清潔生產(chǎn)論文-余熱余壓在鋼鐵行業(yè)上的應(yīng)用

1、摘要：實現(xiàn)“十一五”規(guī)劃的節(jié)能減排目標，我們應(yīng)該多了解各種節(jié)能減排技術(shù)，應(yīng)用到各行各業(yè)中去，并不斷創(chuàng)新和發(fā)展，增加科技含量，節(jié)約能源，保護環(huán)境！利用余能建設(shè)自備電站發(fā)電和利用高爐爐頂煤氣余壓采用trt技術(shù)發(fā)電的情況。重點分析余熱余壓發(fā)電技術(shù)在鋼鐵行業(yè)上的應(yīng)用情況。重點分析trt技術(shù)發(fā)電。關(guān)鍵詞: 清潔生產(chǎn) 節(jié)能減排 余熱余壓 余能 trt技術(shù)發(fā)電引言清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進設(shè)計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術(shù)與設(shè)備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源（含能源）利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務(wù)和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放。以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。我國

2、先后頒布了“中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進法”和“清潔生產(chǎn)審核暫行辦法”等法律法規(guī)。鼓勵和促進清潔生產(chǎn)，以實現(xiàn)節(jié)能、降耗、減污、增效。為實現(xiàn)“十一五”規(guī)劃的節(jié)能減排目標，我們應(yīng)該多了解各種節(jié)能排污技術(shù)，應(yīng)用到各行各業(yè)中去，并不斷創(chuàng)新和發(fā)展，增加科技含量，節(jié)約能源，保護環(huán)境！說到節(jié)能，并不僅僅是量的節(jié)約，而更是要提高能源的利用率。根據(jù)目前我國石油，煤等的使用量，可知我們能源的利用量可觀，但其中有相當?shù)囊徊坎粌H沒有被利用，還轉(zhuǎn)化成污染物，破壞環(huán)境。面臨這種能源壓力，我們要提高能源的利用率。很多沒有被利用的能源都是以余熱余壓等方式被損耗掉。因此，我們要充分利用好余熱余壓，以到實現(xiàn)節(jié)能減排。鋼鐵行業(yè)是耗能

3、大戶，其能源的利用率僅為30%50%。生產(chǎn)過程中不僅有大量的余能被白白浪費，同時造成環(huán)境污染。隨著鋼鐵節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，各種高效率的余能利用的技術(shù)越來越成熟。其中利用鋼鐵生產(chǎn)過程中的余熱、余壓發(fā)電是許多鋼鐵企業(yè)技術(shù)改造的重要內(nèi)容。目前鋼鐵企業(yè)利用余能發(fā)電主要有3種形式：一是利用高溫介質(zhì)的顯熱,生產(chǎn)蒸汽進行熱力發(fā)電。如焦炭生產(chǎn)采取干熄焦工藝時，通過氮氣熄焦降溫時所產(chǎn)生的高溫氮氣，加熱鍋爐轉(zhuǎn)換蒸汽進行發(fā)電；二是利用富余的高爐煤氣、焦爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，以燃料能的形式進行熱力發(fā)電。如鋼鐵企業(yè)建設(shè)自備電廠，實行熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電；三是利用生產(chǎn)過程中各種壓差，轉(zhuǎn)換成電能的形式發(fā)電。如利用高爐生產(chǎn)過程中的爐頂壓力,

4、 采用trt 技術(shù)進行發(fā)電。所有這些技術(shù)，都在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程中被成熟地應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。目前有少數(shù)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，充分利用余壓、余熱發(fā)電，基本做到了電力自給。1、余壓發(fā)電在煉鐵時，焦炭，鐵礦石投入高爐，要用鼓風(fēng)機吹進大量熱風(fēng)，熱風(fēng)中的氧氣一旦接觸焦炭中的碳，就會立即燃燒，產(chǎn)生大量煤氣大部分煤氣和鐵礦石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分離出鐵余下的煤氣就像高壓鍋燒開了飯菜一樣，從減壓閥白白放掉了利用這部分余壓發(fā)電，叫高爐頂壓力發(fā)電。1969年，蘇聯(lián)首先試驗成功余壓發(fā)電，日本后來居上。日本的川崎鋼鐵公司，在21座高爐上安裝了這種發(fā)電機，每月發(fā)電量竟高達1.2億度。據(jù)估計，一座鋼鐵廠的高爐，全

5、部裝上爐頂發(fā)電機，可以提供全廠5的用電量。爐頂發(fā)電機只是利用高爐煤氣積蓄的壓力能，不需要消耗一點煤氣；同時，經(jīng)過渦輪機發(fā)電后的煤氣，水分和粉塵都有所降低，煤氣的質(zhì)量改善了。煉鐵生產(chǎn)中，高爐爐頂煤氣壓力大于0.03 兆帕?xí)r，稱為高爐高壓操作。高爐煤氣在高壓操作下具有一定的壓力能。采用煤氣余壓發(fā)電技術(shù)裝備(trt)可將這部分壓力能回收，其設(shè)備的工作原理是煤氣的余壓使煤氣在透平機內(nèi)進行膨脹做功，推動透平機轉(zhuǎn)動，進而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，發(fā)出一定的電量。trt裝置所發(fā)出的電量與高爐煤氣的壓力和流量有關(guān)，一般噸鐵發(fā)電量為30千瓦時40千瓦時。高爐煤氣采用干法除塵可以使發(fā)電量提高36%，且溫度每升高10，會使透

6、平機出力提高10%，進而使trt 裝置最高發(fā)電量可達54 千瓦時噸鐵。高爐爐頂余壓發(fā)電的工藝流程高爐荒煤氣經(jīng)重力除塵器后的半凈煤氣管道進入布袋除塵器的進氣總管。在布袋除塵器進氣總管和布袋除塵器之間設(shè)有一個旁路，在旁路上設(shè)有冷熱交換器，用于煤氣的升溫和降溫。布袋除塵器的布袋是氟美斯化纖制品，其工作溫度為80250，瞬間不允許超過500。煤氣溫度低于80易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，布袋內(nèi)有露水會與灰塵結(jié)球，造成布袋除塵的除塵效果下降，嚴重時會導(dǎo)致煤氣流流動不暢；煤氣溫度高于250會使布袋變脆，甚至燒損。所以，設(shè)置旁路冷熱交換器來應(yīng)對煤氣溫度的變化。是干式布袋除塵器能夠正常工作的條件。下一步，從干式布袋除塵器出

7、來的凈煤氣將進入透平機。這時的凈煤氣溫度在120180之間，含塵量為1.24.6毫克立方米。從透平機出來的凈煤氣進入企業(yè)的凈煤氣管網(wǎng)。一些煉鐵企業(yè)高爐煤氣采用濕式除塵方法，即在重力除塵器之后采用文式管除塵設(shè)備，出來的凈煤氣仍可進入透平機去發(fā)電。從工作原理上看，trt裝置代替了原來煤氣系統(tǒng)的高壓閥組，不同的是，原煤氣系統(tǒng)的高壓閥組將煤氣的壓力能白白泄漏掉了，而trt 裝置可以回收高爐鼓風(fēng)能量的30%左右。1、1 trt 發(fā)電原理及生產(chǎn)運行特點高爐爐頂煤氣余壓透平發(fā)電裝置, 是利用高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能, 經(jīng)透平膨脹作功, 驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電的裝置。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中, 高爐爐頂?shù)膲毫σ话阍?/p>

8、180kpa, 高爐煤氣在通過除塵后再經(jīng)過減壓閥組減壓至10kpa 左右, 作為燃料使用。由此, 壓力能和熱能被白白浪費在減壓閥組上, 造成大量的能源浪費和噪聲污染。trt生產(chǎn)運行的特點是用trt 裝置替代減壓閥組, 減壓閥組作為備用。不改變原高爐煤氣的品質(zhì),也不影響煤氣用戶的正常使用, 卻回收了減壓閥組釋放的壓力能, 凈化了煤氣, 降低了噪聲, 有效地控制了高爐的操作條件。裝置在運行過程中不產(chǎn)生污染, 幾乎沒有能源消耗, 發(fā)電成本極低。1、2 提高trt 系統(tǒng)發(fā)電量的途徑目前，全國已有130 多套trt系統(tǒng)在運行，但是其發(fā)電量有很大的差異。除采用干法除塵與濕法除塵所造成的差異之外，尚有多種因

9、素存在。各企業(yè)要根據(jù)自身的具體情況進行技術(shù)分析，采取有效的措施，盡早讓trt發(fā)揮出應(yīng)有的功效。提高trt發(fā)電量的措施主要有以下幾條：一是積極采用高爐煤氣干法除塵技術(shù)裝備。二是提高高爐爐頂煤氣壓力，減少煤氣從爐頂?shù)酵钙綑C的壓力損失。提高爐爐頂煤氣壓力還可以帶來產(chǎn)量的提高、高爐操作穩(wěn)定、可以冶煉低硅鐵等方面的好處。三是保持高爐煤氣穩(wěn)定地以最大發(fā)生量供給透平機，這就要求高爐生產(chǎn)要穩(wěn)定地處于高水平狀態(tài)。這樣就可以關(guān)閉煤氣系統(tǒng)的高壓閥組，使高爐煤氣全量通過trt 透平機。四是適當提高trt煤氣入口溫度。高爐正常生產(chǎn)狀態(tài)下爐頂溫度應(yīng)小于250，在超過350時就要采取打水降溫措施。在煤氣壓力不變的條件下，煤

10、氣溫度高，煤氣壓透平機內(nèi)體積膨j張大，就會使發(fā)電量提高。優(yōu)化處理好高爐爐頂煤氣溫度和trt發(fā)電能力，尋找好操作的最佳點是提高發(fā)電量的有效方式。五是調(diào)整好trt入口的靜葉角度。在煤氣管網(wǎng)中設(shè)置能進行煤氣壓力調(diào)節(jié)的設(shè)備，通過調(diào)整靜葉片的角度，來控制煤氣的壓力和輸出功率，可以使高爐爐頂壓力波動小，同時trt的輸出功率也可以處于穩(wěn)定狀態(tài)，這可以用小型計算機來進行控制。六是提高trt設(shè)備運行率。首先，要提高trt設(shè)備的開工率，延長trt穩(wěn)定運行的時間，并力爭在高水平狀態(tài)下工作，同時加強對trt設(shè)備的維修、保養(yǎng)、合理操作.及時排除各種設(shè)備故障；其次，要提高trt操作人員的技術(shù)水平，維修水平等。七是合理優(yōu)化

11、trt工藝技術(shù)參數(shù)。優(yōu)選trt工作性能曲線，使trt功能與高爐正常生產(chǎn)進行優(yōu)化匹配，同時又能應(yīng)對高爐操作變化。一般trt透平機出力與高爐有效容積比為4.04.3。1、3 高爐妒頂余壓發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景目前，我國高爐trt技術(shù)裝備發(fā)展不平衡，已有設(shè)備水平有待進一步提高，尚有一批高爐需要增添trt設(shè)備。首先，高爐爐頂壓力大于120千帕的高爐均應(yīng)配置trt設(shè)備。從動力學(xué)角度出發(fā)，煤氣壓力大于120千帕?xí)r推動透平機發(fā)電會產(chǎn)生經(jīng)濟效益，并不是以高爐爐容大小來劃分。我國個別380立方米容積的高爐爐頂壓力已達到120千帕。新修訂的高爐煉鐵工藝設(shè)計規(guī)范中已明確指出：高爐(指鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策中規(guī)定的容積大于10

12、00 立方米的高爐)必須設(shè)置高爐爐頂煤氣壓余發(fā)電裝置，余壓透平發(fā)電裝置應(yīng)與高爐同步投產(chǎn)。目前，我國380立方米以上容積的高爐有332座，1000立方米以上容積的高爐有108座。全國現(xiàn)有130多套trt設(shè)備在運行，約有近80座高爐準備增添trt設(shè)備，仍有一部分高爐沒有使用trt技術(shù)裝備。所以說，trt技術(shù)裝備還應(yīng)大力推廣。已有trt 設(shè)備運行的總體運行狀態(tài)尚不理想，也是目前需要注意的一個問題。絕大多數(shù)高爐還在采用濕法除塵技術(shù)裝備，發(fā)電潛力較大。一部分企業(yè)trt設(shè)備管理和操作水平不高，致使trt設(shè)備沒有達到設(shè)計能力。我國高爐爐頂煤氣壓力水平與國外相比還存在較大差距，這也影響了trt設(shè)備能力的發(fā)揮。

13、據(jù)統(tǒng)計，2005年寶鋼3號高爐(4350立方米)的爐頂壓力為234千帕，是我國高爐爐頂壓力最高的高爐，鞍鋼6號高爐(3200立方米)頂壓為232千帕，首鋼3號高爐(2536立方米)頂壓為197千帕，武鋼1號高爐(2200立方米)頂壓為209千帕，柳鋼7號高爐(1080立方米)頂壓為181千帕，均是同類型容積高爐頂壓較高的高爐。2、 余熱發(fā)電余熱是在一定經(jīng)濟技術(shù)條件下，在能源利用設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總

14、量的17%67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。鋼鐵廠在高爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度大約為1000，此爐渣在沖渣箱內(nèi)由沖渣泵提供的高速水流急冷沖成水渣并?；怨┥a(chǎn)水泥之用。這一過程中能夠產(chǎn)生大量溫度在80-95的低溫?zé)崴?。研究表明，沖渣水溫度越低，其爐渣制成的水泥活性越高。因此在目前的生產(chǎn)工藝中，沖渣水是在沉淀過濾后引人空冷塔，冷卻后再次循環(huán)沖渣。這樣使得很大一部分熱量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪費，又對環(huán)境造成了熱污染。高爐沖渣水余熱的利用有很大的發(fā)展空間。2、1 余熱利用途徑余熱的回收利用途徑很多。一般說來，綜合利用余熱最好；其次是直接利用；第三是間接利用（產(chǎn)生蒸汽

15、用來發(fā)電）。如鋼鐵工業(yè)：鋼鐵廠中的焦爐。目前我國大中型鋼鐵企業(yè)具有各種不同規(guī)格的大小焦爐50多座，除了上海寶鋼的工業(yè)化水平達到了國際水平，其余廠家能耗水平都很高，大有潛力可挖。煉鋼廠中的轉(zhuǎn)爐煙氣發(fā)電，目前全國有25噸以上的轉(zhuǎn)爐達240座，按3座配備一套發(fā)電系統(tǒng)，可配置發(fā)電量為3000kw的電站80座。煉鋼廠中的電熔爐，目前全國有20多座，其中65噸級可發(fā)電量在5000kw/座以上。利用生產(chǎn)過程中多余的熱能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。余熱發(fā)電不僅節(jié)能，還有利于環(huán)境保護。余熱發(fā)電的重要設(shè)備是余熱鍋爐。它利用廢氣、廢液等工質(zhì)中的熱或可燃質(zhì)作熱源，生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電。由于工質(zhì)溫度不高，故鍋爐體積大，耗用金屬多。用

16、于發(fā)電的余熱主要有：高溫?zé)煔庥酂?，化學(xué)反應(yīng)余熱，廢氣、廢液余熱，低溫余熱（低于200）等。此外，還有用多余壓差發(fā)電的；例如，高爐煤氣在爐頂壓力較高，可先經(jīng)膨脹汽輪發(fā)電機繼發(fā)電后再送煤氣用戶使用。2、2 設(shè)備介紹單級蒸汽透平機廣泛應(yīng)用于各過程工業(yè)領(lǐng)域，普遍作為水泵、油泵、風(fēng)機、壓縮機和發(fā)電機的穩(wěn)定、經(jīng)濟的驅(qū)動設(shè)備。多級蒸汽透平機：高可靠性和穩(wěn)定性成就了多級透平機在過程工業(yè)領(lǐng)域中占有重要的地位。多級透平機具有既注重可靠性更保證高效率的特點，可以迎合不同工業(yè)能量部門的需求。蒸汽透平發(fā)電機組：為客戶提供量身定制的蒸汽透平發(fā)電機組解決方案。飽和蒸汽透平發(fā)電機組以其穩(wěn)定和高效的特點為飽和蒸汽的利用開辟了完

17、美的途徑。3、 余熱余壓利用的經(jīng)濟效益三鋼集團公司近年來把利用余熱、余壓發(fā)電作為企業(yè)綜合利用的重點工程來抓。除了利用干熄焦工藝發(fā)電,對于中小型焦爐因投資較大,回收期較長,目前尚未實施外,其它兩種形式的發(fā)電,都已建成投產(chǎn), 并取得了預(yù)期的效益和效果。3、1 trt運行效益評價及分析采用這套高爐煤氣余壓發(fā)電,年設(shè)計凈回收電量約在3051.5107kwh,節(jié)能效益相當可觀。同時改善環(huán)境,減輕了環(huán)境污染,社會效益非常顯著。3、2 經(jīng)濟效益分析工程投資少、運行費用低、效率高、減少環(huán)境污染等特點。從項目財務(wù)指標測算來看。項目全部投資收益率高達28.56%, 全部投資回收期僅為4.37a(含建設(shè)期1a),詳

18、見主要技術(shù)經(jīng)濟指標表。從目前的運行情況來看,日發(fā)電量平均都在9.80萬kwh 左右, 年實際發(fā)電量可達3479萬kwh。按照0.51元/kwh的平均外購電價, 扣除運行成本0.1533元/kwh, 正常運行達產(chǎn)后,年直接經(jīng)濟效益達1266萬元。通過盈虧平衡分析,平衡點為22.2%,就是說生產(chǎn)能力利用率達到22.2%時就可保本,說明此項目具有很強的抗風(fēng)險能力。通過敏感性分析表明,該項目具有很強的抗市場風(fēng)險能力。3、3 trt運行效果及社會效益評價高爐系統(tǒng)中安裝trt裝置,既不改變高爐系統(tǒng)的原有設(shè)備,一旦trt側(cè)發(fā)生故障,能夠立即轉(zhuǎn)換到原有的設(shè)備繼續(xù)生產(chǎn)；也不需要改變高爐系統(tǒng)的操作方式,更不會改變

19、高爐煤氣的性質(zhì)。高爐操作人員能夠安全、方便地運行trt。其實際效果及社會效益主要體現(xiàn)在：(1)年可減少排放co2量約2.12萬t。(2)trt裝置運轉(zhuǎn)后,爐頂壓力調(diào)節(jié)采用計算機自動控制可調(diào)靜葉調(diào)節(jié),使高爐爐頂壓力更加穩(wěn)定,冶煉操作更容易控制。(3)充分利用爐頂余壓,平均發(fā)電量為36kwh/t鐵。(4)大大減少粉塵排放,煤氣含塵量降低至3mg/m3以下,并且降低煤氣中機械水含量,減少污染。(5)設(shè)置trt裝置后,煤氣不再由減壓閥組放散,環(huán)境噪聲大大降低,由原來的123分貝降至85分貝以下。環(huán)境質(zhì)量明顯得到改善。4、 結(jié)論我國經(jīng)濟快速增長，各項建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價，經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，群眾對環(huán)境污染問題反應(yīng)強烈。這種狀況與經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理、增長方式