鋼鐵聯合企業發電最優配置模式研究

摘 要：鋼鐵企業是資源密集、能耗密集型行業，工序能源消耗巨大，生產過程產生大量的二次能源，面對節能減排任務和嚴峻的經營壓力，做好二次能源的回收利用工作是緩解壓力最有效的途徑，而優化發電機組配置，提高能源轉換效率，是降低企業成本、提高企業效益的最直接手段。文章對鋼鐵聯合企業焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼工序的余熱回收進行分析，通過優化各工序發電裝置配置，來提高自發電比例，增加企業經濟效益。

關鍵詞：二次能源；余熱回收；發電；經濟效益

以全工序鋼鐵聯合企業為例，研究分析工序余熱利用途徑，優化工序發電機組配置，提高能效。文章以鋼產量日產2萬噸的企業為例，通過優化煤氣資源綜合利用、余熱資源回收綜合利用等措施，實現提高鋼鐵企業自發電比例。

1 發電機組配置

1.1 副產煤氣熱力機組發電

煤氣是鋼鐵聯合企業生產的副產品，也是鋼鐵企業二次能源的主要形式，鋼鐵企業的副產煤氣有焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣，且隨著企業工序節能措施的不斷發展創新，富裕煤氣量越來越多，煤氣的綜合利用空間更大，科學利用與合理使用這些副產煤氣，實現煤氣零放散，可以最大限度的提高熱力機組發電量。[1]

以日產2萬噸鋼鋼鐵企業為例，研究煤氣產出與使用，按照正常的鐵、鋼、軋生產工藝產品配比，日產2萬噸的鋼鐵企業，焦炭、鐵日產量分別為0.75萬噸和2萬噸，按照單位產煤氣量分別為400 m3/t焦、1680 m3/t鐵、125 m3/t鋼計算，日產2萬噸的鋼鐵企業瞬時煤氣產出量按照熱值折高爐煤氣量為224萬m3/h，根據長期數據統計及理論計算鋼鐵企業煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼、熱力鍋爐各工序煤氣消耗量及所占比例可以計算出扣除主生產工序煤氣消耗，熱力鍋爐富裕煤氣量占比約466%，104.4萬m3/h，目前國內小功率超高溫、超高壓機組技術已經成熟，氣耗可達到3.1m3/kW·h，而且設備已經國產化，70MW機組大小適中，適合鍋爐在鋼鐵企業中煤氣調節的角色，利于鋼企進行精細調控。高爐鼓風全部為電動鼓風，不考慮汽輪鼓風，以高效穩定宜調節為原則，104.4萬m3/h煤氣可以考慮配置4*70MW超高壓機組和1*40MW高壓機組，煤氣發電可達到404kW·h/t鋼。

1.2 TRT余壓機組發電

高爐爐頂煤氣余壓回收透平發電裝置（簡稱TRT）是目前國際上公認的有價值的二次能源回收裝置 。[2]目前該項技術在鋼鐵企業廣泛應用，對降低高爐工序能耗做出了巨大貢獻。目前國內高效TRT機組發電運行穩定，發電水平基本維持在49kW·h/t鐵，對噸鐵噸鋼企業，TRT發電機組發電可達到49kW·h/ t鋼。

1.3 余熱機組發電

1.3.1 干熄焦余熱發電

國內鋼企應用最廣泛的干熄焦發電技術是以冷惰性氣體在干熄爐中與赤熱焦炭逆流接觸吸收其熱量，并終止其燃燒，[3]吸收了紅焦熱量的惰性氣體作為二次能源，在干熄焦余熱鍋爐發電可配置450℃、3.8MPa的中溫中壓蒸汽，噸焦發電水平基本在85kW·h/t焦，若配置540℃、9.8MPa高溫、高壓余熱鍋爐，效率更高，噸焦發電水平可達150kW·h/t焦，日產2萬噸的鋼鐵企業，日產焦炭0.75萬噸左右，折合噸鋼發電5625 kW·h/ t鋼。

1.3.2 燒結余熱發電

燒結工序能耗僅次于煉鐵工序，一般為鋼鐵企業總能耗的10%左右，燒結余熱資源主要包括兩部分：環冷風機廢氣余熱和燒結機主煙道煙氣余熱，加強燒結余熱回收是燒結工序節能工作的重點，利用燒結余熱產生330℃、2.2MPa的中溫中壓蒸汽，再通過蒸汽推動汽輪機發電。依據目前國內鋼鐵企業燒結余熱回收現狀，噸礦余熱發電普遍在20 kW·h/t礦左右，豎罐余熱回收新工藝效率更高，能夠到30kW·h/t礦以上。日產2萬噸鋼的鋼鐵企業一般配置3臺360m2燒結機，礦產量約2.76萬噸，可配置1*25MW和1*15MW余熱回收機組，燒結余熱發電可達27.6 kW·h/ t鋼。

1.3.3 飽和蒸汽余熱機組發電

汽化冷卻是一項應用廣泛并且很成熟的技術，尤其在轉爐上煙罩冷卻和軋鋼加熱爐上應用最為廣泛。在轉爐上采用汽化冷卻技術回收高溫煙氣的部分余熱，是降低轉爐工序能耗的重要手段，也是實現負能煉鋼的關鍵環節。目前轉爐汽化冷卻工藝產生的蒸汽大多是200℃、1.6MPa飽和蒸汽，噸鋼回收蒸汽約在90kg/t鋼。加熱爐采用汽化冷卻已有很多年，使用效果良好，噸材回收蒸汽約在30kg/t材。兩者合計汽化冷卻產生的蒸汽約100t/h，可配置一臺25MW的飽和發電機組，發電可達到20kW·h/ t鋼。

以上合計，二次能源余熱利用可實現噸鋼發電：

404+49+56.25+27.6+20=556.85 kW·h/ t鋼。

2 自發電比例

自發電比例是鋼鐵企業自備電廠發電總量與企業耗電總量之比，也等于企業噸鋼發電與噸鋼耗電之比，一個鋼鐵聯合企業從焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、到熱軋工序，噸鋼耗電基本在496kW·h/t鋼，而發電可到556 kW·h/ t鋼以上，因此，對焦炭自給自足的鋼鐵聯合企業自發電比例可達556÷496=112%以上。

3 結語

通過高效率的機組配置和科學合理的回收與使用，對焦炭自給自足的鋼鐵聯合企業，自發電比例可達110%以上，在滿足自用的前提下實現外供，前提企業必須響應國家關于鋼鐵企業發電設施建設的相關規定，符合鋼鐵企業發電并網的相關政策，這樣企業發電項目的設計、建設從根本上才能更合理、更優化，企業的生態化發展才能更加和諧。

參考文獻：

[1]許志超.鋼鐵企業煤氣發電生產模式的分析與研究[J].電子制作，2014（10）.

[2]王步皓.煉鐵高爐上料擾動的透平靜葉控制系統設計[D].東北大學，2011.

[3]王利軍.干熄焦余熱利用系統優化[J].山西冶金，2015（02）.

作者簡介：馬艷麗（1984.），女，本科，暖通工程師，2008年畢業于河北工程大學供熱通風與空調工程專業，現從事能源管理工作。