冶金热电发电模式探讨.pdf

6 冶 金能源 ENERGY F OR METAL LURGI CAL I NDUS TRY V0 1 ． 2 9 No ． 2 Ma r ． 2 0l 0 冶金热 电发 电模式探讨 丁 毅 罗武龙 史德明 李如飞 马钢股份公司 摘要通过对现有不同发电供热机组运行状况的说明、经济性分析比较，阐述了钢铁冶金 企业建设 发电机组需要考虑 的因素及建议 。 关键词供热发电机组煤气供应 自发电电网结构 Re s e a r c h o n t h e r m a l a nd p o we r p l an t s de v e l o p m e nt i n s t e e l a n d i r o n e n t e r pr i s e Di n g Yi L u o W u l o n g S h i De mi n g L i Ru f e i Ma S t e e l C o ． ， L t d ． Ab s t r a c t B a s e d o n t h e s t a t e me n t f o r t h e r u n n i n g s i t u a t i o n o f d i ff e r e n t t y p e p o we r p l an a n d the ana l y z i n g o f e c o n o my，b r i n g f o r w a r d t h e i n fl u e n c e a c t o r s an d s u g g e s t i o n s w h i c h s h o u l d b e c o n s i d e r e d d u r - i n g d e v e l o pi ng ne w t h e r ma l po we r p l a n t s f o r s t e e l a n d i r o n me t a l l u r g y e n t e r pris e． Ke y wo r d s t h e r ma l an d p o w e r p l an t f u e l g a s s u p p l y i n g s e g e n e r a t e e l e c t r i c i t y n e t c o n s t r R c t 钢铁企业承担三大职能 ，钢铁产品制造 ，能 源转换 和大宗废弃物处理、消纳。产品制造是钢 铁厂 的立业之本 。大宗废弃物处理、消纳是环境 友好建设的一个途径。而钢铁企业是资源密集 、 能耗 密 集 行 业 ，每 吨 钢将 消 耗 0 ． 60 ． 8 t c e 、 1 ． 5 01 ． 5 5 t 铁矿石 ，工序间物质 能源交换 量巨大。能源转换功能包括提高能源转换效率、 发电、供热以及从焦炉煤气提取氢气 ，从炉窑废 气 中提取二氧化碳等。因此 ，如何科学利用二次 能源 ，提高 自发电比例 ，关注能源转换，充分利 用二次能源与践行科学发展观是并行的。 钢铁生产在消耗大量一次能源的同时，还副 产大量二次能源。二次能源中，各类副产煤气所 占比例最大，约占钢铁终端能源消费总量 4 0 ％。 仅高炉煤气 ，在铁 钢、材生产耗用约 占其总量 6 5 ％，而用于锅炉生产与发电的比例约占其发生 量的 3 5 ％。以我国大型联合企业年产 3 ． 5亿 t 铁 收稿日期 2 0 0 9一l Ol O 丁毅 1 9 6 4一 ， 教授； 2 4 3 0 0 0 安徽省马鞍山市。 计算 ，一年可用于锅炉发电煤气量约 1 6 1 7 0 0万 G J ，折合 5 5 2 3 万 t c e 。充分、合理、有效地利用 好这部分资源 ，对于钢铁工业发展循环经济 ，落 实科学发展有重要意义。 随着冶金工业的发展和发电行业技术进步 ， 煤气发电模式精彩纷呈 ，有纯烧煤气发电、掺烧 煤气常规发电、联合循环发电或几种形式组合。 笔者从能源利用效率 、经 济性 以及可靠 性等角 度 ，来探讨冶金工程发电模式。 1 冶金企业各种发电机组经济性比较 1 ． 1 冶金行业常用几类发电机组优缺点 提高能源系统生产、转换、加工等环节的能 源转换效率 ，是实现钢铁行业节 能的重要环节 。 科学地回收利用生产过程产生的余热、余能资 源 ，是未来钢铁工业节能主攻方向。 常规 的高 炉余 压 T R T发 电、焦 化 干 熄 焦 C D Q发电、烧结余热发 电，以及 富裕饱 和蒸 气 发电等 ，只要按照 “ 按质用能、温度对 口，梯级 V0 1 ． 2 9 No ． 2 Ma r ． 2 01 0 冶金能源 ENERGY F OR METAL LURGI CAL I NDUS TRY 7 利用 ”原则 ，结 合生产工艺采 取高效措施 ，就 能实现能源高效转换效率 目标 。 钢铁企业余热发电通常约占自发电总量的 2 0 ％ ，利用富裕 煤气 发 电 含掺烧煤气煤粉锅 炉比例高达 8 0 ％ 以上。因此 ．对于 富裕煤气 发电，企业选择什么样的发电机组对经济运行有 着很大的影响。目 前可供选择类型机组的优缺点 见表 1 。 表 1 不 同类 型机组优 缺点 燃气轮机发电机组的最大特点是效率高，远 高于国内常规机组平均热电转换效率 。全烧煤气 锅炉 以国 内常用 2 2 0 t ／ h配 6 0 MW 汽轮发电机组 为例，主要是技术成熟， 适应性强，操作简单。 掺烧煤气 的煤粉锅炉发电机组 ，投资、检修、机 组效率方面和同类型全烧煤气锅炉发 电机组比较 接近，主要是其在保证供热和发电负荷稳定情况 下 ，可以实现资源相互替换。 ’ 1 ． 2 冶金行业常用几类发 电机组技术经济指标 三种机组各有特点 ，仅从一个方面很难判断 其优劣 ，还需结合企业装备水平、工艺特点与煤 气富裕量来综合考虑。即使同类型机组 ，其运行 参数 也存 在较 大差异 ，如钢 铁企 业 2 2 0 、4 8 0 、 1 0 0 0 t ／ h 掺烧煤气的煤粉锅炉的运行情况来看， 掺烧量基本上在 1 5 ％ 一 3 0 ％ 按热值比之间， 最大的掺烧量可以达到 5 0 ％。煤耗也存在较大 差距 ，有关技术经济指标见表 2 。 结论 1 全烧高炉煤气锅炉的发电机组 投资回收期最短，基建单位投资最省， 投资风险 不大，近期经济效益好 ，是很好 的短平快投资项 目。 2 掺烧煤气的煤粉锅炉发 电机组容量越 大投资回收期越短 ，基建单位投资也越省 ，如果 政策允许 ，应该上大机组 ，小机组应逐渐淘汰。 3 高炉煤气燃气轮机发 电机组 投资 回收期与 常规煤加气机组相仿 ，特点是基建单位投资 比较 高，在折旧期结束后，由于折旧费用大大降低， 该类型的机组的盈利能力将进一步提高。 2 冶金企业发电机组的选择 发电机组选择与配置，不能仅从一个方面或 单一机组性能来考虑 ，还应综合考虑国家产业政 策、社会公用 电网布局以及企业 内部 生产规模 、 产品结构与工厂布局、电网网架结构与用电匹 配、装备与操作水平、资金状况等等。在追求企 业效益最大化前提下，还要兼顾能源利用效率、 资源利用水平、企业技术进步与装备水平的提 升。 2 ． 1 富裕煤气供应量对发电机组选择的影响 8 冶 金能源 ENERGY F0R ME I ALLURGI CAL I NDUS r RY Vo 1 ． 2 9 No ． 2 Ma L 2 01 0 1 典型的年产 1 0 0 0万 t 级、1 5 0 0万 t 级 两类联合钢铁企业煤气分布及平均富裕量 1 0 0 0万 t 级的长流程钢铁企业 ，产品结构按 铁钢 比 0 ． 9 5 5 ，焦钢 比 0 ． 3 5 5计算 ，正常 生产 时 ，煤气平均富裕量在 8 0万 m ／ h 按 3 ． 5 M J ／ I T I 折合 左右 ，具体煤气产生、耗用量及 比例 见表 3 。考虑到故障、检修以及装备水平 ．煤气 供应量应在 4 5万 m。 ／ h至 9 5万 m ／ h波动。 表 2 几种发电机组的经济技术指标比较 说明 1 、高炉煤气价 l O元／ G J ，焦炉煤气价 2 8 5 f．／G ．I ，原煤价格 5 7 0ff _ ／ t 。供 电价格按外购 电税后价格 0 ． 5ft ．／k Wh，水的价格 0 ． 6 8 t 。2 、高炉煤气热值按 3 ． 6 5 MJ ／ M ，焦炉煤 气热值 按 1 6 ． 5 M ．I ／ M ，原煤 热值 2 1 M J ／ k g ，锅 炉掺烧 高炉 煤气 量按 掺烧 3 0 ／ o 热值比来计算。3 、设备投资占8 0 ％，年折旧9 ． 7 ％，1 0 年折旧期。厂房建筑投资占2 0 ％，年折旧4 ． 8 5 ％，2 0 年折旧期。 综合折 旧按 8 ． 7 3 ％来计算 。 表 3 1 0 0 0万t 钢煤气产出与消费结构 V0 1 ． 2 9 No ． 2 Ma r ． 2 01 0 冶 金能 源 ENERGY F OR Ml ’ TAL LURGI CAL I NDUS TRY 9 1 5 0 0万 t 级 ，产品结构按铁钢 比 0 ． 9 5 0 ，焦 钢比 0 ． 3 5 0 。正常生产时 ，煤气平均富裕量在 1 3 5 万 m 。 ／ h 按 3 ． 5 M J ／ m 折合左右 ，具体煤气产 生、耗用量及 比例见表 4 。考虑到故障、检修 以 及装备水平 ，煤气供应量应在 1 4 5万 m ／ h至 1 1 0 万 m ／ h波动。 2 按照煤气平均富裕量选择配备发电机组 以目前马钢热 电总厂实际配备机组为例 ，公 司共配有 8台煤气利用设施 ，小时最 大煤气利用 量在 1 0 9万 m ／ h左右，具体机组煤气利用量情况 见表 5 。 表 4 1 5 0 0万 t 钢煤气产 出与消费结构 机组类型 机组台数 最 量 备注 马钢现年产 1 3 0 0万 t 钢 ，煤气富裕量近 1 0 0 万 m ／ h ，正 常 情 况 下 ，完 全 可 以 做 到 煤 气 “ 零”放散。但在生产组织不均衡 ，事故与检修 状态下 ，仍会 出现超过 l 0万 m ／ h以上煤气放 散 ，全年实 际 可 以达 到高 炉 煤 气 平 均放 散 率 3 ％、焦炉煤气平均放散率 1 ％左右的水平。 根据上述煤气平衡 ，一个 1 0 0 0万 t 钢规模 机组建议配置 1台 1 5 3 M WC C P P3台 2 2 0 t ／ h 煤气炉 3台2 2 0 t ／ h煤气掺烧煤粉炉。 1 正 常均衡 生产 ，1台 1 5 3 MWc c P ,P3 台煤气炉合计利用煤气量 8 O万 m ／ h ，可以做到 煤气供需平衡 。掺烧煤气煤粉锅炉在满足供热同 时 ，承担煤气波动调节用户。这样配置既考虑煤 气全量利用，又注意到发电设备的作业率，整体 投资省 ，设备利用率高。 2 极端重点煤气用户生产线故障、检修 ， 使煤气量最大供应量近 1 0 0万 m ／ h ，上述配置 完全可保证煤气不放散。 3 极端重 点煤气 产生单 位 生产线 故 障、 检修 ，可以根据煤气减少量，按照能源利用最大 化的原则 ，在极端最小供应量为 4 5万 m ／ h时 ， 安排 1台 C C P P和 1台煤气炉运行 。 4 极端重点煤气使用设施 C C P P故障、检 修 ，在煤气供应正常时可以做到基本平衡。 根据上述煤气平衡 ，年产 1 5 0 0万 t 钢规模 机组建议配置 2台 1 5 3 M W 燃气 轮机 C C P P 2台 2 2 0 t ／ h全烧高炉煤气锅炉 2台 1 0 0 0 t ／ h 煤粉炉煤气混烧 ，可全部消纳富裕煤气 。 1 重点煤气用户 生产线 故障、检修情 况 下 ，煤气供应量最大超过 1 4 0万 m ／ h ，上述 配 置完全可保证煤气不放散。 ， 2 重点煤气产生单位生产线故障、检修 情况下，按照效率优先原则，机组逐次退出运 行 ，且机组退出方便。在极 端最小供应量 为 4 5 万 m ／ h时 ，可以安排 1台 C C P P和 1台煤气炉 运行。 3 重点煤气使用设施 C C P P故障、检修情 况下 ，通过生产调控，充分发挥 2台 1 0 0 0 t ／ h掺 1 0 冶金能源 ENERGY F OR METALL URGI CAL I NDUS TRY V0 1 ． 2 9 No ． 2 Ma r ． 2 Ol 0 烧高炉煤气锅炉约4 5万m ／ h 调节能力，也完全 可以做到不放散。 4 装机容量达到 1 0 0 0 MW，可以实现 自发 电 比例 1 0 0 ％ 。 结论 1 2 2 0 t ／ h全烧高炉煤气锅炉 ，炉 型成熟、投资省 、操作简单、调整方便，应是首 选。 2 C C P P机组应以 1 5 3 MW 为主选 ，该机 组效率高、机型成熟、启停对 系统冲击相对小， 可根据企业规模 ，配置 12台，但不宜过 多。 3 C C P P属于刚性用户 ，负荷变化对效率影响 极大。要做到煤气零放散 ， 必需配置掺烧煤气 的 煤粉锅炉 ，否则煤气备用设施配置就多 ，造成投 资浪费。 4 掺烧煤气 煤粉炉 ，受外界影响小 ， 承担企业稳定供热与安全用电需要 ，是理想煤气 调节用户 ，若政策允许 ，应 以大型为主。 5 发电机组建设位置要便于煤气、蒸汽输送和检修 时候 的煤气、蒸汽调配。 2 ． 2 自发电比例对发 电机组选择的影响 按照国家产业政策以及国外大型钢铁企业的 自发电基本上满足自身钢铁生产的需要 ，即 自发 电比例达到 1 0 0 ％，一个 1 5 0 0万 t 级冶金企业如 果 区域集中，可以上 2台 1 5 3 MW 的联合循环机 组和 2台掺烧煤气的 3 0 0 MW 的煤加气机组。理 由是 1 装 机 容 量达 到 9 0 6 M W，加 上 配套 的 T R T 、C D Q，余热余能发电装置可以达到 自发电 比例 1 0 0 ％。 2 煤气充分利用 ，方式灵 活 ，无论哪台 机组检修都不会造成煤气放散，无论哪台高炉休 风都不会造成机组的解列。 3 电力负荷相对集 中， ’ 只要电网结构合 理可以消化电力。 4 从前面所做 的比较来 看，联合循环机 组有许多比较优势，无论是效率还是排放都优于 常规机组 ，虽然投资较大，在回收期后折旧变小 时 ，供 电成本将小于常规机组。 从钢铁企业的 自身发展来看 ，提高自发电比 例是降低冶金企业生产成本的重要手段 ，同时也 增加了企业的用电安全。一个 1 5 0 0万 t 的钢铁 企业的年电量在 8 O亿 k Wh左右，如果按发电成 本 O ． 3Y r ．／ k Wh 来计算，每 k wh可以节约 0 ． 2 元 ，自发电比例 1 0 0 ％ ，全年可 以节 约 l 6亿元 的外购电成本。 自发电比例每降低一个百分点 ， 钢铁企业就要多支付 1 6 0 0万元的购 电成本 ．经 济效益十分明显。 结论 1 钢铁企业很多发电机组都是小 机组，发电能耗高，分布太散 ，自发电比例也普 遍偏低； 2 利用政策 ，可考虑在保证供热安 全的情况下，争取上大容量 的燃煤 可掺烧煤 气 发电机组和燃气轮机发电机组 。 2 ． 3 机组检修模式对发电机组选择 的影响 热电常规机组基本 上都 能做到 4年一个大 修，时间一般为 2 5天左右 ，燃气轮机 一般 1年 就一个大修，时间是一个月左右 。冶金企业 内部 生产和消耗煤气单位设备检修时间相 比于热电厂 的检修时间来说要短 ，许多是一、两天甚至更短 时间就可 以完成。随着钢铁企业的发展 ，高炉的 容量比较大 ，大修 的周期都在 1 O年左右 ，对热 电机组的影响主要是短时而频繁的煤气波动。所 以在建设 热电机组时要认真考虑这些方 面的影 响。 2 ． 4 企业网架结构对发电机组选择的影响 电网结构如果存在缺陷，会出现 自发电比例 不足 5 0 ％情况下 ，还经常上网现象 ，给企业 造 成损失。合理的电网架构需首先应满足供电的安 全可靠 ，可 以通过两条 联络线 与外 部供 电网联 络 。企业内部的各个枢纽变电所之间可增加联络 线 ，这样有利于企业内部的潮流均衡分配 ，也有 利于企业内部发电设备控制上网电量的发生 ，运 行方式较为灵活 ，经济性 、稳定性也较高 ，整个 企业内部电力系统是一个整体。 2 ． 5 企业装备水平对高炉大小发电机组选择的 影 响 机组选择不仅要考虑煤气利用总量相匹配 ， 还要与高炉大小相匹配 ；1座 2 5 0 0 m 高炉小时 煤气富裕量一般在 1 5 万 m 左右，掺入一定量的 焦炉或转炉煤气与 1座 2 2 0 t ／ h全烧高炉煤气锅 炉 利 用 量 基 本 匹 配 ；2 座 高 炉 与1 台 1 5 3 M WC C P P机组正好匹配，这样 ，当高炉检修 或故障时 ，相应煤气利用设施可逐次退 出运行 ， 且机组退出方便。 2 ． 6 冶金企业布局对发 电机组位置与机组选择 影响 下转第 1 7页 V0 I I 2 9 No ．2 Ma t ． 2 01 O 冶 金能 源 ENERGY FOR METAI J I J URGI CAL I NDUS TRY 1 7 2结语 提高和稳定高炉喷煤量是一项复杂的系统工 程 ，也是钢铁企业降低成本的重要途径。要进一 步提高喷煤比，必须要做好以下工作 1 加强高 煤 比条件下高炉操作 的研究工 作 如未燃 煤粉 的研究 ，煤气 流分 布 的变化 ， 装料制度的变化 ，送风制度的变化 ，压差的控制 等 ，从而提高高炉的操作水平 。 2 进一步提 高精料水平 ，提 高风温。安 钢 7号高炉入炉品位为 5 8 ． O ％ ，风温为 1 1 1 0 o C， 煤 比为 1 8 5 k g ／ t ，而 宝钢 1号 高炉 人 炉 品位 为 6 0 ． 1 5 ％ ，风温 为 1 2 4 6 C，煤 比为 2 l l k g ／ t ，可 见为进一步提高煤 比，应该提高入炉品位 ，降低 焦炭灰分 ，改善焦炭性能 ，同时还应最大限度挖 掘热风炉的潜力 ，尽量使用高风温。 参考文献 [ 1 ]徐万仁，朱仁 良等 ． 高炉高煤比操作实践 [ J ] ．钢 铁 ，2 0 0 5 ，4 0 9 91 2 ，2 9 ． 赵艳编 辑 上接 第 1 0页 发电机组位置除了考虑电厂建设常规的考虑 项 目外 ，还要考虑煤气 系统和供热 系统 的配合。 热 电厂的建设位置要便于煤气输送 ，发电机组的 分布要考虑到高炉检修或热电机组检修时候的煤 气调运。供热系统也要能够保证蒸汽的互相调配 使用，以便确保机组检修时的蒸汽供应不 出现问 题 。布局比较分散的钢铁企业 ，可能存在着煤气 调配有瓶颈 ，互相不能成为一个整体 ，无法有效 地完成煤气的互相调配的问题 ，造成一部分区域 煤气用不完 ，白白放散 ，而另一 区域煤气不够 用 。解决这些问题的时候就要从整个生产系统考 虑 ，优化煤气和蒸汽网络结构 ，力争布局尽可能 合理 ，既要保证局部相对煤气的使用相对平衡 ， 减少煤气运输中造成的能源消耗 ，又要保证煤气 在各区域的使用具备一定的灵活性。 如果 区域分散 ，为了避免能耗损失 ，建议电 厂分布建设 。由于负荷分散不适合上大的机组 ， 为保证电力不上网同时选择效率高的机组 ，还要 满足煤气不放散 、运行方式灵活和区域的蒸汽需 求 ，可在两块区域分别放上 1台 1 5 3 M W 的联合 循环机组和 1台掺烧煤气 的 1 3 5 MW 的煤加气机 组 ，而在中间区域上 2台 2 2 0 t ／ h全烧高炉煤气 和2台6 9 M W 汽轮发电机组。如果生产相对集 中或是新建钢厂 ，可 以上 2台 1 5 3 M W 的联合循 环机组和2台掺烧煤气的3 0 0 M W 的煤加气机组。 3 发电运行方式优化 结合能源中心建设 ，实时监控能源产生、输 送 、使用全过程 ，建立电厂运行调整与全企业能 源供应联动的调度机制 ，实现煤气 、电、蒸汽相 互替代与转换，使企业效益最大化。掺烧煤气煤 粉锅炉在运行方式上可 以有两种选择 一是 全 烧煤发电 ，二是掺烧一定 比例 的煤气发 电 ，运 行方式灵活可靠。在 目前用电按峰、 ‘ 平 、谷不同 的电价情况下 ，依据电力负荷潮流，对煤耗相对 小机组，可以在低谷时间段采用减少煤粉多烧煤 气 的运行方式来降低生产成本 ，在高峰时段带满 负荷。 4 国家政策方面建议 按照 钢铁产业发展政策 “ 钢铁企业必须 发展余热、余 能回收发电，5 0 0万 t 以上规模 的 钢铁联合企业 ，要努力做到电力 自供有余 ，实现 外供 ” ，但在具体实施过程有很 多政策障碍。一 是对于完全符合发展循环经济要求纯煤气发电机 组 ，有资源利用与环保双重效果的，建议国家在 并网政策 、上网价格上给予支持 ，二是对于纯煤 气发电机组 ，应 明确取消备用容量费、并严格执 行发电节能调度。三是上大型掺烧煤气煤粉锅炉 机组，在项 目批复与上网许可等方面给予政策支 持。 钢铁企业，目 前掺烧煤气供热机组都以小机 组为主，建议结合 国家 “ 上大 压小”淘 汰落后 政策，与公共电厂联合建设大型机组。钢厂把煤 气送至电厂 ，电厂负责向钢厂供热、供电 ，并落 实企业直供电政策 ，实现双赢。 万冒编 辑