文_韓漢平 施璐 朱能闖 唐美瓊 中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司

鋼鐵生產(chǎn)過程中伴生有大量的富余煤氣資源，隨著鋼鐵企業(yè)不斷向規(guī)模化方向發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)能的上升直接帶動鋼鐵生產(chǎn)過程中的富余煤氣資源的不斷增加，此部分富余煤氣資源的高效回收利用對鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗及提質(zhì)增效具有重要的意義。

鋼鐵企業(yè)煤氣熱值較低，可供選擇的煤氣回收利用方式不多。將低熱值煤氣作為煤氣鍋爐燃料，在鍋爐內(nèi)燃燒釋放出熱量并產(chǎn)生蒸汽，再推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電的煤氣發(fā)電技術(shù)，是鋼鐵企業(yè)煤氣資源綜合利用的主要思路。煤氣發(fā)電技術(shù)有效回收了鋼鐵企業(yè)富余煤氣資源，為企業(yè)節(jié)能增效提供了較好的途徑。

1 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

由于受鋼鐵企業(yè)煤氣熱值、富余煤氣量及企業(yè)電力調(diào)度靈活性的限制，鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電機組裝機規(guī)模一般不會很大，以中小型規(guī)模機組為主。根據(jù)傳統(tǒng)發(fā)電機組裝機規(guī)模與發(fā)電參數(shù)、發(fā)電效率的匹配關(guān)系，亞臨界等高參數(shù)高效發(fā)電技術(shù)主要應(yīng)用于大型發(fā)電機組，鋼鐵企業(yè)中小型煤氣發(fā)電機組以往主要采用中溫中壓、高溫高壓等參數(shù)，機組參數(shù)及發(fā)電效率并不是很高。

隨著企業(yè)節(jié)能減排以及提質(zhì)增效要求的不斷提高，煤氣發(fā)電技術(shù)不斷向高參數(shù)化、高效化方向發(fā)展，并創(chuàng)新性地將以往僅應(yīng)用于大型發(fā)電機組的高參數(shù)高效發(fā)電技術(shù)進一步小型化。通過不斷的升級換代，煤氣發(fā)電技術(shù)已經(jīng)從早期的第一代中溫中壓參數(shù)逐步發(fā)展至第四代超高溫亞臨界中間再熱參數(shù)，極大地提高了鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電機組的整體效率。

表1為鋼廠煤氣發(fā)電技術(shù)的四個發(fā)展階段及主要技術(shù)參數(shù)，從表1 可以看出，隨著技術(shù)的發(fā)展，煤氣發(fā)電機組的主機參數(shù)越來越高，全廠熱效率越來越高，目前第四代超高溫亞臨界中間再熱技術(shù)的熱效率已經(jīng)高達40.5%，單位發(fā)電標準煤耗僅為307gce/kWh，節(jié)能降耗效益顯著。

表1 鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電技術(shù)的發(fā)展階段及技術(shù)參數(shù)

第四代超高溫亞臨界中間再熱技術(shù)發(fā)電效率，相對于傳統(tǒng)第二代高溫高壓技術(shù)已經(jīng)提升了約30.5%，若將高溫高壓煤氣發(fā)電機組升級更換為更高參數(shù)的超高溫亞臨界中間再熱機組，煤氣利用的效率將顯著提高，企業(yè)提質(zhì)增效的經(jīng)濟效益十分可觀。

表2為鋼鐵企業(yè)典型的60MW高溫高壓機組與80MW超高溫亞臨界機組參數(shù)的比較，從表2可以看出在同等煤氣耗量條件下（煤氣量為219000Nm3/h，滿足60MW 高溫高壓機組100%負荷運行），超高溫亞臨界中間再熱機組比高溫高壓機組每年多發(fā)電1.464 億kWh，經(jīng)濟效益較好。

表2 典型60MW高溫高壓機組與80MW超高溫亞臨界中間再熱機組對比

2 高效煤氣發(fā)電技術(shù)的原理分析

2.1 高參數(shù)小型化

高參數(shù)小型化煤氣發(fā)電技術(shù)之所以高效的原因主要可以歸結(jié)于兩點：提高蒸汽參數(shù)和增加中間再熱。在極限壓力范圍內(nèi)，保持初溫和背壓一定，隨著蒸汽壓力升高，盡管主蒸汽初始焓值（h0）有所降低，但是汽輪機組的整個理想比焓降有所升高，因此機組的循環(huán)熱效率升高。當主蒸汽初壓大于極限壓力時，隨著主蒸汽初壓升高，整個汽輪機組的理想比焓降有所降低，循環(huán)熱效率反而有所降低，但是實際工程中，主蒸汽的壓力均小于極限壓力，因此在實際工程應(yīng)用中保持t0和Pc不變時，提高蒸汽初壓有利于提高機組循環(huán)熱效率。在提高初壓的同時再提高初溫，可增加循環(huán)的高溫加熱段，使循環(huán)溫差增大，熱效率進一步提升。

超高溫亞臨界機組發(fā)電效率高的另一個原因就是增加了中間再熱。對于不帶中間再熱的煤氣發(fā)電機組，蒸汽在汽輪機中做完功后便直接進入冷凝器中冷凝，蒸汽中的大部分熱量將會以汽化潛熱的形式損失；當增加一次中間再熱后，再熱蒸汽從汽機高壓缸排汽引出，被重新送至鍋爐加熱至初始溫度，降低了蒸汽的排汽濕度，使得濕汽損失減小，從而提高了汽輪機組的循環(huán)熱效率。

2.2 鍋爐煙氣余熱回收及煤氣預(yù)熱

對于以高爐煤氣燃料為主的煤氣鍋爐來說，主要熱損失是排煙熱損失，而決定鍋爐排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，所以提高鍋爐熱效率的主要途徑是降低鍋爐的排煙溫度。

為進一步降低煙氣溫度，提高鍋爐效率，高效煤氣發(fā)電機組采用煙氣—煤氣換熱器吸收煙氣余熱，通過煙氣余熱來預(yù)熱煤氣，有效降低排煙溫度，減少排煙損失；同時低熱值煤氣在吸收煙氣余熱后，煤氣溫度將上升，較高溫度的煤氣再送入鍋爐爐膛燃燒，有利于低熱值煤氣的燃燒穩(wěn)定性。

3 應(yīng)用前景分析

高參數(shù)小型化高效煤氣發(fā)電技術(shù)是鋼鐵企業(yè)煤氣利用的主要方式，特別適合于鋼鐵企業(yè)中小型煤氣發(fā)電機組，目前部分鋼鐵企業(yè)已有成功應(yīng)用，為企業(yè)提供了較好的電力供應(yīng)。以一座800 萬t 典型規(guī)模鋼廠為例，其煤氣富余量及煤氣發(fā)電機組裝機規(guī)模對應(yīng)關(guān)系如表3。

表3 典型800萬t鋼鐵產(chǎn)能對應(yīng)高效煤氣發(fā)電機組裝機規(guī)模

目前由中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司承建的100MW 超高溫亞臨界煤氣發(fā)電機組，已在中國河北遷安市九江線材有限公司成功投產(chǎn)應(yīng)用，全廠熱效率達到了40.5%，取得了預(yù)期的效果。

鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的潛力亦具有較大的提升空間，與鋼鐵主體工藝配套的高效煤氣發(fā)電項目亦具有較為廣闊的市場應(yīng)用空間。

4 結(jié)語

高參數(shù)小型化高效煤氣發(fā)電技術(shù)是鋼鐵企業(yè)富余煤氣回收利用的有效途徑，相比傳統(tǒng)高溫高壓煤氣發(fā)電技術(shù)，高參數(shù)的超高溫亞臨界中間再熱煤氣發(fā)電技術(shù)的效率相對可提升約30%，效率優(yōu)勢明顯。隨著鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排工作的不斷發(fā)展，以超高溫亞臨界中間再熱煤氣發(fā)電技術(shù)為代表的高效煤氣發(fā)電技術(shù)將在鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排及煤氣利用領(lǐng)域具有較好的發(fā)展空間。