钢铁联合企业燃气系统边际效益回收最大化的探索与实践

孙 凯，陈廷页，苏叶飞，霍雨佳

（首钢京唐公司能源与环境部，河北唐山063200）

钢铁联合企业燃气系统边际效益回收最大化的探索与实践

孙 凯，陈廷页，苏叶飞，霍雨佳

（首钢京唐公司能源与环境部，河北唐山063200）

可燃气是钢铁联合企业中重要的能源介质之一。某年产钢坯970万t沿海钢铁厂，发挥管理理念和设备优势，利用双气柜并网运行、高炉例修热电同步减烧高炉煤气降低放散、焦炉煤气制氢外销、煤气冷凝水用于炼钢闷渣等方法，实现燃气系统的“减量化、资源化、再利用”的运行模式，逐步实现边际效益回收的最大化。

钢铁联合企业；燃气系统；边际效益；最大化

1 引言

大型钢铁联合企业能源总成本占公司总成本的25%～35%，能源与环境管理系统融合了钢铁企业先进的管理思想和节能技术，集成了钢铁企业先进的设备控制技术和调度手段，集中体现了对企业“能源流”的管控和约束。

钢铁企业对燃气的使用贯穿始终。一般钢铁企业通过过剩供应、调节放散来满足工艺稳定的用气需求，缓冲能力不够，损失较大；对燃气调配还停留在保安、保稳的层面，不能充分发挥高品位燃气的优势；对燃气伴生品“资源化”、燃气副产品的高利用率成为钢铁联合企业降本增效的追求目标。

2 某钢铁联合企业燃气系统现状

2.1 燃气品质情况

高炉煤气：高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO、C02、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分别占15%、55%，热值为3500 kJ/m3左右。

焦炉煤气：是炼焦产品的副产品。主要作燃料和化工原料。焦炉煤气主要由氢气和甲烷构成，分别占56%和27%，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其他烃类；其低发热值为18250 kJ/m3。

转炉煤气：转炉煤气是转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。转炉煤气含一氧化碳60%～80%，二氧化碳15%～20%，以及氮、氢和微量氧；其低发热值为7536 kJ/m3。

2.2 该厂现建有2座30万m3高炉煤气柜，1座15万m3焦炉煤气柜，3座8万m3转炉煤气柜，在保证管网压力及各用户的安全稳定运行的同时,主要作为缓冲器起到移峰填谷的作用。

2.3 由于各种煤气发生以及用户用量的不均匀性，尤其是高炉煤气系统，以高炉煤气柜为缓冲载体，高炉煤气双气柜并网运行，在发挥稳压功效的同时，缓冲能力达到44万m3/h。以自备电站、130 t锅炉、启动锅炉、热轧混合站、合成转气混合站作为主要调控手段，放散塔作为事故放散，以保证系统的安全，优先使用焦炉煤气，其次为转炉煤气，最后是高炉煤气，保证公司燃气系统的整体平衡的同时，追求各种煤气的零放散。

3 燃气系统边际效益回收最大化的探索与实践

3.1 高炉煤气双气柜并网运行，保证同升同降

高炉煤气双气柜并网运行，即2座30万m3高气柜同时并网运行，同时参与高气管网的调节，可以充分发挥高气柜的缓冲及调节作用。以运行极限来说，高气柜正常运行范围为8～22万m3，极限运行范围为4～26万m3，在双柜并网的条件下，气柜的最大吞吐量为44万m3，高炉煤气放散率由2.5%降至1%以下。可实现年收益1000余万元。

3.2 结合高炉例修，同步减烧热电高炉煤气

在高炉系列检修工作中，按照生产要求，需提前2 h将热电高炉煤气退出，高炉煤气柜保持高柜位，以保障高气管网及用户的安全稳定。经能中调度与技术专业总结经验，提出发挥双高气柜并网优势，开发应用燃气系统模型预测功能，按照高炉减风节奏（8000、4000、2000、0；单位：m3/min）同步减烧热电高炉煤气。每次系列检修可减少高炉煤气放散约30万m3。在降低发电成本的同时，可收得边际效益1.5万元。每座高炉每年年修1次，每月例修1次，结合高炉临时休风情况，同步减烧热电高炉煤气，效益可达40余万元。

3.3 焦炉煤气制氢外销

以焦炉煤气为原料气，采用变压吸附工艺，从焦气中提取氢气，用于冷轧保护气。氢气的最大总耗量为1845 m3/h，要求纯度99.999%，氧含量≤5×10-6，露点≤-60℃。设置制氢站，共有两套变压吸附制氢装置，单套最大制氢能力为1000 m3/h。来自变压吸附制氢装置的氢气，压力为1.8 MPa，经过膜压机压缩至15.0 MPa。现阶段日产氢气16000 m3，冷轧用气14000 m3，可实现日销氢气2000 m3，氢气外销可实现年收益80余万元。

3.4 煤气排水器冷凝水回用

煤气排水器冷凝水的回用问题，一直给钢铁企业带来困扰。该企业对比水质，将煤气冷凝水用于炼钢闷渣，有效解决了这一问题。炼钢闷渣水处理系统分为：脱碳渣浊环水系统；脱磷脱硫渣浊环水系统；设备冷却净水循环系统；车间零星用水系统。其中，脱磷渣热闷系统、脱硫渣带罐冷却系统小时工业水补水量40 m3，该系统对水温水质无严格要求。

燃气管网每天产生凝结水约400 t，其水质数据如表1。

表1 凝结水水质数据

经比较，燃气管网凝结水水质满足炼钢闷渣要求，可替换出工业水补水17 t/h，节省工业水可实现年收益130余万元。

3.5 引入油田伴生气，增加调控手段

该钢铁企业附近有油田开采石油，其伴生气具备该企业使用条件，且利于燃气系统平衡。

伴生气：它是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中含甲烷75%～80%，乙烷7%～8%，以及少量丙烷和二氧化碳。其供气能力为6000 m3/h，低发热值为35220 kJ/m3。燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。

将伴生气引至天然气管网，按梯级利用原则，将高品位能源（伴生气）给热轧使用，6000 m3/h伴生气可替换出60000 m3/h高炉煤气给热电掺烧,折合电煤10 t/h。引入伴生气是应对电煤市场变化的一个重要调节手段，大幅减少了电煤粉碎、制粉、输送、除尘等公辅环节费用。

4 综述

钢铁联合企业煤气的优化利用对我国钢铁企业的发展具有重要的意义，燃气系统边际效益回收最大化的实践，合理利用钢铁企业煤气系统边际效益可从以下几个方面考虑：

（1）扩充煤气系统缓冲能力“用空间换时间”，降低煤气放散；

（2）动态调整，优化调度，快速跟踪生产节奏，降低煤气放散；

（3）开发煤气深加工工艺，提高燃气产品附加值；

（4）合理回收燃气系统副产品，将副产品资源化；

（5）将煤气按品位梯级利用，提高煤气利用率；

（6）结合修、配、改项目及运行实践，调整工艺结构。

以上案例中，在燃气系统边际效益回收方面的一系列措施，均取得良好的效果，提升能源管理的整体水平，最终提升了企业的综合竞争力，给同行业开展边际效益回收工作提供了参考。

Exp loration and Practice on M axim izing M arginal Benefit Recovery of Gas System in Integrated Steelworks

SUN Kai,CHEN Ting,SU Yefei,HUO Yujia
(Energy&Environment Dept.of Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd,Tangshan,Hebei 063200,China)

Gas is one of the important energy fluids in integrated steelworks.A coastal steel plant with annual production capacity of 9.7 million tons gives full play to the advantages of management concepts and equipments,utilizes the advantages of double gasholders joining with the pipe network,damping down of blast furnace to lower gas release,sales of hydrogen produced in COG and gas condensate used in granulating slag,to realize the operation mode of“reduction, recycle,reuse”in the gas system and gradually maximize recovery ofmarginal benefit.

Integrated steelworks;gas system;marginal benefit;maximization

TK018

B

1006-6764(2014)04-0017-02

2013－11－12

孙凯（1982-），男，2013年毕业于北京科技大学环境工程专业，助理工程师，现从事能源与环境生产组织工作。