高爐煤氣發(fā)電節(jié)能技術(shù)在某鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用實(shí)例

馬賽 趙建波 孫彥強(qiáng)

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京 100029）

節(jié)能減排是鋼鐵工業(yè)發(fā)展過(guò)程中面臨的重大戰(zhàn)略性任務(wù)。“十二五”期間，鋼鐵工業(yè)面臨節(jié)能減排任務(wù)更加艱巨，法律法規(guī)要求更加嚴(yán)格，鋼鐵生產(chǎn)的環(huán)保成本將進(jìn)一步加大，鋼鐵生產(chǎn)低碳化趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。如何挖掘節(jié)能潛力、降低能耗和產(chǎn)品成本、取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，已成為各鋼鐵企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

為此，某鋼鐵企業(yè)把節(jié)能減排作為調(diào)整優(yōu)化結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展方式的突破口，大力采用節(jié)能減排先進(jìn)工藝技術(shù)和節(jié)能措施，提出建設(shè)本工程，用以降低噸鋼成本，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力，使企業(yè)的發(fā)展建立在節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上，真正實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

1 高爐煤氣發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介

鋼鐵企業(yè)在高爐煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生較多的高爐煤氣，高爐煤氣由于品質(zhì)較低在企業(yè)中往往被直接放散，造成了余熱資源的大量的浪費(fèi)。高爐煤氣發(fā)電技術(shù)主要是通過(guò)燃煤氣鍋爐燃燒高爐煤氣產(chǎn)生蒸汽，通過(guò)對(duì)蒸汽參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化，利用蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。此項(xiàng)技術(shù)不但有效利用了高爐煤氣余熱，避免了能源浪費(fèi)，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益，且在此過(guò)程中不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其他有害氣體，是節(jié)能環(huán)保新技術(shù)。

2 高爐煤氣資源現(xiàn)狀及利用方案

目前，某鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣，主要情況如表1。

表1 高爐煤氣平衡表

根據(jù)該企業(yè)高爐煤氣平衡表，高爐煤氣剩余15.78×104Nm3/h。本工程通過(guò)配備一套150t/h中溫中壓燃煤氣鍋爐及一套30MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，利用該企業(yè)剩余高爐煤氣進(jìn)行發(fā)電，裝機(jī)方案見圖1。

圖1 裝機(jī)方案

本方案降低了企業(yè)生產(chǎn)成本、使企業(yè)環(huán)境也得到了改善，屬節(jié)能減排項(xiàng)目，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。工程建成后年發(fā)電量為2.6762×108kW·h，年供電量 2.4889×108kW·h，小時(shí)外供電量為2.96298×104kW·h。

3 主要設(shè)備參數(shù)簡(jiǎn)介

3.1 本工程鍋爐采用江西江聯(lián)能源環(huán)保股份有限公司生產(chǎn)的燃煤氣鍋爐，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

表2 燃煤氣鍋爐主要技術(shù)數(shù)據(jù)

3.2 本工程采用南京汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的30MW凝汽式汽輪機(jī)及配套發(fā)電機(jī)，主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表3，表4。

表3 凝汽式汽輪機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

表4 發(fā)電機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

4 工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)介

4.1 煤氣系統(tǒng)

煤氣系統(tǒng)分高爐煤氣輸、配送系統(tǒng)。

高爐煤氣由總母管送至本工程鍋爐尾部，通過(guò)兩條分支母管輸送到鍋爐爐膛兩側(cè)，再由設(shè)在鍋爐四角的四根分支總管，分別配送到8個(gè)燃燒噴嘴，進(jìn)入爐膛燃燒。

高爐煤氣系統(tǒng)在鍋爐供氣總母管與廠外輸氣總母管連接處設(shè)有煤氣專用液動(dòng)式眼鏡閥、電動(dòng)硬密封蝶閥和電動(dòng)快速切斷閥，以保證鍋爐在檢修或事故時(shí)煤氣的完全隔斷和快速隔離，另外該管道在閥門后設(shè)有手孔、放散管、氮?dú)獯祾呓涌诠芗傲髁垦b置；在分支總管上設(shè)有電動(dòng)硬密封蝶閥和電動(dòng)快速切斷閥；在進(jìn)燃燒器前的配送管上設(shè)調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)蝶閥，以調(diào)整煤氣給量；在分支總管、分支母管最高點(diǎn)處設(shè)放散管和取樣管；在鍋爐兩側(cè)分支母管最低點(diǎn)處設(shè)凝水管，將收集的煤氣凝水分別引至高爐煤氣凝水缸。

4.2 燃燒系統(tǒng)

燃燒設(shè)備由旋流式高爐煤氣燃燒器及高爐煤氣鍋爐爐內(nèi)蓄熱穩(wěn)燃裝置組成。

高爐煤氣燃燒器呈正四角布置，與爐膛下部高爐煤氣鍋爐爐內(nèi)蓄熱穩(wěn)燃裝置相配合，形成切圓燃燒，保證了全燒高爐煤氣完全燃燒所需的溫度場(chǎng)及燃燒工況，燃燒器分二層布置，上層燃燒器的切圓方向與下層的反向，以破壞燃燒火焰的旋向，減小爐膛出口的溫度偏差，保證過(guò)熱器受熱面壁溫均勻。用高爐煤氣點(diǎn)火，下層燃燒器裝均有高爐煤氣點(diǎn)火噴管。下層燃燒器附近（兩側(cè)水冷壁上）裝設(shè)有手動(dòng)點(diǎn)火孔，燃燒器附近（兩側(cè)水冷壁上）裝設(shè)有觀火孔。

高爐煤氣燃燒器內(nèi)的煤氣側(cè)和空氣側(cè)均裝有旋流葉片，且在燃燒器出口裝設(shè)有燃燒器穩(wěn)焰器，使煤氣和空氣旋轉(zhuǎn)噴出，在裝在前部的穩(wěn)焰器內(nèi)強(qiáng)烈混合而燃燒。

在爐膛的下部（燃燒區(qū)域）設(shè)計(jì)有高爐煤氣鍋爐爐內(nèi)蓄熱穩(wěn)燃裝置，其結(jié)構(gòu)為圓塔形，由高強(qiáng)、高熱震穩(wěn)定性耐火異型磚砌筑而成，在點(diǎn)火初期，其要吸收混合氣體產(chǎn)生的熱量，溫度升高，使燃燒器區(qū)域形成一高溫溫度場(chǎng)，這溫度場(chǎng)強(qiáng)烈地加熱了高爐煤氣混合氣，使之燃燒速度很快，燃盡時(shí)間短，火焰長(zhǎng)度短；火焰與穩(wěn)燃器相切，穩(wěn)燃器的熱量進(jìn)一步加熱未燃盡的混合氣，使之燃燒得更徹底、干凈。

4.3 鍋爐熱力系統(tǒng)

鍋爐熱力系統(tǒng)包括鍋爐給水、除氧、排污、疏水、蒸汽輸送等系統(tǒng)。

鍋爐給水包括補(bǔ)充除鹽水及凝結(jié)水，除鹽水由除鹽水站泵入鍋爐房中間水箱，然后送至鍋爐的除氧器除氧。凝結(jié)水系統(tǒng)采用單元制，主凝潔水經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵、主抽汽器、加熱器進(jìn)入除氧器。經(jīng)除氧后的水進(jìn)入鍋爐給水管網(wǎng)，管網(wǎng)采用單母管制，給水泵選用兩臺(tái)，一用一備，正常情況下給水經(jīng)過(guò)加熱至104℃后送往鍋爐。發(fā)電機(jī)組初次起動(dòng)及高加事故時(shí)給水通過(guò)旁路送至鍋爐，鍋爐給水采用自動(dòng)控制，總管上采用三沖量控制，進(jìn)入混合集箱及進(jìn)入面式減溫器，用單沖量過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)。

鍋爐排污包括連續(xù)排污和定期排污，連排為連續(xù)不斷將汽包中水面附近含鹽濃度高的水排出，使鍋爐爐水的堿度、溶解固形物濃度符合鍋爐爐水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本工程鍋爐設(shè)連排母管，引至連排擴(kuò)容器，經(jīng)二次蒸發(fā)，所產(chǎn)生的閃蒸蒸汽進(jìn)入除氧器加熱除鹽水。定排是定期從鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)中最低點(diǎn)排放爐水中的懸浮物，水渣及其它沉積物。本工程鍋爐兩側(cè)設(shè)排污管，然后進(jìn)入各自母管，送入定期擴(kuò)容器，經(jīng)排污冷卻后排入地溝。

鍋爐疏水主要收集發(fā)電機(jī)組內(nèi)蒸汽管及分汽缸等設(shè)置的汽凝水，鍋爐兩則設(shè)疏水管，經(jīng)疏水總管進(jìn)入疏水?dāng)U容器，分離出的汽凝水送至除氧器作為鍋爐給水回用。

鍋爐主蒸汽管采用單母管管制，主蒸汽由鍋爐集汽集箱電動(dòng)閥引出，經(jīng)蒸汽母管送至汽輪機(jī)。

4.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工藝流程為：經(jīng)冷卻塔冷卻后的水通過(guò)收集水盤自流至循環(huán)水泵吸水池，經(jīng)循環(huán)水泵升壓后通過(guò)壓力管道送至凝汽器、輔機(jī)冷卻器，水?dāng)y帶熱量后再通過(guò)壓力管道送至冷卻塔冷卻，此后進(jìn)行下一次循環(huán)。

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)采用帶有機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)供水方案，不但能夠節(jié)約用地，還可減少用水量。

4.5 油系統(tǒng)

本工程使用的供油流程，由油箱、主油泵、啟動(dòng)油泵、潤(rùn)滑油泵、事故油泵、注油器、冷油器、濾油器、減壓閥等共同組成。主油泵與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子直聯(lián)，由注油器供油；起動(dòng)油泵為交流高壓電動(dòng)油泵，用于機(jī)組起動(dòng)時(shí)的供油，機(jī)組起動(dòng)后，當(dāng)主油泵出口油壓大于起動(dòng)油泵油壓出口時(shí)，交流高壓電動(dòng)油泵可自動(dòng)關(guān)閉或人工關(guān)閉。潤(rùn)滑油泵為交流低壓電動(dòng)油泵，用于機(jī)組盤車時(shí)的供油。事故油泵為直流低壓電動(dòng)油泵，用于交流電源斷電時(shí)，主油泵、交流高壓油泵、交流低壓油泵均無(wú)法工作時(shí)的潤(rùn)滑油供油。

潤(rùn)滑油系統(tǒng)由有兩臺(tái)冷油器、濾油器、潤(rùn)滑油壓調(diào)節(jié)閥共同組成。汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)由啟動(dòng)油泵進(jìn)行供油；汽輪機(jī)正常運(yùn)行后，潤(rùn)滑油系統(tǒng)由主油泵進(jìn)行供油；汽輪機(jī)盤車時(shí)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)由潤(rùn)滑油泵供油；汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中交流電源斷電時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)事故油泵，潤(rùn)滑油系統(tǒng)由事故油泵進(jìn)行供油。

5 主廠房布置介紹

主廠房為封閉式，抗震設(shè)防烈度為7度。

1×30MW余熱電站布置為：主廠房為二列式布置，由北向南依次布置汽機(jī)房即AB跨、電氣綜合控制間BC跨。電氣主控室、熱工控制室集中布置在主廠房7m運(yùn)轉(zhuǎn)層BC跨。

汽機(jī)間運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高7m，汽輪發(fā)電機(jī)組采用縱向布置，內(nèi)設(shè)Q=32/5t橋式起重機(jī)一臺(tái)，軌頂標(biāo)高19.1m，屋架下弦標(biāo)高22m，屋頂部設(shè)有自然通風(fēng)機(jī)和采光板，用以滿足通風(fēng)采光要求。

電氣綜合控制間0m層布置高低壓配電室，7m運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)為電氣、儀表集中控制室。

6 結(jié)語(yǔ)

某鋼鐵企業(yè)高爐煤氣發(fā)電工程主要利用企業(yè)剩余高爐煤氣資源，通過(guò)合理配置進(jìn)行發(fā)電，有效節(jié)約了能源。整個(gè)工程投資造價(jià)較低，工程回收期較短，是短平快的項(xiàng)目，可使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，可有效降低鋼鐵企業(yè)用電所產(chǎn)生的高額費(fèi)用。同時(shí)高爐煤氣發(fā)電工程又屬于環(huán)保型項(xiàng)目，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，可為企業(yè)創(chuàng)造良好的環(huán)境效益。總之，某鋼鐵企業(yè)高爐煤氣發(fā)電工程對(duì)于鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排具有一定的借鑒意義。