半長流程鋼鐵企業電力自給可行性的探討

湯海軍

（陽春新鋼鐵有限責任公司設備工程部，廣東陽江 529600）

引言

鋼鐵企業利用主體工序生產過程中產生的二次能源發電，即利用余熱、余壓、富余煤氣發電，實現用電自給的循環經濟，在鋼鐵行業已有多年的討論和實踐。有煉焦、煉鐵、煉鋼、軋鋼、相對配套的全長流程鋼鐵企業，利用二次能源發電，國內已有少數企業實現了生產用電自給［1］、或自給有余。而在沒有煉焦工序的半長流程鋼鐵企業能否實現，還在探索之中。

利用二次能源發電，在余熱方面，有燒結礦余熱、轉爐煙道余熱、軋鋼加熱爐的余熱回收發電。在余壓方面，有高爐頂壓能量回收的TRT 發電。在富余煤氣方面，有鍋爐直接燃燒煤氣生產蒸汽后的常規發電、燃氣—蒸汽聯合循環發電（CCPP）。

隨著雙碳目標確定，鋼鐵行業出現壓電限產形勢，鋼鐵企業利用二次能源發電，自給有余的工作，將有重要的戰略意義。以陽春新鋼鐵的以往實際發電情況及相關數據推算，探討二次能源發電自給的可行性。

1 陽春新鋼鐵概況

陽春新鋼鐵2009 年開始分一、二期建設240 萬t 線棒材生產基地，擁有2×180 m2燒結機、2×1250 m3高爐、2×120 t轉爐、2條棒材及1條高線軋材生產裝備。因陽春新鋼鐵沒有焦爐工序，故定義其為“半長流程鋼鐵企業”。

2010年全面投產，2011年鋼鐵產量達到設計產能，2016 年開始在原有產能的基礎上，不斷提升產量。摘取2015、2016、2018、2020 年的鋼、鐵、材、燒的產量如表1。

表1 2005～2020年產量統計表 單位：萬t

從表1 中可以看出，2015 年的燒結礦、鐵水、鋼坯、軋材產量與設計產能相對接近、且均衡，鐵大于鋼、鋼大于材；2016 年產量大于產能、相對均衡，鋼、鐵、材產量提升8%左右；而2018、2020年則不同了，鋼大于鐵、材大于鐵，原因是廢鋼用量增加較多。

配套余熱能量回收，建設了1套9 MW燒結余熱發電機組，于2012 年投產；建設了1 套6.5 MW 煉鋼余熱發電機組，于2015 年投產；軋鋼加熱爐暫為水冷方式，沒有回收利用余熱資源。

配套余壓能量回收，建設了2套8 MW的TRT發電機組，與高爐同步投產并運行。

配套富余煤氣能量回收，建設了3 套25 MW 燃用煤氣鍋爐中溫中壓汽輪發電機組，于2014年全部建成投產。隨著各工序節能工作的開展，優化能源使用方式，進一步減少各工序的煤氣消耗，富余更多煤氣，3 臺25 MW（發電機30 MW）發電機組長年處于較高負荷、甚至超25 MW 負荷運行，且有較少時段出現煤氣放散現象。

2015、2016、2018、2020 年的發電、用電、購電、轉供電情況，見表2 所列。表中的自用電量是新鋼鐵各主體工序的用量，包括料場、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼能源、鋼渣處理及廠區各種施工制作等廠區內的用電。轉供協作單位用電，包括制氧廠（梅賽爾公司）、高爐水渣處理（眾鑫環保公司）、各維修單位在廠區周邊的生產生活用電。

表2 2005～2020年能源消耗數據

2 分析提高發電量的潛力與空間

2.1 分析各種發電量的權重及潛力

將表2 發電量數據進行分析，各項發電量占總發電量比例如表3。

表3 自發電占比統計 %

從發電量占比來說，煤氣的發電量占總發電量比例超過75%，TRT 及余熱發電總計不足25%。在確保TRT 及余熱發電穩定正常的情況下，應重點考慮煤氣發電潛力的挖掘工作。

煤氣發電的3套25 MW機組為中溫中壓蒸汽參數，相對高參數蒸汽發電機組，其發電效率低、自耗電率高，系統配置齊備并正常運行的機組效率為25%左右，而在陽春新鋼鐵的中溫中壓機組建設中，所有汽輪機均未配置抽汽回熱系統，整個機組實際運行的發電效率低于同類機組，為22.8%左右，自耗電率在9%以上。

按照目前的火力發電裝備水平，高爐、轉爐煤氣用于燃氣—蒸汽聯合循環發電（CCPP）［2］，效率可達45%以上，自耗電可低至4%；或用于亞臨界超高溫、蒸汽再熱發電，其發電效率水平可達41.8%以上，自耗電可控制5%以下。

前者CCPP 煤氣發電機組，主要為進口設備，單位kW 容量的造價約5 000 元。后者直接由鍋爐燃燒煤氣產生蒸汽、由汽輪機發電的亞臨界超高溫蒸汽再熱機組，單位kW 容量的造價在2 500 元左右，其發電效率雖低于CCPP 機組，但還有41.8%以上、最高可達44%。后者發電方式的效率稍低，但在投資和運行維護方面，具有明顯的低成本優勢。

2.2 測算亞臨界機組發電情況下的電量

新鋼鐵根據以上投資情況，考慮采用亞臨界超高溫蒸汽再熱參數發電的電機組，經升級改造、替代中溫中壓機組，煤氣發電量的增加情況如表4。

表4 數據顯示，用亞臨界機組升級改造3 套中溫中壓煤氣發電機組，其發電量與供電量凈增有4.5 億kWh 以上，說明亞臨界機組的發電量、供電量增加的空間很大，凈增發電量與凈增供電量相近，說明亞臨界機組運行的自耗電總量與中溫中壓機組相近。

表4 各機組煤氣發電量增加情況 單位：萬kWh

2.3 測算亞臨界機組發電后的電力供給情

以供電量凈增減外購電，即為亞臨界機組發電后的供給電情況，如表5。

表5 各機組正常發電后的負荷情況 單位：萬kWh

表5 計算的結果顯示，包括轉供電情況下，2015、2016、2020年是電力自給有余，只有2018年電力不能自給，需要外購電量6 769.19 萬kWh。不包括轉供電情況下，所有年份都有多余電力。最少年份為2018 年，多余電力20 022.73 萬kWh；最多年份為2020 年，有33 666.18 萬kWh 電力需要轉供和上網。

此外，選擇合適大容量的發電機組，讓煤氣無放散；同時，進一步優化全工序用煤氣，還可富余更多煤氣。加上以上舊機組自耗電實際高于9%、新機組發電效率設計可高于41.8%、自耗電可低于5%，全廠節電還有工作可做等因素，發電量可能更大，用電量可以更少。電力自給有余的情況，完全可能優于表5中的數據。

3 結論

在陽春新鋼鐵這種無煉焦工序的企業，當煤氣發電達到較高發電效率后，能實現二次能源發電基本自給、甚至自給有余的情況說明，半長流程鋼鐵企業可以實現用電自給或自給有余。

為此，陽春新鋼鐵在2016 年針對“新建1 套150 MW 亞臨界超高溫蒸汽參數的煤氣鍋爐發電機組”，替代原3 套25 MW 機組，進行了可行性研究設計。2016年完成了可研報告，2017年上報政府相關部門，并補充進入了廣東省十三五能源規劃，在國家能源局備案，2019 年5 月該項目獲得廣東省批準后，開始啟動建設工作。設計了機組發電效率為42.06%、自耗電率為4.88%、最大發電負荷為165 MW、最高發電效率點在155 MW，預計2022 年上半年投產。