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摘要：本文通过钢铁企业炼铁厂剩余高炉煤气发电的具体工程实例，阐述了该项节能技术具有良好的经济效益和环保效益，它投资小、见效快，值得在钢铁企业推广和运用。
关键词：高炉煤气发电效益
中图分类号：TH183.2 文献标识码：A 文章编号：
1．概述
邯郸西部位于太行山麓，铁矿石蕴藏量十分丰富，邯郸市及武安市是以钢铁为主导的现代化新兴城市。但在钢铁行业发展的同时，带来高炉炼铁生产排放剩余煤气对当地对环境的污染和能源浪费的问题。
目前，国家有关部委出台了各类新的能源政策，其中包括鼓励利用废弃能源如高炉煤气、煤矸石等发电项目建设。在国家能源开发和节能并举政策的指引下，利用高炉剩余煤气发电，既可治理环境，减少污染，同时又可提高企业的社会效益和经济效益。
本文以我公司设计的某钢铁集团炼铁厂高炉剩余煤气发电工程设计实践，论述高炉剩余煤气发电建设中的炉机选型、系统配置和经济效益分析情况。
该集团公司炼铁厂拥有一座容量为330m3高炉，日产炼钢和铸造生铁500吨。
在高炉生铁冶炼过程中每天产生140×104Nm3/h高炉煤气。除炼铁热风炉、球团烧结、铁水沟等加热用高炉煤气50%外，其余70×104Nm3（29167Nm3/h）煤气排放到大气中，不仅热能白白浪费，而且煤气中含有的烟尘、CO等有害物质未经任何处理直接排放，严重污染当地大气环境，环保部门多次要求铁厂采取整改措施，每年征收40万元排污费，给企业带来巨大的经济负担。
另一方面，该厂为用电大户，全年电力负荷34×106kWh，每年外购电费用巨大。在电力供应紧张时，因限电而限产的现象时有发生，给生产带来不安全隐患和经济损失。
2．炉机选型
高炉剩余煤气发电工程中，锅炉容量选择主要依据煤气量多少而定。本工程高炉煤气的主要化学成份如下：
CO215.6%
CO 28.0%
CH40.50%
H2 0.6%
N2 55.3%
含尘量 10mg/Nm3
含湿量 12m/Nm3
煤气发热值Qnet.ar=3783kj/Nm3(903.6kcal/Nm3)
锅炉蒸发量计算公式：Qgl=BηQnet.ar/[(i0－i1)+β(ip-i1)]
式中：Qgl—锅炉蒸发量t/h;
B—燃用剩余煤气量29167Nm3/h;
β—锅炉排污率2%;
i 0—过热蒸汽焓3332kj/kg（3.82MPa，450°C）;
ip—锅炉排污水焓1110kj/kg
i1—锅炉给水焓632kj/kg（给水温度150°C）;
η—锅炉效率82.5%.：
Qgl=29167×0.852×3783/[(3332－632)+0.02(1110－632)]×10-3
=34.69t/h
高炉排放的剩余煤气量29167Nm3/h，经锅炉燃烧后可产锅炉蒸汽量34.69t/h，计选用一台35t/h中温中压煤气锅炉和一台N6－3.43凝汽机组比较合适，炉机的主要性能参数如下：
2.1.锅炉
型号： DHS35－3.82/450－Q(江西锅炉厂)
额定蒸发量 35t/h
过热蒸汽压力 3.82MPa
过热蒸汽温度 450℃
给水温度 150℃;
排烟温度 150℃
锅炉效率 85.2%
2.2.汽轮机
型号： N6－3.43
额定功率 6000kW
进汽压力 3.43MPa
进汽温度 450℃
进汽量 32t/h
排汽压力 0.0073MPa
2.3.发电机
型号 QFW-6-2
额定功率 6000kW
发电电压 6.3kV
功率因素 0.8
3．工艺流程
发电工艺流程见图.1。
图.1
流程简述：处理后的高炉煤气经管道输送至电厂，分别进入锅炉四个燃烧器，在喷嘴里与空气混合着火，在炉膛内燃烧。燃尽的高温烟气进入尾部烟道，经省煤器、空气预热器与给水和空气换热后，温度降至150°C，最后由引风机抽入烟道通过烟囱排向大气。
锅炉产生的中温中压过热蒸汽进入汽轮机，蒸汽在汽轮机中将热能转变为机械能，从而带动发电机转动发电。凝结水由凝结水泵打入除氧器，除氧后的水再由给水泵打入锅炉，完成一次热力循环。
4．系统配置
4．1热力系统
设计规模为一炉一机，汽水系统采用单元制。选用一台40t/h除氧器，两台DG45－50×11（P=6MPa，Q=45m3/h）给水泵，其中一台备用。汽机采用低加、除氧、高加三级回热系统，为了尽可能回收排污水热能，设置了连续与定期排污扩容器和疏水箱系统。
4．2循环水系统
汽机冷凝器、空冷器和冷油器循环水量共计2300m3/h,选用两台14SH-19离心水泵（一台备有），冷却塔为ZBNL－9×9装配式玻璃钢冷却塔3格.
4．3电气系统
发电机机端电压为6.3kV，电气主接线为6kV，发电机直接接在母线上。厂用电采用中性点接地系统，选用S7-1000/10厂用变压器。
4．4热工控制系统
采用机炉电DCS计算机集中控制系统，锅炉、汽机设有集中控制室，并设置必要的自动调节与检测系统。
4．5烟风系统
锅炉设一台鼓风机G4-73№9D(Q=31554m3/h P=3301Pa) N=55kW；一台引风机Y4-68№12.5D(Q=94052m3/h P=3175Pa) N=132kW。
5．济效益分析
该项目建设自2008年1开始建设，建设期一年，年发电量36×106kWh，厂用电率12%，外供电量31.68×106kWh。
电厂发电供炼铁厂生产自用，以电厂发电量顶替从电网购电为基础，购电价按0.40元/kWh计算，分析项目经济性，主要技术经济指标见表.1。
表.1主要技术经济指标见
电厂投产后，每年以产代购电量31.68×106kWh，按目前铁厂外购电价0.6元/kWh计算，每年需要支出电费工1900.8万元，实现利用高炉煤气发电后，每年投入的发电费用为855.36万元，铁厂可节省投入费用1045.44万元。 电厂供电成本为0.3元/kWh，与从电网购电0.6元/kWh相比，每度电可费0.3元/kWh,以此计算该项目的投资回收期5.43年（含建设期），财务内部收益率21.42%，投资利润率22.16%，改项目的还贷能力较强，企业的收益率较高。
6．结论
钢铁企业炼铁厂利用高炉剩余煤气发电技术上可行，属于二次能源再利用的重点节能和环保治理项目，也是国家鼓励和倡导的产业，经济效益和社会效益十分顯著。所以，在钢铁行业特别是乡镇规模较小的钢铁厂，大力开发高炉剩余煤气发电项目，利国利民是值得提倡和推广的。
参考文献
[1]许翠群. 余热发电. 上海: 上海科学技术出版社，1981
[2]燃油燃气锅炉房设计手册. 北京: 机械工业出版社，1999
关键词：高炉煤气发电效益
中图分类号：TH183.2 文献标识码：A 文章编号：
1．概述
邯郸西部位于太行山麓，铁矿石蕴藏量十分丰富，邯郸市及武安市是以钢铁为主导的现代化新兴城市。但在钢铁行业发展的同时，带来高炉炼铁生产排放剩余煤气对当地对环境的污染和能源浪费的问题。
目前，国家有关部委出台了各类新的能源政策，其中包括鼓励利用废弃能源如高炉煤气、煤矸石等发电项目建设。在国家能源开发和节能并举政策的指引下，利用高炉剩余煤气发电，既可治理环境，减少污染，同时又可提高企业的社会效益和经济效益。
本文以我公司设计的某钢铁集团炼铁厂高炉剩余煤气发电工程设计实践，论述高炉剩余煤气发电建设中的炉机选型、系统配置和经济效益分析情况。
该集团公司炼铁厂拥有一座容量为330m3高炉，日产炼钢和铸造生铁500吨。
在高炉生铁冶炼过程中每天产生140×104Nm3/h高炉煤气。除炼铁热风炉、球团烧结、铁水沟等加热用高炉煤气50%外，其余70×104Nm3（29167Nm3/h）煤气排放到大气中，不仅热能白白浪费，而且煤气中含有的烟尘、CO等有害物质未经任何处理直接排放，严重污染当地大气环境，环保部门多次要求铁厂采取整改措施，每年征收40万元排污费，给企业带来巨大的经济负担。
另一方面，该厂为用电大户，全年电力负荷34×106kWh，每年外购电费用巨大。在电力供应紧张时，因限电而限产的现象时有发生，给生产带来不安全隐患和经济损失。
2．炉机选型
高炉剩余煤气发电工程中，锅炉容量选择主要依据煤气量多少而定。本工程高炉煤气的主要化学成份如下：
CO215.6%
CO 28.0%
CH40.50%
H2 0.6%
N2 55.3%
含尘量 10mg/Nm3
含湿量 12m/Nm3
煤气发热值Qnet.ar=3783kj/Nm3(903.6kcal/Nm3)
锅炉蒸发量计算公式：Qgl=BηQnet.ar/[(i0－i1)+β(ip-i1)]
式中：Qgl—锅炉蒸发量t/h;
B—燃用剩余煤气量29167Nm3/h;
β—锅炉排污率2%;
i 0—过热蒸汽焓3332kj/kg（3.82MPa，450°C）;
ip—锅炉排污水焓1110kj/kg
i1—锅炉给水焓632kj/kg（给水温度150°C）;
η—锅炉效率82.5%.：
Qgl=29167×0.852×3783/[(3332－632)+0.02(1110－632)]×10-3
=34.69t/h
高炉排放的剩余煤气量29167Nm3/h，经锅炉燃烧后可产锅炉蒸汽量34.69t/h，计选用一台35t/h中温中压煤气锅炉和一台N6－3.43凝汽机组比较合适，炉机的主要性能参数如下：
2.1.锅炉
型号： DHS35－3.82/450－Q(江西锅炉厂)
额定蒸发量 35t/h
过热蒸汽压力 3.82MPa
过热蒸汽温度 450℃
给水温度 150℃;
排烟温度 150℃
锅炉效率 85.2%
2.2.汽轮机
型号： N6－3.43
额定功率 6000kW
进汽压力 3.43MPa
进汽温度 450℃
进汽量 32t/h
排汽压力 0.0073MPa
2.3.发电机
型号 QFW-6-2
额定功率 6000kW
发电电压 6.3kV
功率因素 0.8
3．工艺流程
发电工艺流程见图.1。
图.1
流程简述：处理后的高炉煤气经管道输送至电厂，分别进入锅炉四个燃烧器，在喷嘴里与空气混合着火，在炉膛内燃烧。燃尽的高温烟气进入尾部烟道，经省煤器、空气预热器与给水和空气换热后，温度降至150°C，最后由引风机抽入烟道通过烟囱排向大气。
锅炉产生的中温中压过热蒸汽进入汽轮机，蒸汽在汽轮机中将热能转变为机械能，从而带动发电机转动发电。凝结水由凝结水泵打入除氧器，除氧后的水再由给水泵打入锅炉，完成一次热力循环。
4．系统配置
4．1热力系统
设计规模为一炉一机，汽水系统采用单元制。选用一台40t/h除氧器，两台DG45－50×11（P=6MPa，Q=45m3/h）给水泵，其中一台备用。汽机采用低加、除氧、高加三级回热系统，为了尽可能回收排污水热能，设置了连续与定期排污扩容器和疏水箱系统。
4．2循环水系统
汽机冷凝器、空冷器和冷油器循环水量共计2300m3/h,选用两台14SH-19离心水泵（一台备有），冷却塔为ZBNL－9×9装配式玻璃钢冷却塔3格.
4．3电气系统
发电机机端电压为6.3kV，电气主接线为6kV，发电机直接接在母线上。厂用电采用中性点接地系统，选用S7-1000/10厂用变压器。
4．4热工控制系统
采用机炉电DCS计算机集中控制系统，锅炉、汽机设有集中控制室，并设置必要的自动调节与检测系统。
4．5烟风系统
锅炉设一台鼓风机G4-73№9D(Q=31554m3/h P=3301Pa) N=55kW；一台引风机Y4-68№12.5D(Q=94052m3/h P=3175Pa) N=132kW。
5．济效益分析
该项目建设自2008年1开始建设，建设期一年，年发电量36×106kWh，厂用电率12%，外供电量31.68×106kWh。
电厂发电供炼铁厂生产自用，以电厂发电量顶替从电网购电为基础，购电价按0.40元/kWh计算，分析项目经济性，主要技术经济指标见表.1。
表.1主要技术经济指标见
电厂投产后，每年以产代购电量31.68×106kWh，按目前铁厂外购电价0.6元/kWh计算，每年需要支出电费工1900.8万元，实现利用高炉煤气发电后，每年投入的发电费用为855.36万元，铁厂可节省投入费用1045.44万元。 电厂供电成本为0.3元/kWh，与从电网购电0.6元/kWh相比，每度电可费0.3元/kWh,以此计算该项目的投资回收期5.43年（含建设期），财务内部收益率21.42%，投资利润率22.16%，改项目的还贷能力较强，企业的收益率较高。
6．结论
钢铁企业炼铁厂利用高炉剩余煤气发电技术上可行，属于二次能源再利用的重点节能和环保治理项目，也是国家鼓励和倡导的产业，经济效益和社会效益十分顯著。所以，在钢铁行业特别是乡镇规模较小的钢铁厂，大力开发高炉剩余煤气发电项目，利国利民是值得提倡和推广的。
参考文献
[1]许翠群. 余热发电. 上海: 上海科学技术出版社，1981
[2]燃油燃气锅炉房设计手册. 北京: 机械工业出版社，1999