浅谈高炉煤气在鞍钢的发电利用

1 高炉煤气的性质
高炉是冶金生产中燃料的巨大消费者，高炉燃料 的热量约 60%转移到高炉煤气中。高炉煤气是无色、无 味的可燃气体，发热量为 3.35～4.19 MJ/m3，约 800~1000 Kcal/m3，理论燃烧温度 1400~1500 ℃，着火点为 700 ℃ 左右。作为高炉冶炼过程中的副产煤气，其特点是热值 低 、产 气 量 大 ，与 空 气 混 合 爆 炸 的 范 围（体 积 分 数）在 40％~70％，其成分中的氮气和二氧化碳会使人喘息和 窒息，而一氧化碳是有毒成分，也使得高炉煤气极易造 成人体中毒。因而，无法燃用的高炉煤气必须经过点火 燃烧后方可放散到大气当中。
作者简介：吴丹（1985-），男，湖北石首人，大学专科，助理工程师，主要研究方向：煤气管道输送。
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冶金与材料
第 40 卷
30~40kW·h。高炉煤气采用干法除尘可以使发电量提高 36%，且温度每升高 10℃，会使透平机出力提高 10%， 进而使 TRT 装置最高发电量可达 54kW·h/t 铁。 2.2 CCPP 发电
第 410期卷 第 1 期 2020 年 2 月
冶金与材料
Metallurgy and materials
Vol.40 No.1 February 2020
浅谈高炉煤气在鞍钢的发电利用
吴 丹，赵双鹏，黄金船，马 强，杨金海
（鞍钢股份有限公司能源管控中心，辽宁 鞍山 114000）
摘 要：鞍钢现有高炉 8 座，2018 年铁产量 1757.39 万吨，同时会产生大量的高炉煤气。以前为了稳定高炉煤气 管网压力的稳定，常采用高炉煤气点燃放散。浪费了大量的高炉煤气。在钢铁行业进入微利时代，能源消费成为 各企业降低生产成本的有效突破口，因此，高炉煤气的供需平衡是生产稳定的基础，煤气资源的合理有效利用 对公司的能源效益有着重要的影响。 关键词：高炉煤气；TRT；CCPP
CCPP（Combined Cycle Power Plant，燃气蒸汽联合循 环 发 电 机 组）主 要 是 先 将 天 燃 气 或 其 他 可 燃 气 体 经 燃 气压缩机加压，与压送至燃烧室的空气混合燃烧，生成 高 温 、高 压 的 气 体 ，经 燃 气 透 平 机 膨 胀 做 功 ，推 动 燃 气 透平带动压缩机和外部负荷高速旋转：从燃气透平中 排出的废气引至余热锅炉，产生高温、高压蒸汽驱动汽 轮机，与燃气透平一起带动发电机发电。从鞍钢剩余煤 气（包括高炉煤气、焦炉煤气）利用的高效化、优先级上 考虑，应优先将剩余煤气用于热转换效率高的蒸汽－ 燃气联合循环装置，最终使剩余煤气达到零放散。这样 既充分利用能源，又减少了放散气体对大气的污染。
空气
空气过滤器
噪声
空气加压机
锅炉除氧器
高炉煤气 噪声 加压机
废气
噪声
高温高压烟气
燃烧器
燃气轮机
发电
废水 高温烟气
噪声
余热锅炉 中温中压蒸汽凝汽式汽轮机
现有电
鞍钢 CCPP 发电高炉煤气和焦炉煤气的使用量每 小时分别为 44 万 m3 和 7.5 万 m3 高炉煤气主要来源为 鞍钢 8 座高炉。高炉目前的产气量合计为 1287700m3， 焦炉煤气的产气量为 291428 m3。根据鞍钢全厂煤气平 衡可知，鞍钢高炉煤气和焦炉煤气量完全可以满足 CCPP 发电的需要。每年利用高炉煤气和焦炉煤气 CCPP 发电 总量 215280 万 kW·h。
煤气———是鞍钢炼焦、炼铁、炼钢生产过程中产生 的副产品，是鞍钢自产的二次能源资源，它的有效利用 可以大小减少外购二次性能源，是实现节能降耗、降低 成本、增强企业竞争的重要途径。
随着鞍钢大规模的技术改造，加强燃料结构调整， 燃 气 逐 步 替 代 了 外 购 的 天 然 气 、液 化 气 、重 油 ，还 替 代 了部分煤炭资源，煤气已占鞍钢能源消耗的 30%。煤气 工艺的发展也趋于合理稳定，已在投运的 2 座 30 万 m3 高炉煤气柜，1 座 15 万 m3 焦炉煤气柜，西区的三座 8 万 m3 转炉煤气柜的和 12 万立的转炉煤气柜和一个 15 万 m3 转炉煤气柜，已投运的一发电两座 220t 煤气炉及 二发电 4 个 CCPP（燃气轮机发电机）的投运，及正在建 设的 18 万 CCPP（燃气轮机发电机）的建设与投产将会 安全稳定煤气管网压力，减少放散，对有效利用二次能 源资源、煤气用户的热值和压力稳定产生巨大的作用。
2 高炉煤气的利用
2.1 TRT 发电 目前鞍钢共有 6 个 TRT 发电机组，每年发电总量
62790.4 万 kW·h。
图 1 TRT 机组 炼铁生产中，高炉炉顶煤气压力大于 0.03MPa，称 为高炉高压运作。高炉煤气在高压运作下具有一定的 压力能。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。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
从 钢 铁 厂 剩 余 煤 气（包 括 高 炉 煤 气 、焦 炉 煤 气）利 用的高效化、优先级上考虑，应优先将剩余煤气用于热 转换效率高的蒸汽－燃气联合循环（CCPP）装置，最终 使剩余煤气达到零放散。这样既充分利用能源，又减少 了放散气体对大气的污染。
高炉炉顶煤气余压发电的基本原理高炉炉顶煤气 余压回收透平发电装置（简称 TRT）是目前世界最有价 值的二次能源回收装置之一。TRT 是利用高炉炉顶煤 气中的压力能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发 电，再通过发电机将机械能变成电能输送给电网，可回 收高炉鼓风能量的 30%左右。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 30~ 40kW·h。 高 炉 煤 气 采 用 干 法 除 尘 可 以 使 发 电 量 提 高 36%，且温度每升高 10℃，会使透平机出力提高 10%， 进而使 TRT 装置最高发电量可达 54kW·h/ 吨这种发电 方式既不消耗任何燃料，也不产生环境污染，是高炉冶 炼工序的重大节能项目，经济效益十分显著。