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淺談鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產模式

文檔作者：韓曉威楊曉彩文檔來源： 1．中鋼集團石家莊設計院 2．河北工業(yè)職業(yè)技術學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月14日
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總第214期
2013年第l0期
河北冶全
HEBEI M ETALLU R GY
ToralN O 214
2013，N umber 10
， + “+ “+ ’‘+ ’+ ?！? “、
{節(jié)能減排；
．．+ ．．+ ．．+ ．．+ ．．+ ．．+ -
淺談鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產模式
韓曉威 ，楊曉彩
(1．中鋼集團石家莊設計院，河北石家莊050021；2．河北工業(yè)職業(yè)技術學院，河北石家莊
050091)
摘要：隨著企業(yè)冶金科學技術的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)剩余煤氣量逐漸增多，煤氣發(fā)電開辟了副產品煤氣利用
的新途徑。對4種典型鋼鐵制造流程發(fā)電模式進行了研究，提出了發(fā)電機組組合形式的建議，為企業(yè)煤
氣發(fā)電提供了新的思路。
關鍵詞：鋼鐵企業(yè)；煤氣；發(fā)電；生產模式；轉變
中圖分類號：TF053 文獻標識碼：B 文章編號：1006—5008(2013)10—0068—04
DISCUSSION ABOUT MODEL
TO GENERATE ELECTRIC POW ER
W ITH GAS IN IRON AND STEEL BUSINESS
Han Xiaowei ，Yang Xiaocai‘
(1．ShOiazhuang Design Institute，SINOSTEEL，Sh~iazhuagn，Hebei，050021；2．Hebei Industrial Institute
of Vocation and Technique，ShOizhuang，Hebei，05009 1)
Abstract：Along with development of metallurgical science and technology，the surplus gas in iron and steel
business gets more and more and electric power generation with gas becomes a new way to utilize the byprod—
ucts—gas．It studies four typical models t0 generate electric power with gas in iron and steel business．a sug—
gestion tO combine multi generating sets proposed．that is a new idea．
Key W ords：iron and steel business；gas；electric power generation；production model；transformation
1 前言
煤氣是鋼鐵企業(yè)生產產生的副產品，也是鋼廠
二次能源的主要形式。煤氣潛熱約占余熱資源量的
53．9％ ，其中大約32．7％ 為高爐煤氣、17．3％ 為焦
爐煤氣、3．9％為轉爐煤氣? 。隨著軋鋼生產技術的
發(fā)展，煤氣使用量顯著減少，相對剩余煤氣將逐漸增
多。隨著煤氣發(fā)電技術的不斷發(fā)展創(chuàng)新，鋼鐵企業(yè)
“只買煤，不買電”，為煤氣的綜合利用開辟了新的
途徑，為實現(xiàn)鋼廠功能轉變提供了技術支持。
2 “只買煤，不買電”的內涵
隨著鋼鐵企業(yè)的發(fā)展煤氣的利用演變出很多方
式：變壓吸附法清潔能源的制取，建立與化工行業(yè)的
生態(tài)鏈，也可制成汽車用的清潔燃料等。目前，鋼
鐵企業(yè)基本上做到了煤氣資源化綜合利用 。鋼鐵
收稿日期：2013—06—19
作者簡介：韓曉威(1982一)，男，助理工程師，2009年畢業(yè)于河北理
工大學鋼鐵冶金專業(yè)，現(xiàn)在中鋼集團石家莊設計院煉鋼室從事工程
設計工作，E—mail：hanxiaowei8@126．com
68
企業(yè)內部煤氣都是作為燃料來使用的，用剩余的煤
氣進行發(fā)電。
國家在2004年出臺的鋼鐵產業(yè)發(fā)展政策中提
到，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)要努力做到電力自供，多余電量實
現(xiàn)外供?！爸毁I煤，不買電”，沒有增加焦化煤氣量，
也不建全燒煤火電機組，更不是僅用富余煤氣發(fā)電。
其真正意義是根據企業(yè)煤氣平衡，配置合理的發(fā)電
機組，降低放散煤氣量，提高發(fā)電效率。
3 煤氣發(fā)電方式簡述
3．1 煤氣緩沖與調解裝置
鋼鐵企業(yè)一般設置，例如煤氣柜等緩沖裝置或
調節(jié)用戶來保證單位時間內煤氣剩余量的動態(tài)平
衡。煤氣一燃煤混燒發(fā)電機組可作為鋼廠緩沖裝
置，煤氣量單位時間內的相對平衡，才能保證煤氣剛
性用戶CCPP發(fā)電機組的穩(wěn)定發(fā)電效率。
3．2 煤氣發(fā)電方式
鋼鐵企業(yè)主要有3種常用的發(fā)電方式：純燒煤
氣鍋爐一蒸汽輪機發(fā)電，摻燒煤氣燃煤鍋爐一蒸汽
河北冶金 2013年第10期
輪機發(fā)電，燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式(CCPP)。
發(fā)電機組的發(fā)電效率見表1，各種數(shù)據來源于主要
鋼鐵企業(yè)統(tǒng)計數(shù)據、火力發(fā)電設計手冊，以及其他相
關文獻。
表1 煤氣發(fā)電機組的發(fā)電煤耗與發(fā)電效率
Tab． 1 Coal consumption
and efficiency of gas power generator set
30％ ，系統(tǒng)龐大，維修困難。當煤氣低于設計值消耗
量的15％時，發(fā)電效率會急劇降低，而選用摻燒煤
氣燃煤鍋爐可以解決這一不足。燃煤鍋爐以煤為主
要燃料，煤氣可在0～30％ 范圍內波動，發(fā)電機組裝
機容量較大。煤氣的變化波動不會影響鍋爐的發(fā)電
效率，燃煤鍋爐可作為鋼鐵企業(yè)可靠的緩沖用戶。
CCPP發(fā)電機組是煤氣的剛性用戶，煤氣波動
會降低發(fā)電效率。但煤氣的熱效率和裝機容量高，
可以電、汽并供，再加上占地少和較短的建設周期，
可作為大型企業(yè)的首選。
4 典型鋼鐵制造流程模式
4．1 典型鋼鐵制造流程
典型鋼鐵制造流程是物質流與能量流相匹配與
協(xié)調的鋼鐵生產流程。對于不同產品結構，構建了
4種典型高爐一轉爐流程。四種典型流程發(fā)電所用
煤氣為各個工序消耗掉之后的全廠剩余煤氣，并且
剩余煤氣按全部消耗完計算。
4．2 4種流程發(fā)電模式
(1)4種流程的煤氣發(fā)電機組配置，根據煤氣產生
量減去各個工序消耗量之后的剩余量確定。煤氣產生
量參考值：焦爐煤氣450 m ／t焦，高爐煤氣1450 m ／t牲，
轉爐煤氣90 m。／t鋼，各個工序的煤氣消耗量參考唐
鋼2006年能源平衡表，計算結果見表2。
表2 4種典型鋼鐵制造流程煤氣平衡
Tab．2 Gas balance in four typical iron and steel production flows
萬m ／a
萬m ／a
分析表2中的剩余煤氣量：
① 通過理論計算，4種典型流程都有煤氣剩余
量。120萬t中厚板轉爐煤氣剩余量高達轉爐煤氣
總產出量25％ ，焦爐煤氣剩余量占焦爐煤氣總產出
量的近53．3％ ，其他3種流程也都在20％ 左右。
300萬t薄板坯連鑄連軋工藝高爐煤氣剩余量占高
爐總煤氣量約28．6％ 。550萬t常規(guī)熱軋薄板高爐
煤氣剩余量較少約1．5％ ，轉爐煤氣剩余量約
42．1％ 。
②120萬t中厚板所剩煤氣量較少，可以采用摻
燒煤氣燃煤鍋爐充分利用全廠剩余煤氣。
③CCPP發(fā)電機組煤氣配比皆為焦爐煤氣：高
爐煤氣=1：9，同時根據前面講到的發(fā)電方式基本選
擇原則，4種典型流程的發(fā)電機組裝機容量選擇及
組合方式見表3。
69
一用～
一 一 一 一 一 一 鋁 一一緩
一沖％
3 3 7 6 一
一 一 一 一 一 一 一一一某
纛
6 9 3 7 7 l 2 4 一j §
一
一
一 一 犍 ∞ 一 一 其
8 6=暑 6 3 9 一如 一 一 一 一一技一 遍-
一發(fā)較
2 2 2 2 2 一電普
m 渤 一 一 一 一 一一氣比
一燒使
o o 0 o o o 一煤用
， 如m 啪姍姍
一純棚
總第214期HEBEI YEJIN
注：煤氣折合成單位kgce后，計算CCPP發(fā)電機組所需煤氣量以及混燒比例
(2)4種典型鋼鐵制造流程主要由TRT、CDQ、 按94％計算，軋鋼成材率按97．5％計算。發(fā)電機組
燒結礦余熱發(fā)電、轉爐煤氣余熱發(fā)電、CCPP、煤氣一 年工作時間按7 000 h計算，發(fā)電效率參考表1。4
燃煤電站構成。TRT發(fā)電量按30 kW ·h／t犢，CDQ 種典型流程噸鋼電力消耗量，分別按統(tǒng)計平均值
按100 kW ·h／t焦，燒結余熱按15 kW ·h／t~v，轉 337．6 W ·h／t鋼、371．9 W ·h／t鋼、356．3 W ·h／t鋼、
爐煤氣余熱按10 kW ·h／t鋼計算，各工序所需物料 370．4 kW ·h／t銅計算，整理后的計算結果見表4。
量均由目標成品年產量反推計算而得，金屬收得率
表4 4種典型流程的年電力平衡 億kW ·h
Tab．4 Electrical power balance for year in four typical flows 億kW ·h
年耗 發(fā)電總量 發(fā)電總量一電
編號電量——
TR
—
T
— — — —
C
—
DQ——— — ———CC—電量 燒結余熱 轉爐煤氣顯熱 PP——— 煤氣=一_ 燃煤發(fā)電_ ——_總 計 力消耗
3．5
3．5
7
O
4種典型流程都涉及動力煤的外購，在此不做
更深討論。由表4可知，設計的4種典型流程發(fā)電
模式，鋼鐵企業(yè)剩余煤氣能夠充分利用；所發(fā)電量能
夠滿足企業(yè)自己內部消耗，流程Ⅳ 電力“剩余量”約
為年消耗量的3．6倍，流程Ⅲ“剩余量”約為年消耗
量的0．6倍；企業(yè)規(guī)模越大，煤氣發(fā)電項目匹配性
越好。
圖1 4種典型鋼鐵制造流程的自發(fā)電項目
Fig．1 Self electric power generation
project in four typical iron and steel production flows
4種典型流程的各種發(fā)電項目所占本流程發(fā)電
總量比例見圖l，分析如下：
① 前4種成熟發(fā)電項目TRT等占全廠發(fā)電比
例大都不足5％ ，無法滿足企業(yè)電力消耗，利用煤氣
70
發(fā)電能夠解決這一問題。
②典型流程CCPP發(fā)電量占總量20％左右。流
程I與流程Ⅱ的CCPP裝機容量與煤氣燃燒配比相
同，但燃煤鍋爐發(fā)電裝機容量分別為150 Mw 、300
Mw。流程Ⅱ的CCPP發(fā)電比例比流程I的低約
9．6％ ，流程Ⅱ燃煤鍋爐發(fā)電與流程I相比高約
9．8％ 。由此可見，CCPP裝機容量相對降低，其利用
煤氣比例相應降低，并且燃煤鍋爐發(fā)電效率與
CCPP相比較低(見表1)。燃煤鍋爐發(fā)電比例的提
高，最終導致能源轉化率降低，外購動力煤增加，企
業(yè)生產成本相對提高。
③ 流程Ⅱ與流程Ⅲ燃煤鍋爐發(fā)電裝機容量相同，
混燒比例相差不大(見表3)，CCPP裝機容量分別為
50 Mw 、100 Mw。CCPP發(fā)電比例流程Ⅲ比流程Ⅱ高
約8．3％ ，燃煤鍋爐發(fā)電比例流程Ⅲ 比流程Ⅱ低約
13．6％ 。由此可見，CCPP裝機容量的增加會提高其
發(fā)電比例，CCPP發(fā)電效率高會提高能源轉化率，最終
可減少外購動力煤，降低企業(yè)生產成本。
④流程Ⅳ 與流程Ⅲ燃煤鍋爐發(fā)電裝機容量相
同，但流程Ⅳ沒有CCPP發(fā)電，剩余煤氣利用全靠燃
煤鍋爐發(fā)電，占總自發(fā)電比90％ 以上。所以單用燃
6 l 7 3
1 3 5 1
0 0 0 O
2 2 5 6
3 6 1 2
O 0 l 0
7 2 9 3
6 9 6 5
O 0 1 O
8 2 9 8
4 9 6 3
0 O 1 O
" 踮
u 加
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
∞ 帥∞
河北冶金 2013年第1O期
煤鍋爐解決煤氣放散，不但煤氣能源轉化率低，而且
會增加企業(yè)運營成本。
5 結論
(1)鋼鐵企業(yè)產生的剩余煤氣完全能夠充分利
用。結合本企業(yè)的情況，利用剩余煤氣發(fā)電技術上
可行。
(2)剩余煤氣發(fā)電可以很好地解決鋼鐵企業(yè)的
煤氣放散。CCPP發(fā)電效率高，能源轉化率高。為
了減少廠區(qū)煤氣量波動的影響，與摻燒煤氣燃煤鍋
爐可以結合使用，在保證發(fā)電效率的前提下，可提高
整體的發(fā)電效率。
(3)以上對典型鋼鐵企業(yè)發(fā)電模式的理論分析
和計算，為企業(yè)決策者提供借鑒資料。具體企業(yè)應
根據實際情況，對發(fā)電模式合理優(yōu)化，以提高企業(yè)經
濟效益。
(4)鋼鐵企業(yè)“只買煤，不買電”，可降低對自然
資源的需求量，煤氣排放也隨之減少，改善了周圍環(huán)
境，使企業(yè)向生態(tài)化發(fā)展邁進。
6 建議
(上樓第57頁)
(3)軸向熱管換熱器由于必須將循環(huán)氣體與鍋
爐給水分隔，須做成分箱體形式，設備體積大，占地
面積大。
4．2 徑向熱管換熱器的優(yōu)點
(1)具有良好的等溫性。徑向熱管環(huán)隙內蒸汽
的飽和壓力取決于蒸汽的飽和溫度，外管表面溫度
基本相等。不凝性氣體對其影響較小，熱管傳熱性
能較好。
(2)能有效控制壁面溫度。由于循環(huán)氣體側的
面積遠遠大于鍋爐給水側的面積，所以能有效提高
熱管壁面溫度，防止循環(huán)氣體中硫化物對管壁的露
點腐蝕。
(3)設備易維護。由于水路的焊點都在循環(huán)氣
體箱體外側，出現(xiàn)泄漏，不必完全停止干熄焦生產即
可進行維修。
(4)熱管損壞對循環(huán)氣體系統(tǒng)影響小。徑向熱
管的外管出現(xiàn)磨穿和泄漏后，只會使少量的工質進
目前，隨著國家一些節(jié)能減排指標詳細規(guī)定的
出臺，很多鋼鐵企業(yè)已經開始用煤氣發(fā)電以減少排
放，石家莊設計院也承擔了很多鋼鐵企業(yè)發(fā)電項目。
但大多是企業(yè)行為，整體考慮難免有不足之處。
建議：
(1)國家有關部門建立、建全鋼鐵企業(yè)發(fā)電設
施建設相關規(guī)定，使其建設更規(guī)范化、制度化。
(2)國家應盡快制定鋼鐵企業(yè)發(fā)電并網相關政
策，以及并網準人制度，適當提高入網電價，鼓勵企
業(yè)自發(fā)電，實現(xiàn)電力外供。鋼鐵企業(yè)電力上網，其發(fā)
電項目的設計、建設從根本上才能更合理、更優(yōu)化，
企業(yè)的生態(tài)化發(fā)展才能更加和諧。
參考文獻
[1]胡長慶，韓曉威，張玉柱．二次能源利用與鋼鐵工業(yè)節(jié)能[N]．世
界金屬導報，2009—3—10(1O)．
[2]張春霞，齊淵洪，胡長慶，等．煉鐵系統(tǒng)二次能源利用與生態(tài)環(huán)境
保護——燒結與煉鐵的二次能源分析與污染物的排放[J]．全國
能源與熱工2004學術年會，2004：578—582．
[3]李淑敏，袁青．強化管理降低高爐煤氣放散率[J]．冶金能源，
2003．22(2)：5 6．
入循環(huán)氣體中，鍋爐給水不會進入循環(huán)氣體，與紅焦
反應產生可燃性氣體。
(5)設備體積小、布置緊湊。徑向熱管換熱器
省去了鍋爐給水集箱，設備體積小，布置緊湊。
5 應用效果
徑向熱管換熱器在宣鋼干熄焦系統(tǒng)中應用后，
能夠滿足工藝要求，正常生產時干熄爐入口循環(huán)氣
體溫度控制在規(guī)定溫度，日常生產中不需維護，投產
一年半后的年修中發(fā)現(xiàn)徑向熱管外表面沒有腐蝕現(xiàn)
象。徑向熱管換熱器的應用深化了熱管換熱技術在
干熄焦工藝中的發(fā)展，對干熄焦工藝的優(yōu)化和發(fā)展
具有積極意義。
參考文獻
[1]周緒祥．熱管換熱器在于熄焦系統(tǒng)中的應用[J]．燃料與化工，
2007，38(5)：45—25．
[2]蔣麗芬．熱管的發(fā)展及在工業(yè)生產中的應用[J]．化工技術與開
發(fā)。2003。32(5)：37．
71

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