凌鋼提高自發電量的潛力分析和改進措施

張艷珍

(凌源鋼鐵集團有限責任公司能源環保部，遼寧 凌源 122500)

0 引言

全流程鋼鐵企業在焦化、燒結、煉鐵、煉鋼及軋制過程中，伴隨產生大量余熱、余壓等余能，如：高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、燒結環冷機煙氣余熱、干熄焦余熱、轉爐煙道和軋鋼水梁冷卻產生蒸汽等，這些余能品質較高，回收后主要用于發電、供熱和設備拖動等[1-4]。目前應用最廣、最普遍的主要是余熱余能發電[5-8]。鋼鐵企業利用余熱余能發電，不僅能減少外購電，降低生產成本，還能緩解社會電力系統供電壓力，降低碳排放，因此提高企業自發電量和自發電率[9-10]，已成為鋼鐵企業普遍追求的目標。目前鋼鐵行業利用余熱余能自發電比例最高已達到85%以上。凌鋼余熱余能主要用于自發電，自發電率在62%左右，與行業先進相比還存在較大差距，因此通過分析凌鋼余熱余能發電實際情況，找出提高發電量的潛力，主要是提高煤氣鍋爐系統發電和提高環冷機煙氣余熱回收發電，并提出提高自發電量的具體措施。

1 凌鋼自發電現狀

凌鋼是集焦化、燒結、球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼為一體的鋼鐵聯合企業，現有利用生產余熱余能發電的機組共11套，其中利用富余煤氣發電機組共5套，即高溫超高壓80 MW和65 MW機組各一套，次高溫次高壓25 MW機組兩套，中溫中壓12 MW機組一套；高爐爐頂余壓發電機組三套即6 MW、9 MW和15 MW；燒結環冷機余熱發電機組9 MW一套；干熄焦余熱發電機組12 MW一套；利用轉爐煙道冷卻和鋼坯加熱過程中產生余熱蒸汽發電機組15 MW一套，年發電總量15～17億kWh。

表1 2020年自發電量和自發電比例數據

通過上表數據可看出，2020年自發電量為16.6億kWh，自發電比例為62.5%，夏季最高達到68.4%，與生產鏈條和裝備結構相近的先進單位自發電比例達到85%以上，還存在較大差距。

提高自發電量，減少外購電量，降低生產成本，是降本增效的一個關鍵途徑；同時自發電比例指標的高低，也是衡量企業二次能源回收利用水平的一個重要標志，是企業節能環保和綜合利用水平的體現，是提高企業競爭力的關鍵，因此提高自發電量和自發電比例，意義重大。

2 提高自發電量的潛力分析

鋼鐵長流程生產過程中，產生的余熱余能品質不同，各發電系統回收利用選用的工藝、發電裝備也不同，發電量的大小和可調控的空間不同。

TRT發電是利用高爐爐頂煤氣所帶有的熱能與壓力進行發電，與高爐爐頂煤氣壓力、流量等關系較大，受高爐工藝穩定影響，高爐頂壓和煤氣量相對穩定，提高發電量潛力很小。

飽和蒸汽發電是利用軋鋼加熱爐水梁冷卻產生的余熱蒸汽，通過汽輪機進行發電。受加熱爐產能影響，蒸汽量產生量比較穩定，提升空間較小。

干熄焦發電是利用焦爐產生的紅焦顯熱，通過惰性氣體將紅焦降溫，吸收紅焦潛熱后溫度升高的惰性循環氣體進入干熄焦余熱鍋爐，產生的蒸汽進入汽輪機發電，目前凌鋼干熄焦噸焦發電156 kWh左右，在同行業比較先進。

鍋爐發電是高爐、轉爐冶煉過程中產生的煤氣，在滿足生產使用后，富余的煤氣用于鍋爐發電，是鋼鐵行業最大的余熱余能。富余煤氣量的多少和發電機組效率直接影響發電量的多少。

燒結環冷機發電是利用燒結環冷機冷卻紅礦的熱煙氣，通過雙壓鍋爐產蒸汽進行發電，凌鋼目前燒結礦噸礦發電在10 kWh左右，行業水平在17～25 kWh，遠低于行業水平。

通過上述分析結合表2看，從發電的能源介質特性看，可調控空間最大的是煤氣鍋爐系統；從與行業先進比對看，環冷機煙氣余熱發電還存在較大差距。

表2 2019～2020年各系統發電所占比例和發電能源介質特性

因此在凌鋼現有的裝備、產品結構和生產組織模式下，提高發電量潛力重點在提高煤氣鍋爐系統的發電和提高環冷機煙氣余熱回收發電兩個環節；其次是提高二次能源的回收利用，包括低品質二次能源的回收利用，可直接或間接提高發電量。

3 提高發電量具體措施

3.1 提高鍋爐發電的措施

(1)現有低效鍋爐能效升級是提高發電量的重要措施之一

目前夏季現有兩臺高溫超高壓高效發電機組滿負荷運行后，還有一臺低效的25 MW發電機組和一臺低效的12 MW發電機組運行，負荷：25 MW機組在75%～100%，12 MW機組在80%～90% ，兩套機組煤氣消耗小時平均18萬m3左右，發電效率：25 MW發電機組5.1 m3/kWh、12 MW發電機組6.3 m3/kWh，比現有的高效能機組發電效率(3.4～3.6 m3/kWh)明顯偏低。

新建一臺65 MW高效發電機組，淘汰現有的25 MW和12 MW低效發電機組，進行能效升級，發電效率可提高一倍，年可增加發電量1～1.3億kWh,可大大降低生產成本。

(2)提高供給鍋爐的煤氣量，增加發電量

從表3可看出，用于生產的煤氣中，高爐熱風爐和軋鋼加熱爐是煤氣消耗的大戶，占生產消耗總量的82.8%，因此通過降低熱風爐和加熱爐的煤氣消耗，節約煤氣用于發電，是提高發電量重要措施之一。

表3 凌鋼副產煤氣(僅考慮高爐煤氣)的利用結構

①降低高爐熱風爐煤氣消耗，為鍋爐發電提供更多的煤氣。凌鋼5座高爐配備16座熱風爐，按照兩燒一送的模式進行高爐送風，煤氣消耗量小時平均在35～36萬m3以上，熱風爐的集中換爐將使高爐煤氣管網大幅度波動，波動范圍在6～10 kPa，嚴重影響熱風爐煤氣消耗和鍋爐發電負荷的調整，造成煤氣浪費同時降低鍋爐的發電量。需通過優化燒爐操作，實現熱風爐錯峰換爐，減少高爐煤氣管網大幅度動蕩，從而降低熱風爐煤氣消耗，實現鍋爐負荷穩定，提高發電量；通過高爐熱風爐自動燒爐，可降低煤氣消耗15～25 m3/t鐵，降低2%～3%；利用熱風爐煙氣余熱實現煤氣、空氣雙預熱，提高熱風爐煤氣溫度、助燃風溫度，通過經驗數據分析，有空、煤預熱器比無空、煤預熱器的熱風爐煤氣消耗節約35～90 m3/t鐵。

②降低軋材加熱爐煤氣消耗。關鍵要提高鋼坯熱裝率和熱裝溫度。經查閱資料在熱裝率50%條件下，熱裝溫度提高100 ℃，煤氣消耗噸材降低15～20 m3；在熱裝溫度相同的條件下，熱裝率提高5%，煤氣消耗噸材降低7～10 m3；其次減少煤氣空耗。降低設備故障率是減少煤氣空耗的關鍵；爐機能力的合理匹配、精細化操作和爐機操作人員的及時溝通也是降低煤氣空耗的主要因素。

(3)降低鍋爐的煤氣單耗，提高機組的熱效率

從表4可看出，鍋爐的煤氣單耗遠高于設計值，因此降低發電的煤氣單耗，即提高鍋爐和發電機組效率，是提高發電量一個重要措施。

表4 凌鋼鍋爐發電機組煤氣消耗數據

①提高發電機組凝汽器的真空度，提高發電機組效率。在經濟運行條件下，可通過降低循環水溫度，改善循環水水質，防止凝汽器結垢等措施提高凝汽器真空度，提高汽輪機熱循環效率。一般運行經驗表明，凝汽器真空每升高1 kPa，機組汽耗會降低，發電會增加1.5%～2.5%。

②優化操作，提高發電機組綜合熱效率。合理調整煙道調節擋板開度，按照經驗操作再熱器側開度控制5%～15%，省煤器側全開，實現煙道氣余熱的高效利用，降低排煙溫度，提高機組的熱循環效率；通過在線監測氧含量，合理調整煤氣供給量、配風量，實現煤氣完全燃燒，提高燃料熱效率。

(4)加強鍋爐、機組點檢定修、維護保養，降低鍋爐、機組設備故障，提高作業率，提高發電量。

(5)優化運行方式，提高發電量

根據生產模式、設備檢修時間及煤氣的富余情況，以65 MW、80 MW高效機組滿發為前提，及時調整現有25 MW和12 MW發電機組開動方式和運行負荷，實現在煤氣量相同的條件下，發電最大化。

3.2 提高燒結環冷機余熱發電措施

(1)對現有180 m2、240 m2燒結環冷機密封結構進行改造

現有180 m2燒結環冷機上部無密封，下部是機械鋼刷密封；240 m2燒結環冷機上部水密封，下部為柔性重力自補償密封，目前兩臺環冷機密封效果不好，漏風率較高，余熱回收僅達到10～12 kWh/t礦，可通過改造，應用水密封或其他密封效果好的密封技術，提高余熱回收水平，使噸礦發電達到17～18 kWh。

(2)適當提高循環風機轉速

環冷機循環風機是將送往余熱鍋爐的熱煙氣換熱后送回環冷機冷卻，循環風機的轉速越高，煙氣帶入鍋爐的熱量越多，但轉速過高會影響環冷機其他冷卻風機的運行，同時會對煙氣管道帶來沖刷，因此可通過試驗適當提高循環風機轉速，既可增加余熱回收量，又不會影響其他風機運行。

3.3 加強低品質二次能源回收利用，可直接或間接提高發電量

積極探討應用節能新技術，對焦爐上升管余熱、高爐、轉爐紅渣顯熱進行回收利用，產生蒸汽可用于提高飽和蒸汽機組發電；對發散性蒸汽、熱電鍋爐連排蒸汽，熱電機組循環冷卻水的余熱等回收利用，可直接或間接進行發電。

4 經濟性分析

通過對以上發電措施的分析，對可直接計算經濟效益的措施，經濟分析如下：

4.1 新建一套65 MW高溫超高壓發電機組增加效益

新建一套65 MW發電機組，淘汰現有一套25 MW和一套12 MW發電機組，按凌鋼現有65 MW、25 MW和12 MW發電機組發電煤氣單耗計算，年增加發電量1億kWh左右，按電費0.5元/kWh、運行費用0.1元/kWh計算，年效益為4 000萬元。

4.2 降低熱風爐和加熱爐煤氣消耗增加效益

通過采取熱風爐自動燒爐、熱風煙氣雙預熱和提高加熱爐熱裝率等措施，初步估算熱風爐和加熱爐小時可節約煤氣4.3萬m3，小時供鍋爐發電煤氣增加4.3萬m3，年增加發電量4 400萬kWh左右，按電費0.5元/kWh計算，年效益為2 200萬元。

4.3 180 m2、240 m2燒結環冷機密封結構改造增加效益

180 m2、240 m2燒結環冷機實施密封結構改造后，按噸礦增加6 kWh計算，年可增加發電量2 600萬kWh左右，按電費0.5元/kWh計算，年效益為1 300萬元。

5 結論

(1)通過對凌鋼余熱余能發電量潛力分析，提出凌鋼鍋爐發電和燒結環冷機余熱發電是凌鋼提高自發電量的關鍵環節，并針對每個環節提出具體改進措施。

(2)按照改進措施實施后，年可增加發電1.7～2.0億kWh，自發電率提高6%～7%。

(3)可為利用生產余熱余能發電的鋼鐵同行在提高自發電量工作中起到借鑒作用。