陳國忠，葛 紅

（1. 秦皇島市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心，河北 秦皇島 066000；2. 首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066300）

首秦公司熱電系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

陳國忠1，葛 紅2

（1. 秦皇島市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心，河北 秦皇島 066000；2. 首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 066300）

根據(jù)首秦公司熱電系統(tǒng)存在高爐煤氣發(fā)散、自發(fā)電率不高、余熱資源利用不高等問題，借鑒國內(nèi)先進(jìn)鋼鐵企業(yè)余熱利用成功經(jīng)驗，并結(jié)合自身實際，采取高爐煤氣綜合利用發(fā)電、燒結(jié)余熱發(fā)電和高爐沖渣水余熱供暖等低溫低壓余熱資源利用節(jié)能措施，提升二次能源的高效利用水平，實現(xiàn)節(jié)能降本，體現(xiàn)社會責(zé)任。

高爐煤氣發(fā)電；余熱發(fā)電；節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

1 首秦公司熱電系統(tǒng)運行現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 蒸汽系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

首秦公司低壓蒸汽發(fā)生源為1臺10 t/h燃?xì)忮仩t、75 t/h鍋爐減溫減壓、軋鋼2臺汽化冷卻系統(tǒng)、煉鋼3臺汽化冷卻系統(tǒng)、燒結(jié)雙壓余熱鍋爐。具體見表1。

從表1可看出，廠區(qū)余熱蒸汽回收發(fā)生源主要包括轉(zhuǎn)爐汽化冷卻和加熱爐余熱鍋爐兩部分，共計產(chǎn)汽量49 t/h，軋鋼加熱爐余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于滿足廠區(qū)生產(chǎn)生活用汽；轉(zhuǎn)爐汽化冷卻系統(tǒng)目前余熱蒸汽產(chǎn)量約為80 kg/t鋼，產(chǎn)生蒸汽主要經(jīng)過RH蒸汽過熱爐過熱后滿足RH爐冶煉用汽，剩余蒸汽補(bǔ)充進(jìn)廠區(qū)管網(wǎng)用于滿足廠區(qū)生產(chǎn)生活用汽。兩臺10 t/h鍋爐，75 t/h鍋爐減溫減壓和燒結(jié)余鍋低壓作為廠區(qū)采暖期補(bǔ)充用汽，共計產(chǎn)汽量35 t/h。采暖期，廠區(qū)低壓蒸汽使用量共計84～100 t/h，產(chǎn)耗不平衡造成管網(wǎng)壓力低，特殊情況下通過控制用戶達(dá)到管網(wǎng)穩(wěn)定。非采暖期，廠區(qū)低壓蒸汽使用量共計39～45 t/h，而余熱蒸汽回收量為49 t/h，存在超壓放散現(xiàn)象，尤其燒結(jié)余熱發(fā)電項目實施前放散現(xiàn)象更嚴(yán)重。

表1 首秦公司低壓蒸汽發(fā)生源及產(chǎn)量匯總

1.2 熱電系統(tǒng)運行存在的問題

1.2.1 發(fā)電系統(tǒng)煤氣放散，自發(fā)電率不高

35 MW汽輪發(fā)電機(jī)組和燒結(jié)余熱發(fā)電項目實施前，首秦公司高爐煤氣放散率在9%以上，動態(tài)煤氣富裕6～9萬Nm3/h，前期由于考慮3 500 mm項目，這部分二次能源一直沒有得到利用，造成煤氣的大量浪費。首秦公司原有1套15 MW熱電機(jī)組，2套壓差發(fā)電共16.4 MW，總裝機(jī)容量31.4 MW。

2008—2013年首秦公司發(fā)電量如圖1所示，首秦公司年總發(fā)電量均在2億kWh以下，自發(fā)電率15.3%，自發(fā)電率低，外購能源依存度高。所以首秦公司急需調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)化用能機(jī)制，充分利用放散煤氣，提高自發(fā)電率，降低外購電量，降低外購能源成本。

圖1 2008—2013年首秦公司年發(fā)電量

1.2.2 余熱系統(tǒng)的余熱資源利用率較低

鋼鐵企業(yè)擁有大量的余熱資源，而國內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)受工藝、地理位置等因素影響，余熱資源利用率較低。首秦公司余熱資源豐富，但未得到充分利用，一直在探索低溫低壓余熱資源的利用，變廢為寶。如高爐沖渣水余熱回收利用[1]以及燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱資源回收利用。2011—2013年通過對濟(jì)鋼、通鋼、宣鋼等鋼廠進(jìn)行考察，學(xué)習(xí)其先進(jìn)的同時，結(jié)合首秦公司特有的工藝方式和地理位置，實施了高爐沖渣水余熱利用和燒結(jié)余熱利用等項目。

2 首秦公司熱電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)實施

2.1 高爐煤氣綜合利用發(fā)電，降低放散，提升發(fā)電量

目前各鋼鐵企業(yè)對高爐煤氣的綜合利用較為重視，除在冶金工藝的各工段，如熱風(fēng)爐、預(yù)熱爐、燒結(jié)機(jī)、加熱爐中消耗外，余下的均需要利用鍋爐對能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換利用[2]。首秦公司原有75 t/h中壓鍋爐，配套15 MW發(fā)電機(jī)組，機(jī)組汽耗率達(dá)4.8 kg/kWh，高爐煤氣消耗7.5萬m3/h，但還有約6～9萬Nm3/h高爐煤氣可以利用。由于無焦?fàn)t煤氣，而轉(zhuǎn)爐煤氣有限，在借鑒了國內(nèi)其他鋼鐵企業(yè)高爐煤氣發(fā)電經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，首秦公司結(jié)合自身特點，根據(jù)高爐煤氣鍋爐設(shè)計要點[3]，選用高溫、高壓130 t/h純燒高爐煤氣鍋爐，配套建設(shè)35 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。

首秦公司35 MW發(fā)電機(jī)組項目是充分利用二次能源，回收放散高爐煤氣及限收的轉(zhuǎn)爐煤氣資源，優(yōu)化廠區(qū)能源結(jié)構(gòu)，減少外購電力，有效降低生產(chǎn)成本的節(jié)能減排新建項目，總投資1.3億元，由首鋼院設(shè)計。項目自2012年12月18日啟動，2013年3月28日開工建設(shè)，2013年11月10日正式并網(wǎng)發(fā)電。主體設(shè)備包括130 t/h高溫高壓燃?xì)忮仩t1臺，35 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組1套。年發(fā)電量將達(dá)到2.4億kWh以上。實現(xiàn)高爐煤氣基本零放散，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益8 000萬元以上，每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤8.04萬t，首秦公司自發(fā)電率將由15.3%提升到40%左右。目前35 MW發(fā)電機(jī)組運行穩(wěn)定，各項能效性能參數(shù)達(dá)標(biāo)，小時平均負(fù)荷達(dá)3.5萬kWh，爐機(jī)匹配合理，汽耗率3.7 kg/kWh，機(jī)組效率達(dá)到了設(shè)計要求。自2013年11月10日至2014年4月底，已累計發(fā)電1.2億kWh。2014年發(fā)電量達(dá)2.4億kWh。

2.2 應(yīng)用余熱利用技術(shù)，拓展余熱資源利用途徑

2.2.1 實施燒結(jié)余熱發(fā)電

隨著國內(nèi)燒結(jié)機(jī)面積的不斷擴(kuò)大，燒結(jié)礦生產(chǎn)效率越來越高，其在冷卻過程中產(chǎn)生的廢氣所攜帶的熱量已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注[4]。燒結(jié)余熱發(fā)電是首秦公司推進(jìn)節(jié)能減排的一個重點項目。該項目充分利用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)冷卻用風(fēng)與礦料換熱后產(chǎn)生的廢氣，利用首秦公司2臺150 m2環(huán)冷機(jī)前段產(chǎn)生的較高溫度的廢氣，配置1臺40t/h雙壓余熱鍋爐和1套7 MW補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，通過雙壓余熱鍋爐產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電；同時采用了經(jīng)過行業(yè)實踐的節(jié)能降耗方法[5]——熱風(fēng)循環(huán)冷卻和熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，能夠有效提高整體余熱利用水平，保證進(jìn)鍋爐廢氣溫度，并在一定程度上對燒結(jié)礦質(zhì)量提升起到促進(jìn)作用。該項目于2012年7月25日正式啟動，2013年7月12日正式投運。項目投產(chǎn)后，燒結(jié)余熱蒸汽回收水平由原25 kg/t提高到100 kg/t以上，達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可達(dá)到6.7 MW滿負(fù)荷運行，對外供電約5.5 MW，噸礦發(fā)電量16 kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1 400萬元以上，年節(jié)約標(biāo)煤量可達(dá)到1.45萬t。至2014年4月底，已累計發(fā)電2 647萬kWh。目前燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組運行穩(wěn)定，全年預(yù)計發(fā)電量4 000萬kWh。

2.2.2 利用高爐沖渣水余熱外供社區(qū)采暖

針對高爐熔渣溫度1 400℃左右，比熱1.3 kJ/kg·℃，國內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)采用水渣模式，故高爐渣的顯熱主要以高爐沖渣水及蒸汽表現(xiàn)出來，高爐沖渣水擁有巨大的余熱資源，是節(jié)能降耗的重點內(nèi)容[6]。首秦公司現(xiàn)有2座高爐，1#高爐1 250 m3，2#高爐1 780 m3，1#高爐日產(chǎn)渣量為1 000 t，2#高爐日產(chǎn)渣量為1 400 t，沖渣水量總共為3 200～3 600 t/h，沖渣水溫度約為70～85℃。在未對高爐沖渣水進(jìn)行余熱利用以前，高爐沖渣水通過沖渣溝進(jìn)入到?jīng)_渣水池，再由沖渣水泵循環(huán)用于沖渣。根據(jù)高爐沖渣工藝要求，沖渣水溫在45～55℃時對工藝和渣質(zhì)最好，由于首秦公司高爐沖渣水無強(qiáng)制循環(huán)冷卻過程，僅靠自然工藝進(jìn)行降溫，沖渣水溫高達(dá)70℃，不僅產(chǎn)生大量閃蒸蒸汽，同時不利于高爐渣的生產(chǎn)，對渣質(zhì)也有一定影響。大量的熱量被白白浪費，既造成了能源的浪費，又對環(huán)境造成了熱污染。國內(nèi)同行業(yè)中，宣鋼充分利用8#1 350 m3高爐沖渣水余熱資源，總供熱面積達(dá)30萬m2，沖渣水得到充分降溫，降低了生產(chǎn)成本和采暖成本。替代了部分采暖鍋爐，節(jié)能環(huán)保效果明顯。

借鑒國內(nèi)先進(jìn)的沖渣水余熱利用成功實踐，根據(jù)首秦公司實際生產(chǎn)情況，針對高爐沖渣水具有腐蝕性、雜質(zhì)易堵等問題，采用高爐沖渣水專用換熱器，供應(yīng)附近樓盤采暖。2013年11月5日至2014年4月5日對首秦公司周邊小區(qū)20萬m2小區(qū)供暖，供熱出水溫度45～50℃，回水溫度40℃以上，達(dá)到了國家供暖標(biāo)準(zhǔn)。同時，停用了2臺7 MW的燃煤熱水鍋爐，年節(jié)約燃煤6 000～7 000 t。附近居民反應(yīng)供暖良好，居住環(huán)境得到了很大改善，居民舒適感提高，提升了首秦公司在當(dāng)?shù)氐牧己眯蜗蟆?014年新增供熱面積10余萬m2。

3 總結(jié)

首秦公司新增35 MW汽輪發(fā)電機(jī)組項目以及燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組項目投運后，廠區(qū)發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到73.4 MW，年自發(fā)電量達(dá)到4.8億kWh左右，自發(fā)電率提升到40%左右，煤氣實現(xiàn)零放散，在無焦化工序的現(xiàn)狀下，達(dá)到國內(nèi)較高水平。優(yōu)化控制廠區(qū)蒸汽熱力，充分利用余熱資源，加強(qiáng)與周邊環(huán)境的融合，節(jié)能減排，改善生存環(huán)境，建立節(jié)能環(huán)保型企業(yè)。首秦公司在全面優(yōu)化用能機(jī)制的基礎(chǔ)上，繼續(xù)實施余熱余壓資源利用，改變用能方式，降低噸鋼綜合能耗，提高產(chǎn)品的綜合競爭力。

[1]華建社，樊建利.我國高爐渣余熱回收技術(shù)進(jìn)展[J].鋼鐵研究，2008，36（4）：51-54.

[2]焦志武，王小平.淺談220 t/h高溫高壓高爐煤氣鍋爐的設(shè)計[J].能源與環(huán)境，2006，6（3）：62-63.

[3]趙劍云，杜斌.淺談高爐煤氣鍋爐設(shè)計要點[J].余熱鍋爐，2003（2）：1-6，29.

[4]張瑞堂，傅國水，李真明，等.濟(jì)鋼320 m2燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電投產(chǎn)實踐[J].燒結(jié)球團(tuán)，2007，32（5）：47-50.

[5]楊哲，萬繼成，屈凡碧，等.濟(jì)鋼320 m2燒結(jié)機(jī)節(jié)能降耗實踐[J].甘肅冶金，2011，33（6）：105-106，108.

[6]劉紅斌，楊冬云，楊衛(wèi)東.宣鋼利用高爐沖渣水余熱采暖的實踐[J].能源與環(huán)境，2010（3）：45-47.

（編輯：程 俊）

The Optimization of Heating Electricity System and Application of Energy Saving in SQS

Chen Guozhong1,Ge Hong2
（1.Qinhuangdao Energy-saving Monitoring Center,Qinhuangdao Hebei 066000,China；2．Qinhuangdao Shouqin Metal Materials CO.， LTD，Qinhuangdao Hebei 066300,China）

Blast-furnace gas emission,less self-generating,and unused waste heating existed in Shouqin Company.According to this,the successful experiences of waste heat utilization in advanced steel enterprises were adopted with Shouqin's practice，such as using blast furnace gas to generate electricity,exploring the waste heating during sinter cooling to generate electricity and collecting waste heating of the water for cooling blast furnace slag， which helped to improve the utilization level of secondary energy,cut the energy cost and reflect the enterprise's social responsibility.

blast-furnace gas for generating electricity；waste heating for generating electricity；energy-saving technology utilization

X706

A

1008-813X（2015）04-0066-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.04.18

2015-06-25

陳國忠（1966-），男，遼寧興城人，畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)自動控制系流體控制專業(yè)，高級工程師，主要從事節(jié)能環(huán)保方面的工作。