『技术文献』高炉煤气发电节能技术在钢铁企业的应用

财富   2024-09-29 11:12   河北  




ABSTRACT

摘要


高炉煤气发电是转化高炉煤气热能,将其变为电能发电方式,以直接或者间接等方式利用高炉煤气。其中,直接利用就是利用锅炉余热加热高炉煤气,将其中热量释放出来,实现发电目标。而间接利用则是对高炉煤气内热能的利用,两种利用方式都需要消耗特定能量。在钢铁企业生产过程,要结合实际情况选择不同的节能技术,高效率高炉煤气进行发电。文章对高炉煤气类型和应用现状进行简要分析,探讨高炉煤气发电期间存在的问题,结合钢铁企业生产实况,对高炉煤气在发电领域节能技术的应用详细说明,以供参考。

关键词:高炉煤气发电;节能;钢铁企业

随着绿色生产理念的推广,钢铁企业生产过程也面临着节能减排重任。为了达到节能减排目标,钢铁企业要寻找节能减排突破口,通过工艺创新和系统优化,控制钢铁生产过程能源和资源消耗。因为高炉炼铁期间,高炉煤气产生量相对较大,部分高炉煤气质量低,难以应用在其他生产环节,使得钢铁企业直接排放,浪费资源的同时对环境的影响较大。利用高炉煤气发电是将高温蒸汽进行处理,应用于汽轮机当中发电,对煤气余热进行合理利用,防止浪费资源。在余热应用期间,无粉尘、废气和废渣等污染物质产生,具有节能环保特色。

1、高炉煤气种类及应用现状



钢铁企业生产期间,高炉煤气种类相对较多,主要成分包括转炉煤气、高炉焦炉煤气。其中,高炉焦炉煤气是在钢铁冶炼期间氢气和一氧化碳混合以后产生的可燃性气体,部分煤气当中还含有二氧化碳硫化氢甲烷以及二氧化硫等杂质,这类气体具有易燃和易爆特点由于生产期间此类物质产量较多,因此,钢铁企业可以将其作为燃料或者化工原料重新应用于生产,高效利用资源转炉煤气成分相对复杂,内部含有少量杂质,因此其燃烧性不如高炉煤气,通常可以作为生产原料在钢铁企业快速发展过程中,随着生产量增加,对于生产资源能源等方面需求量会逐渐增多高炉焦炉煤气高炉燃气转炉煤气以及焦炉煤气数量被消耗,为降低生产过程煤炭资源用量,需要钢铁企业开发全新的能源应用方式11为高炉煤气发电流程图

目前,部分钢铁企业利用高炉煤气进行发电,促进企业生产,控制生产期间对于煤炭资源的消耗。对比煤炭资源,高炉煤气燃烧性相对较好,且燃烧产生的温度高,燃烧持续时间长,因此,应用前景相对广阔。钢铁企业致力于高炉煤气发电技术方面的研究,旨在运用节能技术,将高炉煤气和煤炭资源共同应用,促进企业生产工作顺利进行然而实际上高炉煤气的节能应用还存在部分问题,部分企业生产规模小,在高炉煤气发电领域技术应用设备配置还存在局限性,技术应用形式相对传统随着技术的快速发展,部分企业在高炉煤气发电领域选择汽轮机,蒸汽锅炉等设备,以上高压设备在使用期间,如果管理不当,也会造成不同程度的安全风险,为企业带来经济损失因此,分析高炉煤气发电应用的不足,落实技术改造是钢铁企业高效利用高炉煤气发电的必经之路

2、高炉煤气发电过程存在的问题



2.1管道破裂

钢铁企业利用高炉燃气进行发电,爆管问题极为严重。因为锅炉爆管问题出现可能是管道破裂,也有可能是管道堵塞或变形原因导致。爆管形式包括应力、磨损两种。其中,应力保管是管道处于高温条件下,金属材料产生变形,受到应力影响下出现裂纹,最终导致管道破裂。金属材料受到高温影响产生塑性变形,管道破裂以后还会产生冲击波,威胁生产设备安全,还会对人员安全造成影响。磨损型爆管问题,是管道长期在高温条件下使用受到的磨损,特别是管道中积碳物质、杂质等数量增加时,爆管问题就会出现。锅炉爆管期间会产生大量的蒸汽,且蒸汽温度高,如果蒸汽受挤压也会导致应力集中,无法控制,增加管道破裂风险。同时,锅炉设备运行期间,还会在高压和高温等条件下导致管道变形。生产过程通常会用焊接技术连接锅炉设备,如果焊接技术本身有缺陷,也容易增加管道裂纹出现风险。考虑管道和锅炉设备都属于高压设备,因此,使用期间一旦受到外力影响出现严重变形,变形量超出标准要求,就会增加管道破裂风险[2]。

同时,高炉煤气发电蒸汽锅炉的管道破裂问题也较为常见,因为管道材质是碳钢,且直径大,管道爆裂主要原因是内壁温度高,因为锅炉蒸汽使用期间会加热管道,随着管道吸收热量增加,内壁温度迅速升高,金属材料有脱碳和软化等方面问题,严重时就会造成管道爆裂。锅炉管道爆裂还有可能是压力过高导致,因为锅炉压力过高会破坏金属材料,导致锅炉运行期间压力升高,在此环境下,金属材料产生塑性变形问题,最终造成管道破裂。因此在生产实践阶段,需要利用处理措施对锅炉降压处理,控制管道温度,保证锅炉内部蒸汽的顺利输送。

2.2发电效率低

部分钢铁企业在应用高炉燃气发电期间存在发电效率不高这一问题。因为高炉燃气热值低,要利用其发电,应对其采取加热处理措施。但是,加热设备使用过程造价成本相对较高,且生产期间有大量热量产生,使得高炉燃气发电效率受到影响。

2.3轴承损坏

钢铁企业利用高炉煤气发电,汽轮机轴承受损问题十分常见。当轴承使用过程温度逐渐升高、振幅增加、振动量增加的时候就会有受损风险。因为设备长期在高温环境下运行,如果设备本身存在质量问题就会损坏轴承。对此,在维护汽轮机的时候,应该对其采取除锈、清洁等处理措施,利用润滑油润滑轴承,降低其磨损程度。同时,汽轮机轴承养护阶段,还可在其外表涂防腐蚀油。一旦汽轮机运行期间受损,应立即停机,更换受损部件。如果是轴承原因,导致设备运行不正常,则需要将汽轮机更换。如果由于轴承的温度过高使设备受损,应立即采取降温处理措施,选择合适润滑油润滑处理。在维护汽轮机过程当中,需要将其温度控制在特定范围之内。如果汽轮机有故障,则应采取停机处理措施,将所有电源切断,严格按照操作规程执行,确保设备使用安全。汽轮机维护和保养也要根据要求落实设备清洁、除锈等方面处理措施,保证设备运行状态良好。操作人员应定期对汽轮机部位进行检查,观察其部件是否有异常,及时处理故障问题[3]。

3、高炉煤气发电节能技术的应用分析



钢铁企业生产期间,可通过直接或者间接方式利用高炉煤气。直接利用高炉煤气进行发电能够将锅炉燃烧以后的高炉煤气产生热能变为电能,应用此方式可以控制企业生产期间能源消耗,有助于成本节约,但是,高炉煤气具有毒性,为危险性较高的气体,如若泄露可能产生安全隐患。针对此情况,可以运用间接方式发电。具体措施是增加高炉煤气压力,使之到达特定程度以后采取发电处理,控制发电期间安全事故发生率。

某钢铁生产企业为了将高炉煤气的利用效率提高,对原有发电机组进行改造,使高炉煤气发电机变为联合发电装置,由燃气和蒸汽共同作用之下发电。此装置的组成部分包括一台联合循环发电机组(燃气-蒸汽),功率为25MW,一台汽轮机机组,功率为2MW。经过装置改造,利用改造以后发电机组进行发电,控制企业用电成本,节约钢铁企业生产消耗能源。在技术改造之前、企业原有联合发电机组有2台,汽轮机组1台,难以满足实际生产需求。经过技术改造,引入高炉煤气,应用于联合发电机组当中,之后将其输送至汽轮机内进行发电。由于钢铁企业生产过程高炉煤气温度相对较高,因此,为了防止高温损坏设备,需要将高炉煤气通入汽轮机中进行发电。此外,由于高炉煤气拥有较高热值,因此,节能发电期间还需要将煤气送入锅炉实现高效利用目的,对煤气余热进行充分利用[4]。

3.1改造发电机组

钢铁企业在利用高炉煤气进行节能发电过程当中,机组改造措施能够顺利将高炉煤气输入联合发电机当中,提高机组的使用效率。同时,为了高效利用高炉煤气的热值,确保发电机组平稳运行,还需要改造汽轮机和锅炉,提高汽轮机组热效率。根据实际生产情况,原有的锅炉设备和现实生产需求不相符。因此,改造期间,要将原有设备中的燃烧器改为新型高效装置。结合相关实践应用可以得出,改造操作和煤气的热值息息相关,具体操作如表1所示。

高炉煤气热值>500MJ/m3,锅炉内部蒸汽压力就会超出标准。因此,在机组改造期间,要更换燃烧器调节阀前面的减压减温器,并在调节阀的后面安装减压减温器,数量为1台。如果高炉煤气热值<500MJ/m3,就需要改造锅炉设备,保证其符合生产需求。改造以后能够降低烟气、污染物等排放量。该钢铁企业在生产时间期间,因为高炉煤气实际热值相对较低,使得炉内的烟气温度高于标准,为了控制烟气温度对于汽轮机运行方面的影响,可安装烟气加热装置于锅炉内部。

3.2优化系统设置

为了确保联合发电机组安全运行,高炉煤气可以平稳通入其中,并对系统进行优化设置,在进口管道内设置2套调节装置,作为气体压力调节装置,调节阀分别为高压和低压。通过控制调节阀使高炉煤气的压力处于可控范围之内,让高炉煤气顺利流入循环发电机。该企业为了提高联合循环发电机组使用效率,在系统设置方面,安装透平膨胀机,数量3台,机组运行工况是,在机组启动期间,膨胀机也随之运行,通过透平传输高炉煤气,使之被传送到汽轮机内。当机组运行到额定工况之时,则利用启动炉为汽轮机进行供气。在额定工况条件下,透平膨胀机机组能够持续运行,此时无需供气。计算机发电期间,膨胀机连续运行,在启动炉的支持下将高炉煤气通入汽轮机。在运行阶段,要保证透平膨胀机组在节能发电操作得以顺利应用,应使其压力调节阀处于打开状态。当高炉煤气的压力值趋于稳定时,关闭压力调节阀,在发电期间,应开启透平膨胀机内压力调节阀。本企业联合机组应用循环机组4台、汽轮机2台,为了确保汽轮机运行过程的安全性,要做好保护措施。一旦汽轮机出现运行故障,应及时将低压和高压调节阀,关闭立即检查透平膨胀机状态,如有异常立刻采取处理措施。若因膨胀机组存在故障导致发电不能正常进行,则需结合实际情况检查透平膨胀机、汽轮机等设备[5]。

3.3技术应用效果

经过技术改造,2台联合发电机组(25MW)发电量分别为385.4万kW·h、348.5万kW·h,为钢铁企业创收8568万元;2台汽轮机组的发电量分别是139.1万kW·h、124.2万kW·h,为钢铁企业创收5618万元。在技术改造之后,联合机组和汽轮发电机组整体发电量增加1163.9万kW·h,使钢铁企业生产燃煤消耗降低124.1万t,汽轮机机组发电量增加1260万kW·h,降低企业生产燃煤的消耗量3395万t。改造以后企业对于高楼媒体利用率提高22%,有效控制生产过程能源消耗,展现出节能技术应用的经济效益。在技术改造后,循环机组应用可以满足钢铁企业实际生产需求,同时,企业在联合机组当中分别安装高压加热器一套,配备余热锅炉2台。锅炉使用过程当中,1h可以为循环发电机组供热6×100×4MW/h,保证企业生产经济效益。在设备改造以后,以钢铁企业的高炉煤气做发电燃料,提高工业生产经济效益。同时,高效率利用高炉煤气资源,降低生产过程对于其他资源的消耗,社会效益显著。

4、结束语



综上分析,在钢铁企业生产期间,运用高炉煤气发电节能技术,可以将企业生产能源消耗降低,控制生产成本,促进行业绿色持续发展。在生产实践阶段,探索高炉煤气高效利用方式,还能实现节能减排目标,符合工业生产绿色环保要求。因此,钢铁企业可以根据生产需求,应用高炉煤气进行发电,回收煤气中的余热,作为发电机组燃料,提高钢铁企业生产效益。

参考文献



[1]丁勇山,曹韦韦.微型亚临界煤气发电技术在钢铁厂的应用[J].冶金标准化与质量,2022,60(5):58-63.

[2]郑晨,李星星,高子丰,等.钢铁企业高炉煤气柜重大危险源评估应用[J].冶金动力,2023(3):22-25.

[3]《柳钢科技》编辑部.柳钢高炉煤气回收利用1×135MW工程发电项目顺利投产[J].柳钢科技,2023(1):23.

[4]刘辉,吴仁良.光伏发电与储能技术在钢铁企业节能降碳中的可行性研究[J].节能与环保,2022(2):64-66.

[5]刘艳军,马西方.第三代煤气发电技术在钢铁企业中的应用[J].冶金动力,2021(3):47-49.



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