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淺談鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電生產(chǎn)模式

文檔作者：韓曉威楊曉彩文檔來源： 1．中鋼集團(tuán)石家莊設(shè)計(jì)院 2．河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(chǎn)模式
韓曉威 ，楊曉彩
(1．中鋼集團(tuán)石家莊設(shè)計(jì)院，河北石家莊050021；2．河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊
050091)
摘要：隨著企業(yè)冶金科學(xué)技術(shù)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(chǎn)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(jìn)行了研究，提出了發(fā)電機(jī)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(guān)鍵詞：鋼鐵企業(yè)；煤氣；發(fā)電；生產(chǎn)模式；轉(zhuǎn)變
中圖分類號：TF053 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn) 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(chǎn)產(chǎn)生的副產(chǎn)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(zhuǎn)爐煤氣? 。隨著軋鋼生產(chǎn)技術(shù)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(shù)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(shí)現(xiàn)鋼廠功能轉(zhuǎn)變提供了技術(shù)支持。
2 “只買煤，不買電”的內(nèi)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(xué)鋼鐵冶金專業(yè)，現(xiàn)在中鋼集團(tuán)石家莊設(shè)計(jì)院煉鋼室從事工程
設(shè)計(jì)工作，E—mail：hanxiaowei8@126．com
68
企業(yè)內(nèi)部煤氣都是作為燃料來使用的，用剩余的煤
氣進(jìn)行發(fā)電。
國家在2004年出臺的鋼鐵產(chǎn)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(shí)
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(jī)組，更不是僅用富余煤氣發(fā)電。
其真正意義是根據(jù)企業(yè)煤氣平衡，配置合理的發(fā)電
機(jī)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(diào)解裝置
鋼鐵企業(yè)一般設(shè)置，例如煤氣柜等緩沖裝置或
調(diào)節(jié)用戶來保證單位時(shí)間內(nèi)煤氣剩余量的動態(tài)平
衡。煤氣一燃煤混燒發(fā)電機(jī)組可作為鋼廠緩沖裝
置，煤氣量單位時(shí)間內(nèi)的相對平衡，才能保證煤氣剛
性用戶CCPP發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)發(fā)電，燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電方式(CCPP)。
發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率見表1，各種數(shù)據(jù)來源于主要
鋼鐵企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、火力發(fā)電設(shè)計(jì)手冊，以及其他相
關(guān)文獻(xiàn)。
表1 煤氣發(fā)電機(jī)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(dāng)煤氣低于設(shè)計(jì)值消耗
量的15％時(shí)，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(nèi)波動，發(fā)電機(jī)組裝
機(jī)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(jī)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(jī)容量高，
可以電、汽并供，再加上占地少和較短的建設(shè)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(zhì)流與能量流相匹配與
協(xié)調(diào)的鋼鐵生產(chǎn)流程。對于不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了
4種典型高爐一轉(zhuǎn)爐流程。四種典型流程發(fā)電所用
煤氣為各個(gè)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(jì)算。
4．2 4種流程發(fā)電模式
(1)4種流程的煤氣發(fā)電機(jī)組配置，根據(jù)煤氣產(chǎn)生
量減去各個(gè)工序消耗量之后的剩余量確定。煤氣產(chǎn)生
量參考值：焦?fàn)t煤氣450 m ／t焦，高爐煤氣1450 m ／t牲，
轉(zhuǎn)爐煤氣90 m。／t鋼，各個(gè)工序的煤氣消耗量參考唐
鋼2006年能源平衡表，計(jì)算結(jié)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(jì)算，4種典型流程都有煤氣剩余
量。120萬t中厚板轉(zhuǎn)爐煤氣剩余量高達(dá)轉(zhuǎn)爐煤氣
總產(chǎn)出量25％ ，焦?fàn)t煤氣剩余量占焦?fàn)t煤氣總產(chǎn)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(zhuǎn)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(jī)組煤氣配比皆為焦?fàn)t煤氣：高
爐煤氣=1：9，同時(shí)根據(jù)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(jī)組裝機(jī)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(jì)算CCPP發(fā)電機(jī)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(jì)算，軋鋼成材率按97．5％計(jì)算。發(fā)電機(jī)組
燒結(jié)礦余熱發(fā)電、轉(zhuǎn)爐煤氣余熱發(fā)電、CCPP、煤氣一 年工作時(shí)間按7 000 h計(jì)算，發(fā)電效率參考表1。4
燃煤電站構(gòu)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(jì)平均值
按100 kW ·h／t焦，燒結(jié)余熱按15 kW ·h／t~v，轉(zhuǎn) 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(jì)算，各工序所需物料 370．4 kW ·h／t銅計(jì)算，整理后的計(jì)算結(jié)果見表4。
量均由目標(biāo)成品年產(chǎn)量反推計(jì)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(jié)余熱 轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱 PP——— 煤氣=一_ 燃煤發(fā)電_ ——_總 計(jì) 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(shè)計(jì)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(nèi)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(xiàng)目匹配性
越好。
圖1 4種典型鋼鐵制造流程的自發(fā)電項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(jī)容量與煤氣燃燒配比相
同，但燃煤鍋爐發(fā)電裝機(jī)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(jī)容量相對降低，其利用
煤氣比例相應(yīng)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(dǎo)致能源轉(zhuǎn)化率降低，外購動力煤增加，企
業(yè)生產(chǎn)成本相對提高。
③ 流程Ⅱ與流程Ⅲ燃煤鍋爐發(fā)電裝機(jī)容量相同，
混燒比例相差不大(見表3)，CCPP裝機(jī)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(jī)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(zhuǎn)化率，最終
可減少外購動力煤，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
④流程Ⅳ 與流程Ⅲ燃煤鍋爐發(fā)電裝機(jī)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(zhuǎn)化率低，而且
會增加企業(yè)運(yùn)營成本。
5 結(jié)論
(1)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的剩余煤氣完全能夠充分利
用。結(jié)合本企業(yè)的情況，利用剩余煤氣發(fā)電技術(shù)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(zhuǎn)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(jié)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(jì)算，為企業(yè)決策者提供借鑒資料。具體企業(yè)應(yīng)
根據(jù)實(shí)際情況，對發(fā)電模式合理優(yōu)化，以提高企業(yè)經(jīng)
濟(jì)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(jìn)。
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(shè)備體積大，占地
面積大。
4．2 徑向熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)
(1)具有良好的等溫性。徑向熱管環(huán)隙內(nèi)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(cè)的
面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍋爐給水側(cè)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(diǎn)腐蝕。
(3)設(shè)備易維護(hù)。由于水路的焊點(diǎn)都在循環(huán)氣
體箱體外側(cè)，出現(xiàn)泄漏，不必完全停止干熄焦生產(chǎn)即
可進(jìn)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(zhì)進(jìn)
目前，隨著國家一些節(jié)能減排指標(biāo)詳細(xì)規(guī)定的
出臺，很多鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開始用煤氣發(fā)電以減少排
放，石家莊設(shè)計(jì)院也承擔(dān)了很多鋼鐵企業(yè)發(fā)電項(xiàng)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(guān)部門建立、建全鋼鐵企業(yè)發(fā)電設(shè)
施建設(shè)相關(guān)規(guī)定，使其建設(shè)更規(guī)范化、制度化。
(2)國家應(yīng)盡快制定鋼鐵企業(yè)發(fā)電并網(wǎng)相關(guān)政
策，以及并網(wǎng)準(zhǔn)人制度，適當(dāng)提高入網(wǎng)電價(jià)，鼓勵(lì)企
業(yè)自發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力外供。鋼鐵企業(yè)電力上網(wǎng)，其發(fā)
電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)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。
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界金屬導(dǎo)報(bào)，2009—3—10(1O)．
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保護(hù)——燒結(jié)與煉鐵的二次能源分析與污染物的排放[J]．全國
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[3]李淑敏，袁青．強(qiáng)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(jìn)入循環(huán)氣體，與紅焦
反應(yīng)產(chǎn)生可燃性氣體。
(5)設(shè)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(shè)備體積小，布置緊湊。
5 應(yīng)用效果
徑向熱管換熱器在宣鋼干熄焦系統(tǒng)中應(yīng)用后，
能夠滿足工藝要求，正常生產(chǎn)時(shí)干熄爐入口循環(huán)氣
體溫度控制在規(guī)定溫度，日常生產(chǎn)中不需維護(hù)，投產(chǎn)
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(yīng)用深化了熱管換熱技術(shù)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(xiàn)
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發(fā)。2003。32(5)：37．
71

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