唐山钢铁集团高炉气回收装置的应用

唐山钢铁集团高炉气回收装置的应用

1高炉煤气在唐钢生产中的地位唐山钢铁集团有限公司成立于1943年。建国以后,特别是“九五”“十五”以来,相继完成了从铁前到冶炼系统多项重大工艺技术配套改造和产品结构调整等项目的改造,逐步形成了工序配套、结构趋于合理、产品有较强竞争力的特大型钢铁联合企业。2004年产铁649万吨、钢724万吨、钢材659万吨,吨钢综合能耗达到735kgce/t。作为唐钢主要生产单位的炼铁厂北区,是一个相对独立的以炼铁生产为主的厂区。1989年投产,先后上了三期工程。有高炉三座,其中2560m3高炉一座,2000m3高炉一座,1260m3高炉一座,年产铁水500万吨;烧结机三台,其中265m2烧结机一台,210m2烧结机一台,180m2烧结机一台;中温中压75t/h锅炉六台,130t/h锅炉一台;与三座高炉相配套的汽轮鼓风机组三套;两套汽轮发电机组,分别为12000kW和25000kW;另有三套TRT发电机组。炼铁生产的副产品——高炉煤气是企业重要的二次能源,在钢铁企业能源组成中占有极重要的地位。目前,高炉煤气主要供高炉热风炉、烧结机点火及动力锅炉使用,部分送炼焦厂焦炉加热使用。发生量为2200万m3/d,占到炼铁工序能源消耗的40%。因此,充分利用好高炉煤气具有十分重要的意义。几年来,我们通过深入开展节能挖潜工作,在煤气综合利用方面取得了显著成效,高炉煤气放散率连年降低,2004年降低到1.48%,实现小于1.5%的目标。2高温气田天然气综合利用的实践2.1提高trt发电效率炼铁北区的三座高炉都配备了TRT装备,在国内是使用TRT较早的企业之一。分别于1992年和1994年在1号、2号1260m3高炉投产了1号、2号TRT,装机容量4500kW;2000年在3号2560m3高炉上又投产了3号TRT,装机容量为10000kW;2002年随着2号高炉扩容到2000m3,又更新2号TRT,装机容量为12000kW。TRT是利用高炉煤气压力推动透平机旋转,把高炉煤气的压力能、热能转化成透平机的机械能;透平机带动发电机旋转,把机械能转化为电能的装置。不安装TRT时,高炉产生的高压高温煤气要通过减压阀组变成低压煤气,温度也有所降低,白白把能量损耗。安装TRT以后,煤气不通过减压阀组,而是通过TRT实现能量回收,煤气经过透平机时,还能除去一定的饱和水和煤气含尘,不改变煤气的化学性质,对煤气用户的使用提供了方便。尽管我们的TRT在国内投产很早,但1995年~2000年1、2号TRT发电量一直不高,1号TRT年发电量甚至没有超过2000万kWh。随着挖潜增效工作的深入开展,公司专门成立了提高TRT发电量攻关组。经过讨论分析,首先从影响TRT发电的几大因素着手,采取措施,提高TRT发电量。(1)增加了TRT入、出口的煤气含尘、水的在线监测,在保证煤气质量的情况下,适当调大二文喉口开度,停用机间喷水,以提高TRT入口煤气压力和流通量;(2)加强减压阀组的检修维护,确保其严密性;(3)适当提高TRT煤气入口温度,由原来的45℃提高到现在55℃左右;(4)建成投产15万m3煤气柜,加强煤气管网的运行管理,停用TRT后脱水器,以稳定出口背压;(5)对伺服控制器调节器PID参数进行调整,以保证高炉顶压稳定,消除静叶波动,增加TRT自动调节发电时间;(6)加强设备管理,减少因设备造成的事故隐患,提高作业率。另一方面强化运行管理,严格考核。在全厂范围内广泛开展技术培训活动,使职工的技术素质得到普遍提高。同时还在班组之间开展小指标竞赛、推广“124”先进操作法等,保证了设备长期稳定运行,从而提高发电量。通过以上措施的实施,TRT发电量显著提高(表1)。目前,TRT机组的吨铁发电量为30kWh(3号TRT达到32kWh),发电成本仅为0.11元/kWh,与外购电相比利润在0.3元/kWh以上,吨铁可降低成本9元,为企业创造了巨大效益。2.2路桥气体在锅炉中的应用(1)锅炉结构及设计炼铁北区共有7台动力锅炉,其中1号~4号锅炉为HG-73/3.82-MQ10型锅炉,原设计为煤粉煤气混烧锅炉,煤粉与煤气的热量比为60%比40%,即以煤粉为主要燃料,掺烧部分高炉煤气;5号、6号锅炉为JG-75/3.82-Q型纯烧高炉煤气锅炉;7号锅炉为JG-130/3.82-Q型纯烧高炉煤气锅炉。(2)高炉煤气的燃烧及放散量高炉煤气为炼铁副产品,是一种易燃、易爆、有剧毒的气体燃料。高炉煤气其组成成分中惰性气体(N2、CO2等)占大部分,,且可燃成分主要为CO;因而它的低位发热值极低,仅为2930~3550kJ/m3,一般不易着火和燃尽。高炉煤气的特性决定了其理论燃烧温度低(1250~1300℃),这个温度仅为燃煤理论燃烧温度的60%左右,其运行的物理特性是火焰的中心温度较低、化学反应速度也低。高炉煤气的供应量受外界生产的影响很大,经常出现煤气压力不稳定、供应量频繁波动的情况。高炉煤气燃烧不但易回火,且易脱火,燃烧的稳定性、安全性难以保证;同时在使用过程中易发生泄露中毒的危险。由于存在上述情况,高炉煤气一般通过直接排空或与焦炉煤气混合后燃烧等方法来处理,这两种处理方式均有不利因素,前者不仅浪费能源,还污染了大气;后者需要大量优质燃料——焦炉煤气,且工艺复杂。基于上述原因,锅炉投产前几年在使用高炉煤气上存在畏惧心理,放散量大。在钢铁联合企业中,1995年前炼铁北区高炉煤气放散率一直戴着倒数第一的帽子(>25%)。炼铁北区每年都有四分之一以上的高炉煤气被白白放掉,不仅污染了环境,而且造成了大量的能源浪费。仅1995年损失的高炉煤气折合能源达9.1万tce,而且锅炉年消耗动力煤10万多吨,这是一个极大的能源浪费。(3)采取措施防止和惩罚开展煤气综合利用攻关活动一是严格煤气综合利用的考核工作。在公司编制年度生产经营责任制时,将锅炉使用高炉煤气量纳入炼铁北区的经营指标,作为一种鼓励政策,锅炉使用煤气将得到一定的奖励,并按月进行严格考核。通过这项措施的落实,提高了炼铁北区对锅炉使用煤气的重视程度,为开展好煤气综合利用打下了基础。二是组织开展煤气综合利用攻关活动。在强化煤气综合利用经济责任制的基础上,在不同时期,分重点组织开展煤气利用攻关活动。主要内容有:锅炉实现不烧油、提高焦炉煤气置换量、降低高炉煤气放散率、降低动力煤消耗、锅炉实现不烧煤等。这些攻关活动与节能降耗经济责任制相辅相成,互为促进并实行重奖重罚,有效地调动了有关单位利用煤气的积极性,推动了公司煤气综合利用工作的上水平。炼焦高炉煤气气的放散率1995年8月份,跨度近10公里的炼铁北区至炼焦高、焦炉煤气置换工程顺利建成和投产,对降低放散率起到了举足轻重的促进作用。炼铁北区每日送炼焦高炉煤气100万m3,使放散率下降了8~10个百分点;炼焦3号焦炉加热改烧高炉煤气后,置换出的焦炉煤气可送炼铁北区20万m3/d左右。优质的焦炉煤气资源,为炼铁北区实现高炉煤气合理利用奠定了基础。烟气的合理调度组织生产高炉煤气的特点是由高炉生产的实际情况决定的,随着高炉生产的波动,产气量及压力随之变化。特别在热风炉换炉期间,对煤气管网压力的影响很大。为此,我们根据煤气的平衡情况,制定了详细的煤气使用规则,按煤气的实际情况合理调度组织生产。首先,要求热风炉的点停必须错开时间,不能几台同时点火,以免造成管网压力过低,影响其他用户的使用;也不能同时停用,防止管网压力过高,导致煤气排水器被击穿,发生煤气泄露事故。其次,各煤气用户必须严格执行煤气调度指令,在用量发生较大变化时要及时通知煤气调度,得到允许后才能进行操作。另外,15万m3高炉煤气柜的利用,对管网煤气压力的调整起到了很大的帮助,当煤气量过剩煤气压力较高时,煤气柜要充满。而当高炉煤气管网供气不足,压力低时,开启煤气柜补充管网煤气量,提高管网压力,从而缓解煤气压力大幅度波动对锅炉燃烧造成的不利影响,保证了煤气供应量的相对稳定。提高了烟气燃烧能力1号~4号锅炉原设计燃料热量比为60%煤粉+40%高炉煤气。为增加其煤气使用量,首先我们在原锅炉输配高炉煤气管网的基础上又增加了一条>1400的煤气输配管,解决了输配能力不够的问题;其次,对锅炉煤气燃烧器进行重新设计并实施了技术改造。改造后煤气火嘴的流通直径由219mm增加到377mm,每个火嘴流通面积增加了0.074m2,每台锅炉有8个煤气燃烧器,流通面积共增加了0.59m2,每小时可多烧煤气2万多m3,很大程度上提高了锅炉多烧高炉煤气的能力;同时对相应的二次风系统也进行了改造,以适应燃料量增加后的需要,保证高炉煤气的充分燃烧。与改造前相比,每台锅炉的煤气使用量增加了2.8万m3/h。炉内蓄热稳火焰器1998年,我们对煤气利用有了更深的认识,开始积极探索、使用更加先进的煤气利用技术,在与三期高炉配套的5号、6号锅炉上大胆地选择了纯烧煤气的炉型。即以高炉煤气为主要燃料,焦炉煤气作为点火燃料。此炉型在设计上的独特之处,在于炉膛内设置蓄热稳焰器,更好地适应了高炉煤气燃烧的需要。稳焰器的结构为圆塔形,由高强、高热震稳定性耐热材料组成,设置在燃烧器区域炉膛中心位置,燃烧器布置为四角切圆形式。运行时,该装置的温度一般在1000℃以上。它的存在提高了燃烧器区域的温度,加快了煤气燃烧速度,使燃烧更完全、更稳定。在高温度场下,稳焰器对水冷壁产生一定的辐射热,使水冷壁吸收的热量更多。火焰的假想切圆与稳焰器相切,没燃尽的煤气掠过稳焰器外表面,高温进一步加热了煤气,使之燃烧干净。实践证明,设有稳焰器燃烧效率高达99.5%。同时稳焰器储存一定的热能,起到了稳定炉内燃烧工况的作用。炉内蓄热稳焰器是唐钢与江联公司共同研制的。该项工艺设备,在国内属首次应用,技术达到国内领先水平。高炉煤气锅炉炉内蓄热稳焰器装置已获国家专利,专利号ZL96224331.0。配套的2.5万kw煤粉锅炉根据高炉的产气量和煤气的平衡,在对老锅炉进行改造的同时,我们还适时地建设了一座130吨纯燃高炉煤气的锅炉和与之相配套的2.5万kW中温中压抽汽式汽轮发电机组,2000年10月正式投产,每小时消耗高炉煤气14.3万m3,富余的高炉煤气不但能够满足2.5万kW汽轮发电机组满负荷发电的要求,又满足了部分外网蒸汽用户的需要,在一定程度上缓解1号~4号锅炉负荷高、煤气少的工艺欠缺。从而使炼铁北区高炉煤气放散率由2000年的8.65%降到目前的1.5%以下。降低锅炉热损失的措施纯烧高炉煤气锅炉,排烟热损失大是影响锅炉热效率的主要因素。为提高锅炉热效率,降低吨汽煤气耗量,用节约下来的煤气供应其它用户。我们于2002年分别在5号、6号、7号锅炉上加装了热管换热器,实现了烟气余热的回收利用。利用烟气余热加热入炉高炉煤气,使高炉煤气的入炉温度达90℃左右,而锅炉的排烟温度降低到115℃左右。减少了锅炉的排烟热损失,提高锅炉有效利用热,三台锅炉热效率分别提高了3%、3.9%、3.5%。从而使吨汽高炉煤气消耗量降低了105m3。以上是几年来,为充分利用高炉煤气,在锅炉燃料结构上做的主要工作。从以煤粉为主要燃料,掺烧部分高炉煤气的混烧锅炉,到现在以高炉煤气为主要燃料,焦炉煤气作为点火稳焰燃料,取得的成效是巨大的。我公司的全燃高炉煤气锅炉已实现负荷低至40%左右时仍可以稳定燃烧,必要时还能实现短期内超负荷运行。特别是在2004年3月5日,对于动力锅炉机组是转折性的时刻,为烧煤粉锅炉设计的除灰水系统拆除,这标志着锅炉烧煤粉历史的彻底结束。到2005年,与炼铁北区1号1260m3高炉扩容改造同步,建设的一台130t/h全燃高炉煤气中温中压蒸汽锅炉及一套25000kW发电机组投产后,不仅可以真正实现高炉煤气的零放散,而且炼铁北区自发电量可实现自给自足,届时将产生巨大的社会效益及经济效益。3成就与体验3.1建立新型高炉煤气放散效果几年来,我们通过狠抓高炉煤气的综合利用,有力地促进了企业节能降耗水平的提高,为企业创造了较大的经济效益。一是能耗指标大幅度降低企业吨钢综合能耗由2000年的943kgce,降低到2004年的735kgce,与2000年相比降低208kgce,年节能量达151万tce,节能率为22.1%。其中仅炼铁北区减少高炉煤气放散亏损,使吨钢综合能耗降低10kgce。二是削减了企业污染物的排放量炼铁北区高炉煤气放散率大幅度降低,由2000年的8.65%降到2004年的1.48%,年少放散高炉煤气6亿m3。从而大大改善了环境质量,取得了明显的社会效益。三是降低了外购能源量,减少了外购能源费用①动力锅炉通过增加高炉煤气使用量,节约了大量的动力煤和用于锅炉调整负荷使用的柴油。1998年停止了外购柴油,每年仅节约外购动力煤费用就达2000多万元,2004年锅炉已实现不烧煤。②TRT发电机组和锅炉热电机组的发电水平不断提高,自发电占总用电比例逐年上升,由2000年的27.4%提高到2004年的66.2%,减少了外购电量。到2005年,新建2.5万kW机组投放运行后,炼铁北区可实现全部用电量自给自足(表2),每