吳俊國

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

眾所周知，鋼鐵企業(yè)的高爐會產(chǎn)生大量的高爐煤氣，一般對燃燒值相對較高的高爐煤氣進行回收，但對于燃燒值過低的那部分高爐煤氣，將會被點燃后放散。由于高爐煤氣燃燒值較低，無法提高設(shè)備的產(chǎn)能，甚至因不易燃燒，影響穩(wěn)定運行，通常的做法是將轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤進行混配，使其得到較高的燃燒值以滿足使用要求。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司采用轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤進行混配使用，使用中，高爐煤氣放散和損耗量與利用量的比率高達20%至25%。高爐煤氣的利用率明顯偏低。

公司通過對高爐煤氣利用率低的原因進行分析，制定了改進措施，通過增加混配天然氣，確保在正常生產(chǎn)的情況下百100%被回收。對兩管放散管路系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)了高爐煤氣的零排放。在鍋爐煙道增加余熱回收裝置，使熱能得到了充分利用。改造后，高爐煤氣利用率低的問題得到了解決。此做法對提高高爐煤氣利用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 高爐煤氣利用情況分析

1.1 煤氣生產(chǎn)與主要使用情況

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司主要有3座1 080 m3高爐，3座100 t轉(zhuǎn)爐，3套25 MW煤氣發(fā)電機組，一套65 MW煤氣發(fā)電機組以及其它使用煤氣的生產(chǎn)設(shè)備。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣通過煤氣回收系統(tǒng)被回收后，與高爐生產(chǎn)時產(chǎn)生的高爐煤氣相混合，主要為煤氣發(fā)電機組提供燃料用于發(fā)電。

1.2 存在問題

聯(lián)合特鋼煤氣發(fā)電機組鍋爐要求煤氣的燃燒值為750～1 200 kcal/Nm3。由于高爐在煉鐵過程中，受焦炭品質(zhì)、噴煤質(zhì)量與富氧多少等因素影響，高爐狀況是不斷變化的動態(tài)過程，高爐煤氣熱值不是恒定不變的，其變化范圍很大，有時低于750 kcal/Nm3，為滿足發(fā)電機組鍋爐對煤氣燃燒值的要求，對高爐煤氣只回收熱值較高的部分，而對于燃燒值過小部分進行點燃排放。另外，兩管放散管路系統(tǒng)采用的是調(diào)節(jié)閥控制，在不需要放散、需要關(guān)閉閥門的時候關(guān)不嚴(yán)，煤氣一直處于從閥門處泄漏狀態(tài)，造成不必要的浪費。高爐煤氣放散與使用情況如表1所示。

表1 高爐煤氣放散情況

從表1可以看出，高爐煤氣放散和損耗量與利用量的比率可達20.32%～25.67%，高爐煤氣利用率明顯偏低，浪費比較嚴(yán)重，過多的煤氣被放散掉，沒有被充分利用，既不經(jīng)濟，同時又污染環(huán)境。

2 改進措施

2.1 正常生產(chǎn)不放散，100%被回收

為提高高爐煤氣利用率，在滿足發(fā)電機組的鍋爐對燃氣燃燒值的要求，使其保持在750～1 200 kcal的前提下，增加混配高燃燒值燃氣的力度，在向高爐煤氣里混配轉(zhuǎn)爐煤氣的基礎(chǔ)上，當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣混配量不足時，增加了混配天然氣，確保高爐煤氣在正常生產(chǎn)的情況下滿足煤氣發(fā)電機組的高效率運行。同時，新建了65 MW雙超發(fā)電機組，增加了加熱爐，使煤氣整體用量增加，確保高爐煤氣100%被回收利用。

2.2 切斷泄漏點，避免不必要損耗

對高爐煤氣兩管放散管道進行改造，在原有兩管放散管道上增加快切閥，徹底解決了放散管路閥門關(guān)閉不嚴(yán)問題，避免不必要的泄漏。

2.3 對鍋爐煙道余熱進行回收

由于煤氣發(fā)電機組的鍋爐原設(shè)計是使用高爐煤氣，如果使用高爐煤氣，熱值較低，鍋爐的煙氣排放溫度符合設(shè)計。而鍋爐使用混合煤氣后，因混合煤氣的燃燒值比單一高爐煤氣的燃燒值要高，鍋爐的煙氣排放溫度也相應(yīng)有所提高，實際溫度一般為150℃，高爐煤氣排煙酸露點溫度一般在100℃左右。因此，實施對鍋爐煙道煙氣余熱進行回收利用，可以最大限度地利用煤氣的熱能。

3 改造方案及效果

3.1 改造方案

3.1.1 煤氣混配工藝及設(shè)施

轉(zhuǎn)爐煤氣壓力2.7 kPa左右，高爐煤氣13 kPa左右，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過增壓后混配到高爐煤氣管道里，混配后管網(wǎng)的壓力為10.6～11.6 kPa，在混配管道上有燃氣熱值儀，對混配的煤氣進行動態(tài)檢測，在轉(zhuǎn)爐煤氣量較少的區(qū)間，再混配天然氣，保證混配燃氣的熱值符合發(fā)電機組鍋爐的使用要求。

3.1.2 兩管放散管道泄漏改造

兩管放散是高爐煤氣系統(tǒng)的安全設(shè)施，根據(jù)高爐煤氣系統(tǒng)需要，經(jīng)過對各種閥門開啟時間的比對，確定采用在調(diào)節(jié)閥的后面加裝快切閥方案。

3.1.3 鍋爐煙氣余熱回收

在鼓風(fēng)機風(fēng)道與煙囪之間安裝鍋爐煙氣余熱回收相變換熱器進行煙氣余熱回收，這種布局不會影響鍋爐、鍋爐省煤器、鼓風(fēng)機等位置的溫度，即不會對鍋爐、鍋爐省煤器、鼓風(fēng)機等位置的設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。鍋爐煙氣余熱回收安裝位置如圖1所示。

圖1 鍋爐煙氣余熱回收安裝位置示意圖

3.1.3.1 煤氣發(fā)電機組用鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)工作原理

煤氣發(fā)電機組用鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖見圖2。

鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中的相變換熱器溫度控制設(shè)計選擇105℃以上，這是根據(jù)煙氣酸露點估算值設(shè)置的，在實際運行時，最低壁溫控制值應(yīng)按照實際運行中煙氣酸露點做相應(yīng)調(diào)整，通過改變自控儀表的設(shè)定值來實現(xiàn)改變相變換熱器的最低壁溫，保證相變換熱器、煙道等受熱面在安全（不結(jié)露）的前提下工作，保證設(shè)備安全經(jīng)濟運行。壁溫設(shè)定值要求高于煙氣酸露點值5～10℃。

圖2 鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖

隨著鍋爐負荷以及煤氣燃燒值的變化，極有可能造成排煙溫度的變化，為了保證受熱面有足夠的壁溫，可以通過旁通自控閥自動調(diào)節(jié)水量，實現(xiàn)對壁溫和排煙溫度的調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)鍋爐負荷和燃燒溫度的變化。

3.1.3.2 煤氣發(fā)電機組用鍋爐煙氣余熱回收熱量計算

（1）鍋爐煙氣余熱可回收熱量計算

式中，C為比熱容，kJ/（kg.℃）[1]；δq為熱量，kJ；d為煙氣質(zhì)量，kg/h；T為換熱器前、后排溫度差，℃。

式中，Q0為理想回收熱量，kJ/（kg.℃）；Vg為煙氣流量，Nm3/h；ρg為煙氣密度，kg.m-3[2]。

式中，Q為單位時間回收的熱量，kJ/（kg.℃）；Cp為鍋爐煙氣比熱容，kJ/（kg.℃）[1]-[2]；Φ為換熱器保熱系數(shù)，取 0.95。

經(jīng)過現(xiàn)場檢測，鍋爐煙氣中：O2約含 3.80%，H2O約含 9.20%，CO2約含 86%。

（2）鍋爐煙氣余熱可回收熱量等效標(biāo)煤計算

式中，Gc為等效標(biāo)煤，t；h為鍋爐年運行時間，h；κ 為熱量單位換算系數(shù)[2]。

3.2 實際效果

煤氣發(fā)電自投產(chǎn)運行以來，利用煤氣發(fā)電，生產(chǎn)了數(shù)量可觀的電能。以2018年為例，煤氣發(fā)電全年消耗煤氣2 765 627 497 m3、發(fā)電量為974 179 500 kWh、外送電量1 109 223 099 kWh。煤氣發(fā)電利用煤氣與發(fā)電量詳細情況見表2。

表2 煤氣發(fā)電利用煤氣發(fā)電量

從表2可以看出，經(jīng)過改造后，公司經(jīng)濟效益顯著，一年發(fā)電效益大約6 322萬元。另外，鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)每年回收熱量7 173 kW，等效標(biāo)煤4 950 t。

通過高爐煤氣系統(tǒng)改造和鍋爐煙氣余熱回收改造后，高爐煤氣實現(xiàn)了零排放，取得了顯著的社會效益和較好的經(jīng)濟收益，達到了節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高煤氣利用率的目的。

4 結(jié)論

事實證明，由于調(diào)整了高爐煤氣混配工藝，實現(xiàn)了高爐煤氣零排放，在減少了因高爐煤氣放散而對空氣造成的污染的同時，又獲得了較好的經(jīng)濟效益。由于鍋爐煙氣余熱回收，使煤氣的熱能得到了全面有效的利用，企業(yè)潛力得到了進一步的挖潛，公司運行成本大幅降低，企業(yè)效益大幅提升，同時對環(huán)境保護做出了貢獻。高爐煤氣利用率改造的成功，對今后提高高爐煤氣利用有一定的指導(dǎo)意義，發(fā)電經(jīng)濟必將成為企業(yè)穩(wěn)定的效益點。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司動力廠以節(jié)能減排為工作重點，努力推進實現(xiàn)污染零排放，深度挖潛提高能源綜合利用率，努力實現(xiàn)環(huán)境保護的社會效益與企業(yè)經(jīng)濟效益雙豐收。