浅谈钢铁企业高炉煤气发电技术

■李洪斌 ■河北大墺城市规划设计有限公司，河北 邯郸 056002

我国人口占世界总人口的20%，是世界人口数量最多的国家，但已探明的煤炭储量仅占世界储量的11%，原油占2.4%，天然气仅占1.2%，我国是能源资源相对匮乏的国家，人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半。与此同时，我国能源利用率却平均只有36.3%左右，较发达国家低约10%。我国单位GDP 能耗是世界平均水平2.5倍，美国的3.3 倍，也高于巴西、墨西哥等发展中国家，是能源浪费最严重的国家之一。

钢铁工业能源消耗占全国总能耗15%左右，吨钢能耗比发达国家高25～30%，主要原因是铁钢比高，高炉、转炉煤气余能余热回收利用率低等。在此情况下，如何充分回收利用余能余热节能降耗显得至关重要。

炼铁高炉所产生的高炉煤气是一种低热值的有毒可燃气体，热值一般在3125～3500kJ/Nm3左右。通常条件下，除高炉热风炉自身使用外，还有大量富余，如不能回收利用则只能放空排放，造成能源浪费和环境污染，为了充分利用富余的高炉煤气，一般情况是在燃煤动力锅炉中掺烧一部分货供小型混合煤气锅炉混烧，回收量都不大。随着纯烧高炉煤气锅炉发电技术，燃气-蒸汽联合循环发电技术(CCPP)，TRT(高炉煤气余压透平发电装置)，蓄热室燃烧技术等在钢厂的实施，高炉煤气作为一种重要的能源，已在钢铁企业得到广泛回收利用。在日本的钢铁企业如新日铁，以及我国的宝钢等先进的钢铁企业，几乎全部的高炉煤气被回收再利用，大大降低了炼钢能耗。本文就纯烧高炉煤气锅炉发电、高炉煤气燃气-蒸汽联合发电(CCPP)和TRT 发电技术进行简要介绍，为钢铁企业利用高炉煤气节能环保提供参考。

1 纯烧高炉煤气锅炉发电技术

20 世纪90年代中期，国内开始自主开发并引进国外全烧高炉煤气发电技术，如上海一钢建设的50MW 高炉煤气发电机组于1999年年投产，首钢的50MW 高炉煤气锅炉发电机组1996年建成投产，唐钢的25MW 中温中压高炉煤气发电机组抽汽汽轮发电机组2000 建成投产，鞍钢的25MW 高炉煤气发电机组于2000年投入运行等等。目前，国内主要有杭州锅炉集团股份有限公司、江西江联能源环保股份有限公司、无锡华光锅炉股份有限公司等企业生产130～220t/h 高温高压高炉煤气电站锅炉。近些年，此技术已在钢铁企业得到广泛应用。

纯烧高炉煤气锅炉发电技术由燃高炉煤气锅炉、汽轮发电机及辅机等组成。通过高炉煤气管道将减压阀组减压后或TRT 装置后的低压高炉煤气送入锅炉进行燃烧，产生的过热蒸汽进入汽轮机，驱动汽轮机带动发电机进行发电。通过汽轮机抽汽也可对外进行供热实现热电联产，发电既可作为企业自用，也可上网销售。纯烧高炉煤气锅炉发电厂较传统燃煤电厂减少了煤处理系统，而且高炉煤气是一种清洁能源，不必考虑烟气除尘、脱硫、脱硝设施。但是对于燃料的安全监控系统要求很高，运行中需加强对煤气泄漏的监测，以确保运行可靠安全。

2 TRT(高炉煤气余压透平发电装置)

上世纪50年代中期，法国、比利时、捷克、苏联等国开始对TRT 进行试验研究。其中法国成功的开发了湿式TRT 系统，苏联则开发了干式TRT 系统。80年代，日本的TRT 装置技术发展较快，三井造船、日立造船、川崎重工等对TRT 进行了改进，进一步提高了回收效率、降低了投资。

我国从60年代中期由武汉钢铁设计研究院开始研究、消化吸收国外TRT 技术。80年代初期通过大量试验取得成功。于1988年前后，分别建成了武钢3#高炉TRT，酒钢1#高炉TRT。目前，国内钢铁企业基本都已配套建设了TRT 装置，国产TRT 基本上达到了国际先进水平。国产TRT 制造企业主要有西安陕鼓动力股份有限公司等。此技术在国内钢铁厂已得到广泛应用。

TRT 煤气入口从文氏管后的煤气管接出，TRT 的煤气出口与调压阀组后的净煤气主管相接，可以代替减压阀组调节稳定炉顶压力，所以TRT 是与调压阀组并联在净煤气管道上的。高压煤气在透平机内膨胀做功，推动透平机叶轮转动，带动发电机发电。透平机有轴流向心式、轴流冲动式和轴流反动式三种，其中轴流反动式的质量小、效率高。在回收余压能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收三种，平均回收的发电能力高，设备投资低，投资回收期短，而且还能保证高炉炉顶压力稳定，我国宝钢的TRT 就采用平均回收方式。

炼铁生产中，高炉炉顶煤气压力大于0.03 兆帕时，采用煤气余压发电技术装备(TRT)可将这部分压力能回收，其设备的工作原理是煤气的余压使煤气在透平机内进行膨胀做功，推动透平机转动，进而带动发电机转动，发出一定的电量。根据炉顶压力不同，TRT 装置所发出的电量与高炉煤气的压力和流量有关，一般吨铁发电量为35 千瓦时～40千瓦时。采用干法除尘可以使发电量提高36%，而且温度每升高10℃，会使发电透平机效率提高10%，进而使TRT 装置最高发电量可达54 千瓦时/吨铁。

TRT 装置的设置一般流程是:高炉煤气经过重力除尘器、干式(湿式)除尘器，进入TRT 装置，TRT 与减压阀组是并联设置。高压的高炉煤气经过TRT 的入口蝶阀、入口插板阀(调速阀)、快切阀，进入透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平出来的低压煤气，进入低压煤气系统。发电机的出线经变电所与电网相连，发电机向电网送电或从电网接受电能。

3 高炉煤气燃气-蒸汽联合发电(CCPP)

CCPP 是目前钢铁企业最先进的煤气回收利用技术，该技术将钢铁生产过程中的富余煤气与空气燃烧后产生高温高压烟气，烟气膨胀做功，将机械能转化为电能，之后用余热锅炉将烟气的余热回收产生高温高压蒸汽，利用蒸汽轮机再次发电，最终实现联合循环发电。目前低热值煤气为燃料的CCPP 只被少数公司掌握，如ABB、日本川崎，美国GE等。CCPP 已在我国部分钢铁大型钢铁企业得到应用，如宝钢、莱钢、鞍钢、迁钢等等，为企业创造了明显的效益CCPP 发电效率高、成本低、经济效益好，发电效率高达45%，而同规模常规火力发电机组效率仅为23%—35%左右，两年即可收回投资成本。CCPP 以低热值高炉煤气为主要燃料，能大幅度减少高炉煤气放散量，迁钢的高炉煤气基本上可以全部被回收利用，达到高炉煤气零排放，节能效果明显。CCPP 燃气轮机发电不需要冷却水，新水耗用量不足常规火力发电机组的一半。CCPP 燃气和空气均净化至含尘量约1 毫克/立方米进入燃气轮机，排气含尘量仅为1 毫克/立方米，氮氧化物含量小于30PPM，远低于常规锅炉1000 毫克/立方米的排放水平。

4 结论

(1)炼钢企业高炉煤气应根据自身具体情况选择适合的高炉煤气发电技术，以期实现全部回收利用。(2)高炉煤气发电设备投资回收期短，经济效益和社会环境效益显著，应予以广泛采用。(3)大型炼钢企业应优先采用先进的CCPP 设备，以实现废气利用和能源梯级利用，使能源利用率最大化。

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［3］刘旭，孙明庆.钢铁厂燃用低热值煤气燃气─蒸汽联合循环发电装置探讨［C］.钢铁技术，2002:37 -44.