張海榮
（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司）
摘要：針對某鋼鐵企業(yè)富余放散的高爐煤氣及轉(zhuǎn)爐煤氣，響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，建設(shè)一座1×35MW+40MW高溫超高壓余熱電站，以有效回收利用企業(yè)富余煤氣。文中從高爐煤氣及轉(zhuǎn)爐煤氣利用方案、主要設(shè)備參數(shù)、工藝系統(tǒng)、主廠房布置等多方面進(jìn)行了論述，詳細(xì)介紹了煤氣發(fā)電技術(shù)在該鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用情況。煤氣發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用既顯著降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，還達(dá)到了節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的，對于鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排具有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)電；高溫超高壓；余熱回收；節(jié)能減排
近年來，國家對工業(yè)企業(yè)實(shí)施了一系列節(jié)能減排的強(qiáng)制措施，國內(nèi)各個鋼鐵企業(yè)生存壓力巨大；另一方面，在目前鋼鐵企業(yè)產(chǎn)能過剩、整個行情蕭條之際，成本的高低成為一個企業(yè)生存的命脈，各個鋼鐵企業(yè)開始探求多方面降低成本的措施。
1 高溫超高壓煤氣發(fā)電技術(shù)
鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢煙氣、廢氣（汽）、廢液、廢渣，這些都是重要的二次能源,可以再次被利用。煤氣發(fā)電技術(shù)可以充分利用富余的煤氣發(fā)電使其變廢為寶，化害為利，既獲得了經(jīng)濟(jì)效益，又減少煤氣放散造成的環(huán)境污染，符合國家節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策。
煤氣發(fā)電技術(shù)主要是通過燃?xì)忮仩t燃燒廠區(qū)富余的煤氣產(chǎn)生蒸汽，通過對蒸汽參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化，將蒸汽供入蒸汽輪機(jī)發(fā)電。目前，高溫超高壓煤氣發(fā)電是一種效率高、技術(shù)成熟的鋼廠余能利用方式，通過進(jìn)一步提高蒸汽初參數(shù)和增加一次中間再熱，盡可能提高機(jī)組的熱效率。
2 企業(yè)富余能源情況及利用方案
以某鋼鐵企業(yè)為例，該企業(yè)生產(chǎn)過程中存在大量的煤氣放散現(xiàn)象，既嚴(yán)重污染環(huán)境，又造成大量能源浪費(fèi)。富余煤氣資源情況見表1。
根據(jù)煤氣平衡計算，折合可利用富余高爐煤氣資源約11×104Nm3/h，合8. 8億Nm3/a。
為了充分回收利用企業(yè)富余的高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣，該企業(yè)增加了煤氣鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組。結(jié)合企業(yè)實(shí)際電負(fù)荷分配情況，并考慮企業(yè)將來煤氣富余增多的情況，該工程采用13 0 t / h高溫超高壓再熱燃煤氣鍋爐及1×3 5MW+ 4 0MW凝汽式高溫超高壓汽輪發(fā)電機(jī)組，電站實(shí)際發(fā)電量為3 4MW，裝機(jī)方案見圖1。按年利用7200h計算，機(jī)組年發(fā)電量可達(dá)2. 4 48×108kWh，年外供電量2.27×108kWh。
3 主要設(shè)備參數(shù)
（1）該工程鍋爐采用130t/h高溫超高壓一次再熱燃煤氣鍋爐，主要設(shè)計參數(shù)見表2。
（2）該工程汽輪發(fā)電機(jī)組采用35MW高溫超高壓、一次再熱、凝汽式汽輪機(jī)配QF-40-2型40WM發(fā)電機(jī)，機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)如表3、表4。
4 工藝系統(tǒng)
4.1 煤氣系統(tǒng)
煤氣系統(tǒng)分高爐煤氣輸、配送系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)加壓機(jī)加壓后在高爐煤氣總管道上配送進(jìn)入高爐煤氣管母管，混合煤氣由總母管送至鍋爐尾部，通過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4根分支總管，分別配送給8個燃燒噴嘴，供入爐膛燃燒。煤氣總母管設(shè)有煤氣專用液動式眼鏡閥、電動硬密封蝶閥和電動快速切斷閥，以保證鍋爐在檢修或事故時煤氣的完全隔斷和快速隔離，另外管道閥門后設(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)有電動硬密封蝶閥和電動快速切斷閥；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 煙風(fēng)系統(tǒng)
燃燒用氣采用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣。鍋爐點(diǎn)火采用液化天然氣，自動點(diǎn)火；煤氣燃燒器四角切圓布置，共計8臺，兩層布置。煤氣燃燒所用的助燃風(fēng)由鍋爐尾部的2臺送風(fēng)機(jī)供給，助燃風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后由燃燒器噴入鍋爐助燃，鍋爐爐膛內(nèi)燃燒生成的煙氣經(jīng)過熱器、再熱器、省煤器、空預(yù)器及煤氣加熱器換熱冷卻后由引風(fēng)機(jī)送入高鋼筋混凝土煙囪，排入大氣。
4.3 熱力系統(tǒng)
熱力系統(tǒng)包括蒸汽輸送、給水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、疏放水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等等。
(1)主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)
主蒸汽系統(tǒng)采用分段單母管制。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由過熱器出口集箱接至主蒸汽母管，再由母管送至汽輪機(jī)主汽閥，再接至汽輪機(jī)做功。再熱冷段蒸汽管道從汽輪機(jī)高壓缸排汽口引出，接至鍋爐再熱蒸汽入口聯(lián)箱。再熱熱段蒸汽管道從鍋爐再熱器出口聯(lián)箱接出，接至汽輪機(jī)中壓缸做功。機(jī)組采用二級串聯(lián)簡化旁路系統(tǒng)，旁路的功能考慮在冷、熱態(tài)等工況下機(jī)組啟動和正常停機(jī)。
(2)給水系統(tǒng)
給水管道系統(tǒng)設(shè)三根給水母管，即給水泵入口側(cè)的低壓給水母管、給水泵出口側(cè)的高壓給水冷母管和高壓加熱器后的給水熱母管。給水系統(tǒng)母管均采用分段母管制，給水由除氧器引至低壓給水母管，再由母管分別引至電動給水泵，給水自電動給水泵出口依次經(jīng)過高壓給水冷母管、高壓加熱器、高壓給水熱母管和給水操作臺，最后接至鍋爐省煤器入口。
(3)凝結(jié)水系統(tǒng)
凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)兩臺凝結(jié)水泵，一用一備。主凝結(jié)水從冷凝器引出后經(jīng)過凝結(jié)水泵、汽封加熱器、低壓加熱器進(jìn)入除氧器，除氧后的水進(jìn)入鍋爐給水管網(wǎng)。凝結(jié)水采用分段母管制。主凝結(jié)水管道上設(shè)流量調(diào)節(jié)閥，閥前設(shè)凝結(jié)水再循環(huán)管，返回冷凝器熱井。
(4)抽汽系統(tǒng)
汽輪機(jī)設(shè)6級抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)。汽輪機(jī)的一、二段非調(diào)整抽汽為高加用汽；三段非調(diào)整回?zé)岢槠麨槌跗饔闷凰?、五、六段非調(diào)整回?zé)岢槠麨榈图佑闷?。抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)包括汽封加熱器、低壓加熱器、熱力除氧器、高壓加熱器。
(5)疏放水系統(tǒng)及排污系統(tǒng)
汽輪機(jī)本體設(shè)一臺疏水膨脹箱，疏水收集到本體疏水膨脹箱后接入冷凝器；高壓加熱器疏水接至除氧器，緊急放水接至定排；低壓加熱器疏水接回冷凝器；汽封加熱器疏水接至低位水箱。主廠房疏放水系統(tǒng)收集鍋爐、汽輪機(jī)、汽水管路啟動、運(yùn)行、事故、停機(jī)、停爐過程中產(chǎn)生的大量疏放水，收集的疏放水進(jìn)入疏水?dāng)U容器（擴(kuò)容的二次蒸汽接入除氧器汽平衡母管，疏水進(jìn)入疏水箱）或疏水箱，經(jīng)疏水泵送到除氧器。該項(xiàng)目排污系統(tǒng)設(shè)置1臺連續(xù)排污擴(kuò)容器和1臺定期排污擴(kuò)容器。
(6)冷卻水系統(tǒng)
給水泵油站冷卻、發(fā)電機(jī)空冷器、汽輪機(jī)冷油器、風(fēng)機(jī)冷油器等設(shè)備采用閉式循環(huán)水冷卻，配置兩臺循環(huán)水泵，一運(yùn)一備，設(shè)置一臺機(jī)力通風(fēng)冷卻塔。循環(huán)水泵站送出冷卻水，經(jīng)過用戶點(diǎn)換熱升溫后的冷卻水回到冷卻塔，經(jīng)過冷卻塔降溫后回到循環(huán)水池，再通過循環(huán)水泵送出，循環(huán)不斷。
5 主廠房布置
主廠房為封閉式，抗震防烈度為8度。主廠房工藝布置流暢合理，技術(shù)先進(jìn)成熟，鍋爐緊身密閉，汽輪機(jī)房雙層布置，標(biāo)高±0.00層和+8m層，運(yùn)行層標(biāo)高8m，爐控室設(shè)在主廠房南側(cè)副跨，這樣布置即方便操作控制又使得爐前較為寬敞明亮，便于檢修通行，引風(fēng)機(jī)棚設(shè)在爐后，緊鄰主廠房，煙道距離短，場地利用率高，占地面積小。
6 小結(jié)
某鋼鐵企業(yè)采用高溫超高壓煤氣發(fā)電技術(shù)后，每年可回收利用煤氣8 . 8 億N m3 ，年發(fā)電量為2 .4 48×108kWh，年外供電量2 . 27×108kWh。該工程充分消納了廠區(qū)剩余煤氣，消納廠區(qū)剩余煤氣，降低了生產(chǎn)成本、環(huán)境污染也得到了改善，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，對鋼鐵企業(yè)今后的節(jié)能挖潛、技術(shù)改造提供了一條新途徑。
參考文獻(xiàn)
[1] 蔡九菊, 王建軍, 陳春霞, 等. 鋼鐵企業(yè)余熱資源的回收與利用[J].鋼鐵,2007, 42(6): 1-7.
[2] 王紹文, 楊景玲, 趙銳銳, 等. 冶金工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)指南[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008: 42-56.
[3] 李金亮. 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電方式的選型探討[J]. 河南冶金,2014,(4):23-24.