钢铁企业富余煤气综合高效利用的探讨

陈晓卫

（宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900）

引言

钢铁企业生产过程中，产生大量的副产煤气，在优先供应工序生产后，煤气往往仍有富余。为节能挖潜、降本增效，统一兼顾富余煤气和各种余热资源，做到发电和供热的相对高效和平衡[1]。结合某钢铁企业余热资源综合效能提升项目的设计实践，阐述设计思路及主要系统配置。

1 项目基本现状

某钢铁企业烧结厂现有2 台550 m2烧结机，配套建设2 台600 m2环冷机双压余热锅炉，利用环冷机不同位置的排放烟气温度差异，梯度利用余热资源，通过锅炉产生两种不同品质的蒸汽，高压蒸汽1.8 MPa，380 ℃；低压蒸汽0.5 MPa，180 ℃，分别进入1台30 MW 汽轮发电机组发电。因烧结工艺设备检修等诸多因素，余热锅炉产量波动较大，系统生产受到了不同程度的影响。

1.1 烧结余热发电不足及不稳定

烧结生产受自身工艺调整，上游原料供给工序、下游高炉生产调整的影响，烧结环冷余热锅炉产量波动较大。

（1）低压蒸汽放散

余热锅炉处于低负荷运行时，余热发电机组输出功率较低，当机组负荷低于8.5 MW 时，受汽轮机设备的运行约束条件，余热锅炉产生的低参数蒸汽无法进入汽轮发电机组，造成低参数蒸汽排空放散。

（2）发电机组频繁启停

当一台烧结机停炉或低负荷运行时，另一台烧结机生产出现波动，造成两台烧结余热锅炉停炉或极低负荷运行，烧结余热发电机组因蒸汽供应不足导致解列停机。

烧结系统检修结束后恢复生产用时较短，但汽轮发电机组从解列到重启的时间较长，期间循环水、油系统设备需正常维持运行，造成自用电率上升，烧结机启动后至发电机投入前这一时期，锅炉需要升温升压，蒸汽需要暖管，造成了资源的浪费。

（3）发电设备出力不足

根据运行实绩，余热发电汽轮机组短时发电达到29 MW，平均发电功率18.98 MW，为装机容量的63.27%设备能力没有发挥出来。

1.2 CDQ单元因抽汽减少发电量

烧结煤精区域处于蒸汽管网的末端，此区域用户蒸汽用量20 t/h，温度高于200 ℃。全厂蒸汽由两台50 t/h 的低压锅炉产生1.2 MPa、250 ℃蒸汽经过300 m 蒸汽管道输送到煤精区域时，压力约0.8 MPa左右，温度约180 ℃左右，不满足用户要求。改造烧结煤精区域CDQ 高温高压发电单元，抽取20t/h 的高温高压(9.81 MPa，540 ℃)蒸汽经减温减压后补充管网，将该区域蒸汽的温度提高到200 ℃。CDQ 机组抽蒸汽送管网后，机组的发电量减少了4 000 kW，影响了CDQ单元效益。

1.3 富余煤气利用

全厂高炉煤气富余4万～10万m3/h，煤气长期处于放散的状态，既浪费能源，也不利于环境保护。

2 改造方案

2.1 改造总体内容

烧结余热发电系统的汽轮机主蒸汽设计量为130 t/h，设计压力1.6 MPa，温度350 ℃；补汽流量40 t/h，设计压力0.4 MPa，温度170 ℃，额定功率为30 MW。保持汽轮机不停机的负荷率在30%以上，对应汽轮机主蒸汽进汽量约39 t/h。所以本项目新建煤气锅炉的额定蒸发量设计为40 t/h，可满足烧结余热发电系统不会因烧结工艺的影响而停机，同时通过补汽进入汽轮机发电，也提高了烧结余热发电机组的设备发电能力。

根据热力计算，新建煤气锅炉额定负荷下需要燃烧高炉煤气4 万m3/h，可部分解决煤气放散。

烧结余热发电机组在0～8.5 MW 工况下及临时停机时，新建煤气锅炉所产蒸汽40 t/h 全部进入汽轮机，保证不停机；在8.5～26 MW 负荷状态下，新建煤气锅炉蒸汽20 t/h 进入烧结余热汽轮机提高发电量。20 t/h进入低压蒸汽管网提高区域管网温度，满足低压蒸汽用户需求；烧结余热发电机组自身满负荷工况时，新建煤气锅炉50%负荷运行，只产生20 t/h的蒸汽量，全部进入低压蒸汽管网提高区域管网温度。

2.2 锅炉方案

锅炉整体参数如下。

额定蒸发量：40 t/h；额定蒸汽温度:375 ℃；

额定工作压力:1.8 MPa；

锅炉燃料形式:高炉煤气；

锅筒工作压力:2.0 MPa；

给水温度:104±2 ℃；进风温度:20 ℃；

排烟温度:140 ℃；余热利用率:86.5%；

额定燃耗:39 000 m3/h；粉尘含量＜15 mg/m3；

烟气排放标准:SOx含量＜50 mg/m3。

新建煤气锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、Π型室外布置。锅炉前部为膜式水冷壁炉膛，顶部水平烟道亦为膜式水冷壁结构，尾部竖井为全密封式钢烟道。因此锅炉具有良好的密封性能和保温性能。膜式壁四周设置了刚性梁以抵抗因烟气脉动引起的振动。水平烟道内布置两级对流过热器，两级过热器之间设置喷水减温器。尾部烟道中布置两级省煤器和两级空气预热器。

锅炉构架采用全钢结构，按7°（或7°以下）地震烈度设防。炉膛及过热器、水平烟道全部悬吊于顶部钢梁上。尾部两级省煤器和空气预热器放置在后部的柱和梁上。

全部采用轻型炉墙，既保证了锅炉的密封，减少了热损失，又省去了大量的耐火材料和复杂易漏的密封结构，提高了锅炉的性能，减少了炉墙投资。省煤器采用高效螺旋鳍片管。空气预热器布置在省煤器后，采用立式、内搪瓷管结构。锅炉以平衡通风方式运行。给水通过省煤器后进入锅筒，再经下降管分配至四周水冷壁的下集箱，在上升管内受热汽化，生成的汽水混合物由各自的上集箱导入锅筒中进行分离，分离出的饱和蒸汽经顶棚过热器、低温过热器、高温过热器过热到375 ℃后送出。

2.3 烟气处理

根据对企业内部高炉煤气燃烧设施的调研分析，高炉煤气燃烧产生SOX含量在70～110 mg/m3，NOX含量在10～15 mg/m3；企业所在地区锅炉烟气的允许指标分别为SOX≤50 mg/m3、NOX≤150 mg/m3。因此要建设烟气脱硫设施，达到环保排放的要求。

脱硫工艺考虑到无脱硫废水产生、工程造价、脱硫效率等因素，采用了目前较为成熟的半干法循环流化床脱硫工艺，基本工艺流程为烟气→吸收塔→布袋除尘器→引风机→烟囱。

3 生产运行情况

煤气锅炉投入运行后，锅炉可以最大连续稳定送出蒸汽38.5～41 t/h，蒸汽压力1.75～1.8 MPa，蒸汽温度约380 ℃。锅炉烟气SOX含量约23 mg/m3，满足环保排放要求。

表1显示了煤气锅炉投运后烧结发电机组的运行工况。

表1 各种运行工况组合

新建锅炉持续运行期间，30 t/h 左右的蒸汽量补入了汽轮机发电，提高了汽轮机的发电量。其余约10 t/h 蒸汽通过减温减压补入低压管网，取消了CDQ 单元高温高压蒸汽的抽汽，既提高了管网温度，煤精区域蒸汽的品质达到了要求，CDQ 也提高了发电量。

在一台烧结检修，另一台烧结低负荷或临时停机时，将40 t/h 蒸汽全部进入烧结汽轮机，保证汽轮机不停机，减少了汽轮机的频繁启停机，增加了汽机寿命，也提高了烧结蒸汽的发电效率，避免蒸汽放散及频繁启停机的无效消耗。

4 结论

本方案充分利用富余煤气，解决了蒸汽管网温度低、烧结余热发电不足、CDQ 单元抽汽的问题，为煤气利用提供了新的思路和方法，值得行业借鉴和参考。