在2009年1月召開的國家科學技術獎勵大會上,寶鋼分公司的“鋼鐵企業副產煤氣利用與減排綜合技術”榮獲2008年度國家科技進步獎二等獎。這是2008年度寶鋼惟一的獲獎項目,也是國內冶金行業首個獲此殊榮的節能減排項目。這項創新技術不僅解決了寶鋼分公司高爐煤氣富余的難題,緩解了“十一五”規劃項目的“燃煤之急”,還因節約使用煤氣實現效益5.67億元。
副產煤氣是我國鋼鐵工業以煤為主的多元化能源結構中的綠色因子,是寶貴的二次能源,其充分利用是推進企業節能減排的首選。寶鋼分公司自投產以來,堅持走可持續發展道路,不斷向極限挑戰,其中尤以建成世界首臺燃氣輪機發電機組,充分利用富余高爐煤氣最為典型。
上世紀90年代中期,高爐煤氣因熱值低很難利用,大部分只能作為廢氣燃燒后放散,是世界所有鋼鐵企業面臨的難題。1996年,寶鋼三高爐投產后,高爐煤氣每年的放散量高達20億立方米,相當于每年將近23萬噸標準煤白白浪費,同時還造成環境污染。
圍繞減少高爐煤氣放散和充分利用,“建設一條專燒高爐煤氣的發電機組”就顯得尤為迫切了。但當時世界上還沒有建設有關發電機組的先例,國外技術尚處在實驗階段,技術引進風險極大,在困難面前,寶鋼毅然決定上一臺燃氣輪機組,為節約能源,清潔生產開辟新路。
經過兩年的努力,1997年7月30日,裝機容量為15萬千瓦時的寶鋼電廠0號機組———燃氣輪機并網發電成功,燃燒了13年之久的“天燈”(高爐煤氣放散塔)終于熄滅了。
0號機組全部燃燒高爐煤氣,其熱電轉換效率比一流的火力發電裝置高出7個百分點,原先放散的20億立方米高爐煤氣被轉換成70萬噸蒸汽和10億千瓦時電量,創造了巨大的經濟效益,實現了低品質能源向高品質能源的轉換。
0號機組投產后,寶鋼工程技術人員又通過持續不斷的攻關和創新,解決了影響機組發揮最大效能的若干問題,進一步提高了高爐煤氣的利用效率。去年,寶鋼分公司又自主集成世界首臺大容量、全燃低熱值煤氣塔式微正壓直流鍋爐汽輪發電機組,裝機容量35萬千瓦,在無高熱值燃料輔助的條件下可全燒低熱值高爐煤氣,其燃用高爐煤氣最大能力可達每小時100萬立方米。該機組的建成,有效緩解了寶鋼“十一五”規劃項目投產后的電力缺口,同時對進一步提高工業煤氣綜合利用率、促進節能減排具有重要意義。
低熱值煤氣有富余,高熱值煤氣卻不夠用,是寶鋼分公司煤氣利用過程中長期碰到的難題。特別是近年來,隨著寶鋼“十五”規劃項目投產、“十一五”規劃項目建設和陸續投產,這一問題尤為突出。2005年,在外來氣源無法保證及時供應的情況下,“十一五”規劃項目面臨嚴重缺口,幾乎出現了“無米之炊”的窘境。為解“燃煤之急”,寶鋼分公司展開了“眼睛向內深挖潛力,人人參與開源節流”的全員行動。
煤氣有缺口,就要根據生產需要制定優先供應原則,煤氣平衡計劃必不可少。在廣泛調研和深入交流的基礎上,寶鋼分公司能源環保部預測,“十一五”規劃項目投產使焦爐煤氣的缺口將達到每小時6萬立方米。當時,寶鋼分公司三座焦爐的開工率已逼近130%的極限,多生產焦爐煤氣的可能性不大,而開源節流是惟一出路。于是,以開展煤氣梯級利用為原則,圍繞優化、替代、增產、節約使用焦爐煤氣而展開的39個節氣項目被確定,確保了“十一五”規劃項目調試、生產用氣。
要填補煤氣缺口,僅節約煤氣使用還不夠,還需要精確的煤氣平衡預測。每月底,能環部都要根據下月生產計劃,精確計算每個單元每天的煤氣用量,以便做好平衡。從2005年5月至2007年年底,寶鋼分公司煤氣日平衡計劃做了兩年半,直到中厚板分公司COREX(熔融還原法)爐投產后,COREX煤氣引入,燃氣結構發生變化,煤氣日平衡計劃才告一段落。
通過精心策劃,寶鋼分公司打通了開源節流的煤氣平衡渠道,為確保“十一五”規劃項目按計劃投產創造了先決條件。
寶鋼分公司副產煤氣的綜合利用水平獲得專家認可,最終走上國家科技獎勵大會的領獎臺并非一蹴而就,相關的技術儲備貫穿了寶鋼投產30年來的歲月。30年來,寶鋼分公司積極探索煤氣經濟運行方式,分別從煤氣回收、調配與使用等環節進行技術開發與集成,走出了一條具有寶鋼特色的副產煤氣利用與減排綜合技術創新道路。
在轉爐煤氣回收方面,能環部煤氣專業人員通過深入了解轉爐煤氣生產工藝,跟蹤轉爐冶煉計劃和爐前控制節奏等,盡量保證轉爐煤氣的均衡回收,減少對煤氣柜的瞬間沖擊或滿柜放散,確保煤氣系統安全運行。他們還開展轉爐煤氣回收極限值研究,首創轉爐煤氣柜雙柜并網運行系統,成功研發轉爐煤氣需求平衡自動調節技術并用于實踐,解決了轉爐煤氣間歇回收與連續使用之間的矛盾;開發的轉爐煤氣監控系統,充分利用能源中心管理系統信息,能及時調整轉爐煤氣聯網裝置的調節量,大大緩解了動力調度在線調節的負擔。寶鋼集團北部能源通廊建成后,為做好COREX爐煤氣與轉爐煤氣的有效結合,煤氣專業人員又相繼創新了“COREX煤氣受入控制”、“COREX煤氣快速替換焦爐煤氣控制調整”以及“COREX煤氣與轉爐煤氣互換”等技術,不僅保證了寶鋼分公司的煤氣平衡,還為中厚板分公司生產運行提供了重要保障,創協同效益近億元。
寶鋼分公司能源管理系統(EMS)及能源數據倉庫的建成也為煤氣綜合利用與減排技術出力不少。從寶鋼三期工程建設起,寶鋼分公司自主集成,對一期工程引進的能源中心進行改造,經過多年的不斷優化和集成,于2004年建成目前國內現代化程度最高的能源管理系統(EMS),實現了對煤氣等能源系統的無人化、高效率集中管控。
30年來,寶鋼分公司堅持煤氣資源開發與節約并重,經過持續不斷的創新,形成了完善的副產煤氣綜合利用體系,2008年,高爐煤氣放散率達到了0.87%的歷史最好水平,焦爐煤氣實現零排放,噸鋼回收轉爐煤氣28千克標準煤,達到世界先進水平。節約使用焦爐煤氣近4億立方米,創直接經濟效益5.67億元,減排二氧化碳34.5萬噸,二氧化硫1.34萬噸。(來源:中國工業報)
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