摘要：近几年来,高炉煤气的利用已经取得了突破性进展,如高炉煤气新型蓄热式燃烧技术、纯烧高炉煤气发电技术等。本文对国内炼铁高炉煤气利用的现状，高炉煤气发电的经济和社会效益、特别是环境保护效果进行了分析介绍。
关键词：高炉煤气发电；经济效益；社会效益
近几年来，国内高炉煤气的利用已经取得了突破性进展，如高炉煤气新型蓄热式燃烧技术、纯烧高炉煤气发电技术等。本文将就高炉煤气发电方面的经济效益、环境保护和社会效益作一些初步分析。
一、再热凝气式汽轮机简介
例如1. N93-13.2/535/535型汽轮机介绍。
1.机组的运行特点。（1）启动状态。本机组启动状态的划分是根据前汽缸内缸下半调节级后内壁金属的温度：冷态启动：＜150℃。温态启动：150℃～300℃。热态启动：300℃～400℃。极热态启动：≥400℃。（2）运行操作控制方式。本机组运行操作控制方式有三种，即运行人员手动方式（手动）、运行人员自动方式（半自动）、汽轮机自启动方式（全自动）。（3）偏周波运行。机组在整个寿命期内能在周波48.5～50.5Hz的范围内持续稳定运行。根据系统运行要求，本机组偏周波运行的限定时间应满足下表的要求。
（4）机组运行方式。本机组可以按定压和定-滑-定两种方式运行。调峰运行时宜采用定-滑-定运行方式。机组在90%THA负荷以上时采用定压运行，机组在90%～30%THA负荷时采用滑压运行，机组在30%THA以下负荷时采用定压运行。这种运行方式能够提高机组变工况运行时的热经济性，减小进汽部分的温差和负荷变化时的温度变化，因而降低机组的低周热疲劳损伤。
2.主蒸汽及再热蒸汽系统。本机组主蒸汽及再热蒸汽系统采用单元制。从锅炉过热器出来的主蒸汽经过2根主蒸汽管分别进入左右两个高压主汽调节阀，然后再由四根主汽管导入前汽缸。在前汽缸高压段内做功后的蒸汽通过一个气动抽汽止回阀，经一根冷段再热蒸汽管进入锅炉再热器。再热后的蒸汽温度升高到535℃，压力2.483MPa（THA），再经过两根热段再热蒸汽管进入中压联合汽阀，然后由两根再热进汽管导入前汽缸中压段，在汽缸内做功后，从后汽缸排汽口排入凝汽器。旁路系统蒸汽从高压主汽阀前引出，经一级减温减压后，排至冷凝器。
3. 配汽和运行方式。本机组采用阀门管理方式，由高压抗燃油控制系统实现两种不同的进汽方式，即全周进汽（节流调节）和部分进汽（喷嘴调节）。启动初期为减小汽缸热应力而采用全周进汽（四阀全开节流调节）控制方式，当汽缸温度场趋于稳定、机组达到目标负荷后可切换为喷嘴调节。这种全周进汽与部分进汽的相互切换将有利于减少启动时汽轮机的热应力，又保持了在高负荷时采用喷嘴调节损失小的优点。采用喷嘴配汽（部分进汽）：高压部分共有4个调节阀，对应于4组喷嘴。喷嘴组与调节阀序号相对应。当Ⅰ、Ⅱ号调节阀开度达到约80％时，Ⅲ号调节阀开启；当Ⅲ号调节阀开度达到约80%时，Ⅳ号调节阀开始开启。四组调节阀全开时，调节级的部分进汽度为62.5%。采用节流配汽（全周进汽）：高压部分4个调节阀根据控制系统的指令按相同的阀位开启，对应于4组喷嘴同时进汽。再热蒸汽通过2个中压联合汽阀从汽缸下半左、右两侧分别进入中压部分，中压部分为全周进汽。中压联合汽阀内主汽阀和调节阀共用１个阀座，由各自独立的油动机分别控制。调节阀配合直径Ф330mm，流量在30%以下时起调节作用，以维持再热器内必要的最低压力，流量大于30%时，调节阀一直保持全开，仅由高压调节阀调节负荷。
二、高炉煤气发电的经济效益
1.建设投资额低。对于新建设的燃煤火力发电项目,必须建设煤场、燃煤加工、烟气除尘、锅炉排灰及其输送、灰渣贮存场地等配套设施；根据现行的环保法规、污染物标准和总量控制要求，还必须同时配套建设烟气脱硫和脱硫副产品利用等设施。而对于高炉煤气发电项目,这些可以全部不要,总占地面积也要小得多，建设投资额与同等规模燃煤发电项目相比可以节约20%左右。
2.发电能耗成本低廉。据统计,国内燃煤电厂能耗指标为0.36kg(标煤)/kWh、供电为0.39kg(标煤)/kWh。煤单价以330元/t(含运输费用等)计算,其能耗成本分别为0.12元/kWh和0.13元/kWh。对于高炉煤气发电,以某25MW发电机组为例:运行16个月共烧高炉煤气15.22亿Nm 3,累计产汽量123.4万t、发电量2.54亿kWh、抽汽量53.7万t;扣除抽汽产生的效益后,发电能耗成本只有0.033元/kWh,远低于燃煤发电能耗成本。若按不抽蒸汽、高炉煤气发电与燃煤发电热效率相同,并将高炉煤气以0.02～0.03元/Nm 3计入成本,其发电能耗成本为0.065-0.098元/kWh,仍低于燃煤发电能耗成本，对于50MW及以上的大型高炉煤气发电机组,由于热效率的提高,其发电能耗成本低廉的优势将会更加突出。
3.运行成本较燃煤电厂低。高炉煤气发电可以省去许多燃煤电厂必须配套建设的辅助设施,设备维护及其运行费用要比燃煤电厂低。如燃煤火电厂自用电率一般为6%左右,而高炉煤气发电自用电率仅为3%左右。此外,由于高炉煤气发电设备设施少、布置紧凑,可以减少操作和管理人员,工资福利等的支出也要比燃煤电厂低得多。
4.投资回收年限少。据能源环保股份公司测算,对于一般小型高炉煤气发电机组(锅炉出力35～130t/h),全部投资回收期为4.49～2.94年,而燃煤电厂全部投资回收期一般要6～8年。如唐钢投资7764万元建设的25MW高炉煤气发电机组,投产最初的16个月共烧掉高炉煤气15.22亿Nm 3、发电2.54亿kWh、抽汽53.7万t,总收益达9340万元,已回收投资额的120%(未计设备折旧和运行成本)。
三、高炉煤气发电的社会效益
1.有利于缩小国内企业能耗与国际平均水平的差距。通过建设高炉煤气发电装置,将主要钢铁企业高炉煤气放散率控制在5%以内(特大型企业控制在1%以下)、小型企业控制在10%左右,预计每年可节约标准煤300多t,仅此一项就可以使我国钢铁企业的平均能耗与国际平均水平至少缩小2个百分点。
2.有利于缓解国内的电力紧张局面。我国人均年用电量约1040kWh,相当于发达国家的10%左右。国家电网公司市场分析课题组公布的《春季电力市场分析报告》表明,我国缺电的省份已由去年的12个扩大到了16个(实际为19个省份),预计近年社会用电量将增加6.5%～8.6%、缺电面积仍将进一步扩大。钢铁企业是电力消耗大户(占全国总用电量的5%左右),将全国钢铁企业放散高炉煤气中的50%用于发电自用、余电并网,其发电总量将相当于全国钢铁企业总用电量的5%以上,有利于缓解目前国内电力紧缺的不利局面。
3.有利于减少煤炭一次能源的消费比重。我国煤炭在一次能源消费量中所占的比重已由76.2%降至67.0%,油、气、电等清洁能源所占的比重由23.8%上升到了33.0%,煤炭消费降低了近10个百分点,表明我国的能源利用正在向追求高效率高品位的方向发展。通过建设高炉煤气发电装置降低高炉煤气放散率,可使我国煤炭在一次能源消费中所占的比重再降低0.19个百分点、原煤消耗降低0.25个百分点;有利于减少我国煤炭一次能源的消费比重,有利于我国能源结构的合理调整。
以上论述可见,在企业面临资源的制约和环保压力的今天,高炉煤气发电是工业中合理利用能源、节能降耗、解决环境污染问题的首选方案。因此,利用高炉煤气发电已越来越受到国家节能部门的重视与支持,推广前景十分乐观。
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论文作者:李景民
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/2
标签：高炉论文; 煤气论文; 机组论文; 蒸汽论文; 汽缸论文; 调节阀论文; 燃煤论文; 《当代电力文化》2019年第08期论文;