#鍋爐為純燒煤氣鍋爐。鍋爐燃燒高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣和動力煤，生產的蒸汽供汽輪機發電、供風，或直接并入外部蒸汽管網，供用戶生產、生活使用。高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣是鋼鐵冶煉過程中的副產品，除供軋鋼系統加熱外，剩余部分均由能源動力中心的鍋爐燃燒消耗，而動力煤則必須外購。長期以來，動力煤一直作為鍋爐的補充燃料，當煤氣不足時才使用，但當發電站2臺55 MW汽輪發電機組投產后，動力煤耗量直線上升，隨著環保要求越來越嚴格，優化燃料結構、降低動力煤消耗成了能源動力中心的首要任務。

1　當前熱力系統存在的問題

能源動力中心在發電站2臺55 MW汽輪發電機組投產前，每年耗煤量為4～5萬t，第一臺機組投產后，雖有可利用富裕煤氣，但煤耗也相應增加，尤其是2011年第二臺機組投產后，煤耗量更是高達19萬t/a。1#～3#鍋爐全部采用水膜除塵，所以全部動力煤都集中在熱電站5#～8#鍋爐上燃燒，目前主要存在以下幾方面問題。

1.1制粉系統故障頻繁

制粉系統自投產以來從未大修、系統嚴重老化、泄漏頻發、彎頭磨損嚴重、檢修量大，運行時噪音大。1.2轉爐煤氣回收水平偏低

高爐煤氣放散率居高不下，轉爐煤氣回收水平偏低。能源動力中心高爐煤氣放散率近年均在1.40%以上，今年上半年放散率為1.19%，與同行業先進企業如梅鋼上半年高爐煤氣放散率0.05%相比，還存在巨大差距。此外，動力煤耗量居高不下，2013年動力煤耗比2012年多約3萬t，但這兩年發電量基本相當。近3年高爐煤氣放散率、煤氣回收量和發電量見表1。

1.3鍋爐熱效率偏低

熱電站鍋爐設計熱效率為87.33%，而近年來平均熱效率均在82.00%左右，消耗動力煤越多，表明浪費能源越多、利用率越低。

1.4煙氣排放超標

《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）2014年7月1日起執行新標準，要求顆粒物≤30 mg/m3，二氧化硫≤400 mg/m3，氮氧化物≤200 mg/m3，而當熱電站每臺鍋爐煤粉燒量為6 t/h時，排放顆粒物為30～42 mg/m3，二氧化硫為103～403 mg/m3，氮氧化物為97～365 mg/m3，上述指標中顆粒物和二氧化硫均超標。

以上問題給攀鋼釩公司生產經營帶來沉重的壓力，尤其是給環保帶來較為嚴重的制約。

2　原因分析

雖然燃耗動力煤較多，但熱力發電量并沒有相應增加。從2013年數據可以看出，除了煤質本身的因素外，還與公司政策、燃燒調整、高爐煤氣放散率高等諸多因素有著密不可分的聯系。

2.1燃煤政策導向

“做大發電規模”是公司做大三個規模之一。為了更好做大發電規模，給公司多降成本，上述問題未能徹底解決的前提下，只有依靠增加煤粉燒量來增加發電量，煤粉燒量最高時達1 000 t/d。雖然2011年發電量達到了歷史新高，但是放散率也是歷年最高的，達到1.59%，煤粉燒量最高達到19萬t。

2.2制粉系統老化

熱電站為公司二期建設項目，當初設計時煤粉僅作為鍋爐補充燃燒方式，年耗煤量為4萬t左右，但隨著發電站的投產，制粉系統運行負荷越來越大，很多彎頭泄漏，磨煤機大罐襯瓦經常脫落，且磨煤機沒有設計隔音罩，運行時噪音巨大，已超過工業企業廠界噪音限制標準。

2.3除塵效率不達標

靜電除塵器設計出口含塵量為200 mg/m3，除塵效率不達標。除塵效率與很多因素有關系，極板極線變形造成間距不均勻、設備漏風、速度分布情況、煙氣性質（如：溫度、濕度、壓力、濃度、粉塵比電阻），以及振打制度、灰斗卸灰方式等均對除塵效率有影響。

2.4轉爐煤氣拒收量多

高爐煤氣放散量大，轉爐煤氣拒收量多。由于公司目前沒有高爐煤氣柜，所以整個管網壓力波動較大。當管網壓力較低時，為避免回火爆炸，控制系統設置有低壓保護，調節閥會自動關小開度，提高管網壓力；當管網壓力較高時，煤氣放散塔則自動開啟閥門，形成火炬排空。轉爐煤氣柜位僅為8萬m3，回收能力明顯不足，因柜位高而拒收的情形時有發生，回收量僅為0.40 GJ/t鋼，同比西昌鋼釩有限公司轉爐煤氣回收量可達0.50 GJ/t鋼，差距較大。

另外，當煤粉燒量放量時，將擠占更多煤氣燃燒空間，導致煤粉燒量越大，煤氣放散率也越高。燒煤政策一定程度上使得煤粉燒量與煤氣燒量之間的不平衡趨勢擴大化。

綜合以上分析，通過加強運行調整，優化燃料結構，減少動力煤消耗，確保排放達標，降低高爐煤氣放散率，多回收轉爐煤氣，煤氣多則多發電，煤氣少則少發電。

3　采取的措施

根據以上分析，能源動力中心于2014年7月開始有針對性對煤粉燒量進行了調整和限制，改進高爐煤氣和轉爐煤氣燃燒調整方式，解決制粉系統缺陷，采取的具體措施如下：

3.1限制煤粉燒量

限制煤粉燒量，每天燒量不超過200 t。司爐崗位人員燃燒煤粉時，不僅要觀察煙氣在線監測系統的顯示數據，還要密切關注煙囪實際排放情況。當有明顯濃煙排出時，應立即減少煤粉燒量。當煙氣在線監測系統故障時，及時匯報調度，要求盡快處理，確保系統可靠運行。

3.2制粉與除塵系統的整改措施

增設7#磨煤機隔音罩，降低制粉系統運行噪音；更換磨損大、易泄漏的輸粉管彎頭；借鑒攀鋼發電廠磨煤機大罐內部襯瓦的安裝方式，降低襯瓦脫落率；首次邀請藍星專業清洗公司對靜電除塵器陰陽極板進行徹底清掃；延長倉泵進料時間；校正除塵器內部變形的部位，或更換部分部件。

3.3增大高爐煤氣燒量

各司爐崗位人員盡可能增大高爐煤氣燒量，降低放散率，以多燒高爐煤氣量來減少煤粉燒量。具體措施如下：

（1）修改高爐煤氣火咀調節閥的動作壓力，關值由4.5 kPa降為4.0 kPa，停止關值由5.5 kPa降為4.8 kPa。

（2）鍋爐以高爐煤氣燒量最大，其它燃料作補充的運行方式為主。當高爐煤氣壓力突然大幅下降、參數大幅波動、常規燃燒調整方式不能有效控制時，司爐可立即增開焦爐煤氣穩定參數。參數穩定后，再調整煤粉燒量或發電量，將焦爐煤氣量關回至原有量或按調度指令執行。

（3）各站所司爐隨時關注高爐煤氣壓力變化情況，當煤氣壓力升高時加強調整，將高爐煤氣燒量做到最大，即當鼓風站高爐煤氣壓力≥10 kPa時，將燒量做到最大；當熱電站高煤壓力≥7.0 kPa時，將燒量做到最大；當發電站高爐煤氣壓力≥7.5 kPa，將燒量做到最大。

（4）為確保燃燒器安全運行，當高爐煤氣火嘴調節閥關至15%時，直接關閉調節閥及對應快關閥，通過其他火嘴調整煤氣燒量。

3.4增大轉爐煤氣燒量

盡量多回收轉爐煤氣，避免因柜位高而拒收的情況發生，最終實現“零”拒收。

（1）將轉爐煤氣總管壓力低開始減量的值由9.5 kPa降為8.5 kPa。將轉爐煤氣柜位低開始減量的值由3.0萬m3降為2.5萬m3；當柜位回升時逐漸增加燒量：當柜位為4萬m3時，發電站鍋爐轉爐煤氣總燒量不低于5萬m3/h；當柜位大于4.5萬m3時，轉爐煤氣總燒量不低于5.5萬m3/h；當柜位大于5萬m3時，轉爐煤氣總燒量不低于6萬m3/h。

（2）轉爐煤氣柜位低解列值由原來的1.0萬m3降為0.8萬m3。

（3）增減量主要由10#鍋爐來完成，保持9#鍋爐轉爐煤氣燒量穩定。

（4）轉爐煤氣減量過程中若參數異常，可調整焦爐煤氣穩定工況。

（5）司爐操作過程中不斷摸索轉爐煤氣的回收規律，盡量小開、小關，避免增減量大起大落，降低頻繁熱交變應力對鍋爐受熱部件的影響。

4　運行結果分析與效益

4.1運行結果分析

4.1.1參數對比與分析

為了驗證實際效果，統計了2014年6月1日至2014年8月19日期間的高爐煤氣放散率、高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣燒量和煤粉燒量，以及高、中壓蒸汽產量和發電量等參數。統計時剔除了高爐休風、檢修和鋼軋系統大面積檢修等異常情況，因2014年7月21日高爐煤氣放散率為1.61%，22日放散率為0.44%，此前的放散率都較高，此后的放散率都較低，因此以21日為界，優化前統計了41天數據，優化后統計了27天數據。通過前后煤氣燒量、蒸汽產量和熱力發電量等具體參數見表2。

由表2可以看出，減少動力煤消耗時發電量減少7.05萬kWh，鍋爐燃料消耗量與蒸汽產量對比減少動力煤燒量180 t/d后，高爐煤氣放散率、應該是平衡的。當減少動力煤耗量時，通過優化運行調整，高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣的燒量都相應增加，從而保證系統運行狀態平衡。

表2　調整前后日均參數對比

4.1.2定性分析

2013年統計報表顯示，煤粉熱值為15.788 GJ/t，高爐煤氣熱值為3.36 GJ/km3，焦爐煤氣熱值為15.18 GJ/km3，轉爐煤氣熱值為5.13 GJ/km3，鍋爐平均熱效率為 82.27%，發電耗中壓蒸汽量為4.297 kg/kWh，發電耗高壓蒸汽量為3.742 kg/kWh。

180t煤粉發電量為：

式中，中壓蒸汽焓值為3 333 kJ/kg；給水焓值為635 kJ/kg。

即在其他燃料量保持不變的情況下，減少動力煤消耗180 t，發電量將減少20.27萬kWh，而實際僅減少7.05萬kWh，少減少13.22萬kWh。少減少部分的發電量是由增加高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣的燃燒量來實現的，即多回收的熱量增加發電量為13.22萬kWh。同時，減少的熱力發電量7.05萬kWh與增加的6.4 t中壓蒸汽量和減少的221.1 t高壓蒸汽量之間也存在內在聯系。

221.1t高壓蒸汽對應發電量為：

221.1×1 000÷3.742=59 086 kWh

6.4t中壓蒸汽對應發電量為：

6.4×1 000÷4.297=1 489 kWh

則理論計算每天減少的發電量為：

59 086-1489=57597 kWh，約為5.76萬kWh，而統計數據顯示僅減少7.05萬kWh。在考慮汽輪鼓風機耗汽量、干熄焦蒸汽回收量、外供中、低壓蒸汽量和余熱鍋爐產汽量，或計量誤差等諸多因素的影響后，可認為兩者基本平衡，由此還可以判斷，在統計數據期間，外部用戶耗汽量基本保持穩定。

4.1.3煙氣排放指標

當鍋爐煤粉燒量為3 t/h時，6#鍋爐排放顆粒物為25～40 mg/m3，二氧化硫為177～389 mg/m3，氮氧化物為 69～245 mg/m3；7#鍋爐排放顆粒物為14～20 mg/m3，二氧化硫為85～322 mg/m3，氮氧化物為75～236 mg/m3；8#鍋爐排放顆粒物為19～23 mg/m3，二氧化硫為0～260 mg/m3，氮氧化物為99～247 mg/m3，上述指標中顆粒物明顯下降。

4.2效益

4.2.1經濟效益

（1）第一種計算方法

因攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司僅能源動力中心發電站使用轉爐煤氣，這部分增加燒量就創造效益，對于高爐煤氣而言亦如此，效益以2種煤氣增加的燒量來計算，即多回收熱量為：

34.1×10×3.36+2.9×10×5.13=1294.53GJ

該熱值相當于每天節約動力煤為：

1294.53÷15.788=81.99 t

動力煤價格按460元/t計，全年節約費用為：81.99×365×460=13766 121元，約1 377萬元。

（2）第二種計算方法

以調整后多利用的熱量總和來計算，即增加的高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣燒量熱值，再減去減少的動力煤熱值，即：

34.1×10×3.36+16.9×10×15.18+2.9×10×5.13-

180×15.788=1 018.11 GJ

該熱量相當于每天節約動力煤為：

1018.11÷15.788=64.49 t

則全年節約費用為：

64.49×365×460=10 827 871元，約1 083萬元。

（3）第三種計算方法

扣除減少的發電量價格來進行計算。

①直接減少的費用包括三項為：

Ⅰ180 t煤的價格為：180×460=82 800元

Ⅱ制粉系統運行電費。磨煤機額定功率為475 kW，排煤機額定功率為500 kW，包括給煤機、給粉機和輸粉系統運行，整個系統功率以1 000 kW計算，磨煤機額定出力為14 t/h，電價以0.5元/kWh計，則節約電費為：

180÷14×1 000×0.5=6 429元

Ⅲ煤灰運行費用。灰分以40%，運費以30元/t計算，則每天運輸費用為：

180×40%×30=2 160元

②減少的發電量價格為：

70 500×0.5=35 250元

則每天節約費用①-②=56 139元，全年創造經濟效益為：

（82 800+6 429+2 160-35 250）×365=20 490 735元，約2 049萬元。

綜合以上3種算法，以全年最低經濟效益來計算也可達到1 083萬元。

4.2.2社會效益

（1）減少煤粉燒量后，降低了顆粒物、二氧化硫和氮氧化物排放量，同時減少了煤灰的二次污染，有利于生態環境保護。

（2）降低高爐煤氣放散率，多回收利用轉爐煤氣，減少熱排放和熱污染，提高了公司二次能源利用水平。

5　結論

（1）優化燃料結構加強運行調整，多燒煤氣，壓縮煤耗，高爐煤氣放散率由1.25%下降至0.31%，每天增加高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣燒量分別為34.1、16.9、2.9萬m3。在每天減少180 t動力煤消耗的情況下，不僅滿足了高爐等用戶的生產需求，而且日發電量僅減少7.05萬kWh，降成本貢獻突出。

（2）按照目前的煤耗估算，2014年全年能動中心煤耗可控制在12萬t左右，將比去年減少約8萬t，為緩解公司的環保壓力做出了積極的貢獻。

（3）隨著高爐煤氣柜建設項目的推進，以及對轉爐煤氣回收特點的進一步掌握與熟悉，將不斷摸索出煤氣運行的創新調整方式，還有一定的高爐煤氣和轉爐煤氣回收利用空間。

（編輯 賀英群）

Analysis on Effect of Optimizing Fuel Compositions on Reduction of Cost in Center for Energy and Power of Pangang

Hu Feng
（Panzhihua Steel Vanadium Co.,Ltd.of Pangang Group,Panzhihua 617062,Sichuan,China）

In consideration of the problems that the amount of consumption of power coal in Center for Energy and Power of Pangang is so large and the quantities of the fume emissions are out of the rated values specified in specification in Panzhihua Steel Vanadium Co.,Ltd.of Pangang Group,the emission rate of BF gas is decreased from 1.25%to 0.31%while the amount of combusting BF gas,coke oven gas and convert gas is increased by 341 000、169 000、29 000 m3respectively every day by optimizing the fuel compositions,strengthening the adjustment for operation of BF,consuming gas as much as possible and cutting down the consumption of coal. Therefore although the consumption of power coal is decreased by 180 t on the average each day, the fuel compositions can meet the need for ironmaking in BF in the case that the generating capacity per day is decreased by only 7.05×104kW·h,indicating that the economic benefit is remarkable and secondary energy sources can also be used effectively.

coalconsumption;coalgas;emissionrate;consumptionofcoalgas;generatingcapacity

TK224

A

1006-4613（2015）03-0058-05

胡鋒，工程師，2001年畢業于長沙電力學院電廠熱能動力工程專業。

E-mail:47443645@qq.com

2014-10-17