清洁生产论文-余热余压在钢铁行业上的应用

1、摘要：实现“十一五”规划的节能减排目标，我们应该多了解各种节能减排技术，应用到各行各业中去，并不断创新和发展，增加科技含量，节约能源，保护环境！利用余能建设自备电站发电和利用高炉炉顶煤气余压采用trt技术发电的情况。重点分析余热余压发电技术在钢铁行业上的应用情况。重点分析trt技术发电。关键词: 清洁生产 节能减排 余热余压 余能 trt技术发电引言清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源（含能源）利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放。以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。我国

2、先后颁布了“中华人民共和国清洁生产促进法”和“清洁生产审核暂行办法”等法律法规。鼓励和促进清洁生产，以实现节能、降耗、减污、增效。为实现“十一五”规划的节能减排目标，我们应该多了解各种节能排污技术，应用到各行各业中去，并不断创新和发展，增加科技含量，节约能源，保护环境！说到节能，并不仅仅是量的节约，而更是要提高能源的利用率。根据目前我国石油，煤等的使用量，可知我们能源的利用量可观，但其中有相当的一部不仅没有被利用，还转化成污染物，破坏环境。面临这种能源压力，我们要提高能源的利用率。很多没有被利用的能源都是以余热余压等方式被损耗掉。因此，我们要充分利用好余热余压，以到实现节能减排。钢铁行业是耗能

3、大户，其能源的利用率仅为30%50%。生产过程中不仅有大量的余能被白白浪费，同时造成环境污染。随着钢铁节能技术的发展，各种高效率的余能利用的技术越来越成熟。其中利用钢铁生产过程中的余热、余压发电是许多钢铁企业技术改造的重要内容。目前钢铁企业利用余能发电主要有3种形式：一是利用高温介质的显热,生产蒸汽进行热力发电。如焦炭生产采取干熄焦工艺时，通过氮气熄焦降温时所产生的高温氮气，加热锅炉转换蒸汽进行发电；二是利用富余的高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气，以燃料能的形式进行热力发电。如钢铁企业建设自备电厂，实行热电联产发电；三是利用生产过程中各种压差，转换成电能的形式发电。如利用高炉生产过程中的炉顶压力,

4、 采用trt 技术进行发电。所有这些技术，都在钢铁企业的生产过程中被成熟地应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。目前有少数钢铁联合企业，充分利用余压、余热发电，基本做到了电力自给。1、余压发电在炼铁时，焦炭，铁矿石投入高炉，要用鼓风机吹进大量热风，热风中的氧气一旦接触焦炭中的碳，就会立即燃烧，产生大量煤气大部分煤气和铁矿石发生化学反应，分离出铁余下的煤气就像高压锅烧开了饭菜一样，从减压阀白白放掉了利用这部分余压发电，叫高炉顶压力发电。1969年，苏联首先试验成功余压发电，日本后来居上。日本的川崎钢铁公司，在21座高炉上安装了这种发电机，每月发电量竟高达1.2亿度。据估计，一座钢铁厂的高炉，全

5、部装上炉顶发电机，可以提供全厂5的用电量。炉顶发电机只是利用高炉煤气积蓄的压力能，不需要消耗一点煤气；同时，经过涡轮机发电后的煤气，水分和粉尘都有所降低，煤气的质量改善了。炼铁生产中，高炉炉顶煤气压力大于0.03 兆帕时，称为高炉高压操作。高炉煤气在高压操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30千瓦时40千瓦时。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

6、平机出力提高10%，进而使trt 装置最高发电量可达54 千瓦时吨铁。高炉炉顶余压发电的工艺流程高炉荒煤气经重力除尘器后的半净煤气管道进入布袋除尘器的进气总管。在布袋除尘器进气总管和布袋除尘器之间设有一个旁路，在旁路上设有冷热交换器，用于煤气的升温和降温。布袋除尘器的布袋是氟美斯化纤制品，其工作温度为80250，瞬间不允许超过500。煤气温度低于80易产生结露现象，布袋内有露水会与灰尘结球，造成布袋除尘的除尘效果下降，严重时会导致煤气流流动不畅；煤气温度高于250会使布袋变脆，甚至烧损。所以，设置旁路冷热交换器来应对煤气温度的变化。是干式布袋除尘器能够正常工作的条件。下一步，从干式布袋除尘器出

7、来的净煤气将进入透平机。这时的净煤气温度在120180之间，含尘量为1.24.6毫克立方米。从透平机出来的净煤气进入企业的净煤气管网。一些炼铁企业高炉煤气采用湿式除尘方法，即在重力除尘器之后采用文式管除尘设备，出来的净煤气仍可进入透平机去发电。从工作原理上看，trt装置代替了原来煤气系统的高压阀组，不同的是，原煤气系统的高压阀组将煤气的压力能白白泄漏掉了，而trt 装置可以回收高炉鼓风能量的30%左右。1、1 trt 发电原理及生产运行特点高炉炉顶煤气余压透平发电装置, 是利用高炉炉顶煤气具有的压力能及热能, 经透平膨胀作功, 驱动发电机进行发电的装置。传统的生产工艺中, 高炉炉顶的压力一般在

8、180kpa, 高炉煤气在通过除尘后再经过减压阀组减压至10kpa 左右, 作为燃料使用。由此, 压力能和热能被白白浪费在减压阀组上, 造成大量的能源浪费和噪声污染。trt生产运行的特点是用trt 装置替代减压阀组, 减压阀组作为备用。不改变原高炉煤气的品质,也不影响煤气用户的正常使用, 却回收了减压阀组释放的压力能, 净化了煤气, 降低了噪声, 有效地控制了高炉的操作条件。装置在运行过程中不产生污染, 几乎没有能源消耗, 发电成本极低。1、2 提高trt 系统发电量的途径目前，全国已有130 多套trt系统在运行，但是其发电量有很大的差异。除采用干法除尘与湿法除尘所造成的差异之外，尚有多种因

9、素存在。各企业要根据自身的具体情况进行技术分析，采取有效的措施，尽早让trt发挥出应有的功效。提高trt发电量的措施主要有以下几条：一是积极采用高炉煤气干法除尘技术装备。二是提高高炉炉顶煤气压力，减少煤气从炉顶到透平机的压力损失。提高炉炉顶煤气压力还可以带来产量的提高、高炉操作稳定、可以冶炼低硅铁等方面的好处。三是保持高炉煤气稳定地以最大发生量供给透平机，这就要求高炉生产要稳定地处于高水平状态。这样就可以关闭煤气系统的高压阀组，使高炉煤气全量通过trt 透平机。四是适当提高trt煤气入口温度。高炉正常生产状态下炉顶温度应小于250，在超过350时就要采取打水降温措施。在煤气压力不变的条件下，煤

10、气温度高，煤气压透平机内体积膨j张大，就会使发电量提高。优化处理好高炉炉顶煤气温度和trt发电能力，寻找好操作的最佳点是提高发电量的有效方式。五是调整好trt入口的静叶角度。在煤气管网中设置能进行煤气压力调节的设备，通过调整静叶片的角度，来控制煤气的压力和输出功率，可以使高炉炉顶压力波动小，同时trt的输出功率也可以处于稳定状态，这可以用小型计算机来进行控制。六是提高trt设备运行率。首先，要提高trt设备的开工率，延长trt稳定运行的时间，并力争在高水平状态下工作，同时加强对trt设备的维修、保养、合理操作.及时排除各种设备故障；其次，要提高trt操作人员的技术水平，维修水平等。七是合理优化

11、trt工艺技术参数。优选trt工作性能曲线，使trt功能与高炉正常生产进行优化匹配，同时又能应对高炉操作变化。一般trt透平机出力与高炉有效容积比为4.04.3。1、3 高炉妒顶余压发电技术的发展前景目前，我国高炉trt技术装备发展不平衡，已有设备水平有待进一步提高，尚有一批高炉需要增添trt设备。首先，高炉炉顶压力大于120千帕的高炉均应配置trt设备。从动力学角度出发，煤气压力大于120千帕时推动透平机发电会产生经济效益，并不是以高炉炉容大小来划分。我国个别380立方米容积的高炉炉顶压力已达到120千帕。新修订的高炉炼铁工艺设计规范中已明确指出：高炉(指钢铁产业发展政策中规定的容积大于10

12、00 立方米的高炉)必须设置高炉炉顶煤气压余发电装置，余压透平发电装置应与高炉同步投产。目前，我国380立方米以上容积的高炉有332座，1000立方米以上容积的高炉有108座。全国现有130多套trt设备在运行，约有近80座高炉准备增添trt设备，仍有一部分高炉没有使用trt技术装备。所以说，trt技术装备还应大力推广。已有trt 设备运行的总体运行状态尚不理想，也是目前需要注意的一个问题。绝大多数高炉还在采用湿法除尘技术装备，发电潜力较大。一部分企业trt设备管理和操作水平不高，致使trt设备没有达到设计能力。我国高炉炉顶煤气压力水平与国外相比还存在较大差距，这也影响了trt设备能力的发挥。

13、据统计，2005年宝钢3号高炉(4350立方米)的炉顶压力为234千帕，是我国高炉炉顶压力最高的高炉，鞍钢6号高炉(3200立方米)顶压为232千帕，首钢3号高炉(2536立方米)顶压为197千帕，武钢1号高炉(2200立方米)顶压为209千帕，柳钢7号高炉(1080立方米)顶压为181千帕，均是同类型容积高炉顶压较高的高炉。2、 余热发电余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总

14、量的17%67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。钢铁厂在高炉炼铁工艺中，产生的炉渣温度大约为1000，此炉渣在冲渣箱内由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，以供生产水泥之用。这一过程中能够产生大量温度在80-95的低温热水。研究表明，冲渣水温度越低，其炉渣制成的水泥活性越高。因此在目前的生产工艺中，冲渣水是在沉淀过滤后引人空冷塔，冷却后再次循环冲渣。这样使得很大一部分热量在空冷塔中流失，既造成了能源的浪费，又对环境造成了热污染。高炉冲渣水余热的利用有很大的发展空间。2、1 余热利用途径余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好；其次是直接利用；第三是间接利用（产生蒸汽

15、用来发电）。如钢铁工业：钢铁厂中的焦炉。目前我国大中型钢铁企业具有各种不同规格的大小焦炉50多座，除了上海宝钢的工业化水平达到了国际水平，其余厂家能耗水平都很高，大有潜力可挖。炼钢厂中的转炉烟气发电，目前全国有25吨以上的转炉达240座，按3座配备一套发电系统，可配置发电量为3000kw的电站80座。炼钢厂中的电熔炉，目前全国有20多座，其中65吨级可发电量在5000kw/座以上。利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉。它利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。由于工质温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。用

16、于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热（低于200）等。此外，还有用多余压差发电的；例如，高炉煤气在炉顶压力较高，可先经膨胀汽轮发电机继发电后再送煤气用户使用。2、2 设备介绍单级蒸汽透平机广泛应用于各过程工业领域，普遍作为水泵、油泵、风机、压缩机和发电机的稳定、经济的驱动设备。多级蒸汽透平机：高可靠性和稳定性成就了多级透平机在过程工业领域中占有重要的地位。多级透平机具有既注重可靠性更保证高效率的特点，可以迎合不同工业能量部门的需求。蒸汽透平发电机组：为客户提供量身定制的蒸汽透平发电机组解决方案。饱和蒸汽透平发电机组以其稳定和高效的特点为饱和蒸汽的利用开辟了完

17、美的途径。3、 余热余压利用的经济效益三钢集团公司近年来把利用余热、余压发电作为企业综合利用的重点工程来抓。除了利用干熄焦工艺发电,对于中小型焦炉因投资较大,回收期较长,目前尚未实施外,其它两种形式的发电,都已建成投产, 并取得了预期的效益和效果。3、1 trt运行效益评价及分析采用这套高炉煤气余压发电,年设计净回收电量约在3051.5107kwh,节能效益相当可观。同时改善环境,减轻了环境污染,社会效益非常显著。3、2 经济效益分析工程投资少、运行费用低、效率高、减少环境污染等特点。从项目财务指标测算来看。项目全部投资收益率高达28.56%, 全部投资回收期仅为4.37a(含建设期1a),详

18、见主要技术经济指标表。从目前的运行情况来看,日发电量平均都在9.80万kwh 左右, 年实际发电量可达3479万kwh。按照0.51元/kwh的平均外购电价, 扣除运行成本0.1533元/kwh, 正常运行达产后,年直接经济效益达1266万元。通过盈亏平衡分析,平衡点为22.2%,就是说生产能力利用率达到22.2%时就可保本,说明此项目具有很强的抗风险能力。通过敏感性分析表明,该项目具有很强的抗市场风险能力。3、3 trt运行效果及社会效益评价高炉系统中安装trt装置,既不改变高炉系统的原有设备,一旦trt侧发生故障,能够立即转换到原有的设备继续生产；也不需要改变高炉系统的操作方式,更不会改变

19、高炉煤气的性质。高炉操作人员能够安全、方便地运行trt。其实际效果及社会效益主要体现在：(1)年可减少排放co2量约2.12万t。(2)trt装置运转后,炉顶压力调节采用计算机自动控制可调静叶调节,使高炉炉顶压力更加稳定,冶炼操作更容易控制。(3)充分利用炉顶余压,平均发电量为36kwh/t铁。(4)大大减少粉尘排放,煤气含尘量降低至3mg/m3以下,并且降低煤气中机械水含量,减少污染。(5)设置trt装置后,煤气不再由减压阀组放散,环境噪声大大降低,由原来的123分贝降至85分贝以下。环境质量明显得到改善。4、 结论我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式