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淺談鋼鐵企業(yè)高爐煤氣發(fā)電技術

文檔作者：李洪斌文檔來源：河北大墺城市規(guī)劃設計有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年03月17日
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淺談鋼鐵企業(yè)高爐煤氣發(fā)電技術
■李洪斌　■河北大墺城市規(guī)劃設計有限公司，河北　邯鄲?。埃担叮埃埃?
摘　要：高爐煤氣是高爐煉鐵的副產能源，在鋼鐵企業(yè)的能源結構中起著重要的
作用。通過介紹高爐煤氣在鋼鐵企業(yè)的幾種典型利用措施，對鋼鐵企業(yè)
充分利用高爐煤氣提供參考依據，促進節(jié)能和環(huán)保工作。
關鍵詞：高爐煤氣　鋼鐵廠　發(fā)電　節(jié)能減排
我國人口占世界總人口的２０％，是世界人口數量最多的國家，但已
探明的煤炭儲量僅占世界儲量的１１％，原油占２４％，天然氣僅占
１２％，我國是能源資源相對匱乏的國家，人均能源資源占有量不到世
界平均水平的一半。與此同時，我國能源利用率卻平均只有３６３％左
右，較發(fā)達國家低約１０％。我國單位ＧＤＰ能耗是世界平均水平２５
倍，美國的３３倍，也高于巴西、墨西哥等發(fā)展中國家，是能源浪費最嚴
重的國家之一。
鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國總能耗１５％左右，噸鋼能耗比發(fā)達國家
高２５～３０％，主要原因是鐵鋼比高，高爐、轉爐煤氣余能余熱回收利用
率低等。在此情況下，如何充分回收利用余能余熱節(jié)能降耗顯得至關
重要。
煉鐵高爐所產生的高爐煤氣是一種低熱值的有毒可燃氣體，熱值
一般在３１２５～３５００ｋＪ／Ｎｍ３左右。通常條件下，除高爐熱風爐自身使用
外，還有大量富余，如不能回收利用則只能放空排放，造成能源浪費和
環(huán)境污染，為了充分利用富余的高爐煤氣，一般情況是在燃煤動力鍋爐
中摻燒一部分貨供小型混合煤氣鍋爐混燒，回收量都不大。隨著純燒
高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術，燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術（ＣＣＰＰ），ＴＲＴ
（高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置），蓄熱室燃燒技術等在鋼廠的實施，高爐
煤氣作為一種重要的能源，已在鋼鐵企業(yè)得到廣泛回收利用。在日本
的鋼鐵企業(yè)如新日鐵，以及我國的寶鋼等先進的鋼鐵企業(yè)，幾乎全部的
高爐煤氣被回收再利用，大大降低了煉鋼能耗。本文就純燒高爐煤氣
鍋爐發(fā)電、高爐煤氣燃氣－蒸汽聯(lián)合發(fā)電（ＣＣＰＰ）和ＴＲＴ發(fā)電技術進行
簡要介紹，為鋼鐵企業(yè)利用高爐煤氣節(jié)能環(huán)保提供參考。
１　純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術
２０世紀９０年代中期，國內開始自主開發(fā)并引進國外全燒高爐煤氣
發(fā)電技術，如上海一鋼建設的５０ＭＷ高爐煤氣發(fā)電機組于１９９９年年投
產，首鋼的５０ＭＷ 高爐煤氣鍋爐發(fā)電機組１９９６年建成投產，唐鋼的
２５ＭＷ中溫中壓高爐煤氣發(fā)電機組抽汽汽輪發(fā)電機組２０００建成投產，
鞍鋼的２５ＭＷ高爐煤氣發(fā)電機組于２０００年投入運行等等。目前，國內
主要有杭州鍋爐集團股份有限公司、江西江聯(lián)能源環(huán)保股份有限公司、
無錫華光鍋爐股份有限公司等企業(yè)生產１３０～２２０ｔ／ｈ高溫高壓高爐煤
氣電站鍋爐。近些年，此技術已在鋼鐵企業(yè)得到廣泛應用。
純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電技術由燃高爐煤氣鍋爐、汽輪發(fā)電機及輔
機等組成。通過高爐煤氣管道將減壓閥組減壓后或ＴＲＴ裝置后的低壓
高爐煤氣送入鍋爐進行燃燒，產生的過熱蒸汽進入汽輪機，驅動汽輪機
帶動發(fā)電機進行發(fā)電。通過汽輪機抽汽也可對外進行供熱實現(xiàn)熱電聯(lián)
產，發(fā)電既可作為企業(yè)自用，也可上網銷售。純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電廠
較傳統(tǒng)燃煤電廠減少了煤處理系統(tǒng)，而且高爐煤氣是一種清潔能源，不
必考慮煙氣除塵、脫硫、脫硝設施。但是對于燃料的安全監(jiān)控系統(tǒng)要求
很高，運行中需加強對煤氣泄漏的監(jiān)測，以確保運行可靠安全。
２?。裕遥裕ǜ郀t煤氣余壓透平發(fā)電裝置）
上世紀５０年代中期，法國、比利時、捷克、蘇聯(lián)等國開始對ＴＲＴ進
行試驗研究。其中法國成功的開發(fā)了濕式ＴＲＴ系統(tǒng)，蘇聯(lián)則開發(fā)了干
式ＴＲＴ系統(tǒng)。８０年代，日本的ＴＲＴ裝置技術發(fā)展較快，三井造船、日立
造船、川崎重工等對ＴＲＴ進行了改進，進一步提高了回收效率、降低了
投資。
我國從６０年代中期由武漢鋼鐵設計研究院開始研究、消化吸收國
外ＴＲＴ技術。８０年代初期通過大量試驗取得成功。于１９８８年前后，
分別建成了武鋼３＃高爐ＴＲＴ，酒鋼１＃高爐ＴＲＴ。目前，國內鋼鐵企業(yè)
基本都已配套建設了ＴＲＴ裝置，國產ＴＲＴ基本上達到了國際先進水
平。國產ＴＲＴ制造企業(yè)主要有西安陜鼓動力股份有限公司等。此技術
在國內鋼鐵廠已得到廣泛應用。
ＴＲＴ煤氣入口從文氏管后的煤氣管接出，ＴＲＴ的煤氣出口與調壓
閥組后的凈煤氣主管相接，可以代替減壓閥組調節(jié)穩(wěn)定爐頂壓力，所以
ＴＲＴ是與調壓閥組并聯(lián)在凈煤氣管道上的。高壓煤氣在透平機內膨脹
做功，推動透平機葉輪轉動，帶動發(fā)電機發(fā)電。透平機有軸流向心式、
軸流沖動式和軸流反動式三種，其中軸流反動式的質量小、效率高。在
回收余壓能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收三種，平均回收
的發(fā)電能力高，設備投資低，投資回收期短，而且還能保證高爐爐頂壓
力穩(wěn)定，我國寶鋼的ＴＲＴ就采用平均回收方式。
煉鐵生產中，高爐爐頂煤氣壓力大于００３兆帕時，采用煤氣余壓
發(fā)電技術裝備（ＴＲＴ）可將這部分壓力能回收，其設備的工作原理是煤
氣的余壓使煤氣在透平機內進行膨脹做功，推動透平機轉動，進而帶動
發(fā)電機轉動，發(fā)出一定的電量。根據爐頂壓力不同，ＴＲＴ裝置所發(fā)出的
電量與高爐煤氣的壓力和流量有關，一般噸鐵發(fā)電量為３５千瓦時～４０
千瓦時。采用干法除塵可以使發(fā)電量提高３６％，而且溫度每升高
１０℃，會使發(fā)電透平機效率提高１０％，進而使ＴＲＴ裝置最高發(fā)電量可
達５４千瓦時／噸鐵。
ＴＲＴ裝置的設置一般流程是：高爐煤氣經過重力除塵器、干式（濕
式）除塵器，進入ＴＲＴ裝置，ＴＲＴ與減壓閥組是并聯(lián)設置。高壓的高爐
煤氣經過ＴＲＴ的入口蝶閥、入口插板閥（調速閥）、快切閥，進入透平機
膨脹作功，帶動發(fā)電機發(fā)電，自透平出來的低壓煤氣，進入低壓煤氣系
統(tǒng)。發(fā)電機的出線經變電所與電網相連，發(fā)電機向電網送電或從電網
接受電能。
３　高爐煤氣燃氣－蒸汽聯(lián)合發(fā)電（ＣＣＰＰ）
ＣＣＰＰ是目前鋼鐵企業(yè)最先進的煤氣回收利用技術，該技術將鋼鐵
生產過程中的富余煤氣與空氣燃燒后產生高溫高壓煙氣，煙氣膨脹做
功，將機械能轉化為電能，之后用余熱鍋爐將煙氣的余熱回收產生高溫
高壓蒸汽，利用蒸汽輪機再次發(fā)電，最終實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。目前低熱
值煤氣為燃料的ＣＣＰＰ只被少數公司掌握，如ＡＢＢ、日本川崎，美國ＧＥ
等。ＣＣＰＰ已在我國部分鋼鐵大型鋼鐵企業(yè)得到應用，如寶鋼、萊鋼、鞍
鋼、遷鋼等等，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的效益ＣＣＰＰ發(fā)電效率高、成本低、經
濟效益好，發(fā)電效率高達４５％，而同規(guī)模常規(guī)火力發(fā)電機組效率僅為
２３％—３５％左右，兩年即可收回投資成本。ＣＣＰＰ以低熱值高爐煤氣為
主要燃料，能大幅度減少高爐煤氣放散量，遷鋼的高爐煤氣基本上可以
全部被回收利用，達到高爐煤氣零排放，節(jié)能效果明顯。ＣＣＰＰ燃氣輪
機發(fā)電不需要冷卻水，新水耗用量不足常規(guī)火力發(fā)電機組的一半。
ＣＣＰＰ燃氣和空氣均凈化至含塵量約１毫克／立方米進入燃氣輪機，排
氣含塵量僅為１毫克／立方米，氮氧化物含量小于３０ＰＰＭ，遠低于常規(guī)
鍋爐１０００毫克／立方米的排放水平。
４　結論
（１）煉鋼企業(yè)高爐煤氣應根據自身具體情況選擇適合的高爐煤氣
發(fā)電技術，以期實現(xiàn)全部回收利用。（２）高爐煤氣發(fā)電設備投資回收期
短，經濟效益和社會環(huán)境效益顯著，應予以廣泛采用。（３）大型煉鋼企
業(yè)應優(yōu)先采用先進的ＣＣＰＰ設備，以實現(xiàn)廢氣利用和能源梯級利用，使
能源利用率最大化。
參考文獻
［１］張傳秀，倪曉峰．淺淡高爐煤氣發(fā)電的經濟和社會效益［Ｊ］．上海金
屬，２００４，（４）：５７－６０．
［２］張琦，蔡九菊，吳增福等．高爐煤氣在鋼鐵廠的應用［Ｃ］．全國工業(yè)
爐學術年會，２００６．
［３］劉旭，孫明慶．鋼鐵廠燃用低熱值煤氣燃氣─蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝
置探討［Ｃ］．鋼鐵技術，２００２∶３７－４４．
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