钢铁企业高效煤气发电技术的发展

文_韩汉平 施璐 朱能闯 唐美琼 中冶南方都市环保工程技术股份有限公司

钢铁生产过程中伴生有大量的富余煤气资源，随着钢铁企业不断向规模化方向发展，钢铁产能的上升直接带动钢铁生产过程中的富余煤气资源的不断增加，此部分富余煤气资源的高效回收利用对钢铁企业节能降耗及提质增效具有重要的意义。

钢铁企业煤气热值较低，可供选择的煤气回收利用方式不多。将低热值煤气作为煤气锅炉燃料，在锅炉内燃烧释放出热量并产生蒸汽，再推动汽轮发电机组发电的煤气发电技术，是钢铁企业煤气资源综合利用的主要思路。煤气发电技术有效回收了钢铁企业富余煤气资源，为企业节能增效提供了较好的途径。

1 钢铁企业煤气发电技术的发展

由于受钢铁企业煤气热值、富余煤气量及企业电力调度灵活性的限制，钢铁企业煤气发电机组装机规模一般不会很大，以中小型规模机组为主。根据传统发电机组装机规模与发电参数、发电效率的匹配关系，亚临界等高参数高效发电技术主要应用于大型发电机组，钢铁企业中小型煤气发电机组以往主要采用中温中压、高温高压等参数，机组参数及发电效率并不是很高。

随着企业节能减排以及提质增效要求的不断提高，煤气发电技术不断向高参数化、高效化方向发展，并创新性地将以往仅应用于大型发电机组的高参数高效发电技术进一步小型化。通过不断的升级换代，煤气发电技术已经从早期的第一代中温中压参数逐步发展至第四代超高温亚临界中间再热参数，极大地提高了钢铁企业煤气发电机组的整体效率。

表1为钢厂煤气发电技术的四个发展阶段及主要技术参数，从表1 可以看出，随着技术的发展，煤气发电机组的主机参数越来越高，全厂热效率越来越高，目前第四代超高温亚临界中间再热技术的热效率已经高达40.5%，单位发电标准煤耗仅为307gce/kWh，节能降耗效益显著。

表1 钢铁企业煤气发电技术的发展阶段及技术参数

第四代超高温亚临界中间再热技术发电效率，相对于传统第二代高温高压技术已经提升了约30.5%，若将高温高压煤气发电机组升级更换为更高参数的超高温亚临界中间再热机组，煤气利用的效率将显著提高，企业提质增效的经济效益十分可观。

表2为钢铁企业典型的60MW高温高压机组与80MW超高温亚临界机组参数的比较，从表2可以看出在同等煤气耗量条件下（煤气量为219000Nm3/h，满足60MW 高温高压机组100%负荷运行），超高温亚临界中间再热机组比高温高压机组每年多发电1.464 亿kWh，经济效益较好。

表2 典型60MW高温高压机组与80MW超高温亚临界中间再热机组对比

2 高效煤气发电技术的原理分析

2.1 高参数小型化

高参数小型化煤气发电技术之所以高效的原因主要可以归结于两点：提高蒸汽参数和增加中间再热。在极限压力范围内，保持初温和背压一定，随着蒸汽压力升高，尽管主蒸汽初始焓值（h0）有所降低，但是汽轮机组的整个理想比焓降有所升高，因此机组的循环热效率升高。当主蒸汽初压大于极限压力时，随着主蒸汽初压升高，整个汽轮机组的理想比焓降有所降低，循环热效率反而有所降低，但是实际工程中，主蒸汽的压力均小于极限压力，因此在实际工程应用中保持t0和Pc不变时，提高蒸汽初压有利于提高机组循环热效率。在提高初压的同时再提高初温，可增加循环的高温加热段，使循环温差增大，热效率进一步提升。

超高温亚临界机组发电效率高的另一个原因就是增加了中间再热。对于不带中间再热的煤气发电机组，蒸汽在汽轮机中做完功后便直接进入冷凝器中冷凝，蒸汽中的大部分热量将会以汽化潜热的形式损失；当增加一次中间再热后，再热蒸汽从汽机高压缸排汽引出，被重新送至锅炉加热至初始温度，降低了蒸汽的排汽湿度，使得湿汽损失减小，从而提高了汽轮机组的循环热效率。

2.2 锅炉烟气余热回收及煤气预热

对于以高炉煤气燃料为主的煤气锅炉来说，主要热损失是排烟热损失，而决定锅炉排烟热损失的主要因素是排烟温度，所以提高锅炉热效率的主要途径是降低锅炉的排烟温度。

为进一步降低烟气温度，提高锅炉效率，高效煤气发电机组采用烟气—煤气换热器吸收烟气余热，通过烟气余热来预热煤气，有效降低排烟温度，减少排烟损失；同时低热值煤气在吸收烟气余热后，煤气温度将上升，较高温度的煤气再送入锅炉炉膛燃烧，有利于低热值煤气的燃烧稳定性。

3 应用前景分析

高参数小型化高效煤气发电技术是钢铁企业煤气利用的主要方式，特别适合于钢铁企业中小型煤气发电机组，目前部分钢铁企业已有成功应用，为企业提供了较好的电力供应。以一座800 万t 典型规模钢厂为例，其煤气富余量及煤气发电机组装机规模对应关系如表3。

表3 典型800万t钢铁产能对应高效煤气发电机组装机规模

目前由中冶南方都市环保工程技术股份有限公司承建的100MW 超高温亚临界煤气发电机组，已在中国河北迁安市九江线材有限公司成功投产应用，全厂热效率达到了40.5%，取得了预期的效果。

钢铁企业节能减排的潜力亦具有较大的提升空间，与钢铁主体工艺配套的高效煤气发电项目亦具有较为广阔的市场应用空间。

4 结语

高参数小型化高效煤气发电技术是钢铁企业富余煤气回收利用的有效途径，相比传统高温高压煤气发电技术，高参数的超高温亚临界中间再热煤气发电技术的效率相对可提升约30%，效率优势明显。随着钢铁工业节能减排工作的不断发展，以超高温亚临界中间再热煤气发电技术为代表的高效煤气发电技术将在钢铁企业节能减排及煤气利用领域具有较好的发展空间。