引言节能减排和资源综合利用是钢铁企业发展过程中面临的重大战略任务。国家发改委在《能源中长期发展规划纲要（2004—2020）》中明确指出，钢铁企业应“充分利用高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等可燃气体和各类蒸汽，以自备电站为主要集成手段，推动钢铁企业节能降耗”。提高资源综合利用率和能源热功转换率，推进企业能源结构的战略调整，已成为各钢铁企业研究重点。1高温超高压煤气发电技术简介高温超高压煤气发电是一种效率高、技术成熟的钢铁企业低热值煤气余能利用形式，其主要核心在于：提高主蒸汽参数，增加一次中间再热系统。常规次高温次高压发电技术主蒸汽参数为5.3 MPa、485 ℃；高温高压发电技术主蒸汽参数为9.8 MPa、540 ℃；高温超高压发电技术主蒸汽参数为13.7 MPa、540 ℃。采用高温超高压发电技术起，热功转换率比高温高压发电技术高出约5%~6%，节能效果良好。2建设背景及利用方案某钢铁公司拥有2×15 MW次高温次高压煤气发电机组和2×30 MW高温高压煤气发电机组，正常生产时4个机组均实现满负荷发电生产，自发电率40%；但仍有部分富余低热值煤气未被利用，而且次高温次高压发电机组热效率约为28%，高温高压煤气发电机组热效率约为31%，效率均偏低。为响应国家政策，降低能源消耗，减少污染排放，压缩落后生产能力。为满足企业持续发展需要，提高低热值煤气发电效率，最大限度地消耗全厂富余低热值煤气，提高企业的自发电率，淘汰现有低效率的4个发电机组，新建高温超高压煤气发电机组。可供本项目使用的低热值煤气量如表1所示，其煤气成分如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.004.T001表1可利用低热值煤气量汇总表低热值煤气来源煤气量合计48.802×15 MW次高温次高压煤气发电机组13.202×30 MW高温高压煤气发电机组25.80部分放散低热值煤气7.93其他低热值煤气1.90m³/h10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.004.T002表2煤气成分名称数值BFGLDGN253.436.6H22.60.3CO218.617.0CO24.945.4CH4——CnHm——O20.50.7H2O3.01.9注：BFG——高炉煤气，LDG——转炉煤气。%根据可供利用的低热值煤气量，本项目装机方案如下：2×265 t/h高温超高压煤气锅炉+2×80 MW一次中间再热凝汽式汽轮发电机组以及配套辅助设施。3主要设备参数简介3.1燃煤气锅炉本项目265 t/h高温超高压煤气锅炉主要设计参数如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.004.T003表3燃煤气锅炉主要设计参数项目数值型号NG-265/13.7-Q锅炉容量/(t/h)265过热蒸汽压力/MPa13.7过热蒸汽温度/℃540.0给水温度/℃249.5再热蒸汽流量/(t/h)199再热器进口蒸汽压力/MPa（g）2.531再热器进口蒸汽温度/℃325.0再热器出口蒸汽压力/MPa（g）2.227再热器出口蒸汽温度/℃540.0锅炉排污率/%≤1排烟温度/℃≤140.0设计燃料85% BFG+15% LDG3.2汽轮机本项目80 MW一次中间再热凝汽式汽轮机主要设计参数如表4所示，发电机主要设计参数如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.004.T004表4汽轮机主要设计参数项目数值型号N80-13.2/535/535额定功率/MW80主汽门前蒸汽压力/MPa13.2主汽门前蒸汽温度/℃535.0主蒸汽流量/(t/h)246.4再热蒸汽流量/(t/h)199.1再热蒸汽进口压力/MPa（a）2.227再热蒸汽进口温度/℃535.0高压缸排气压力/MPa（a）2.531排气压力/kPa（a）4.900供热能力/(t/h)0~50.0额定转速/(r/min)3 00010.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.004.T005表5发电机主要设计参数项目数值额定功率/MW85冷却方式空气内冷却额定功率因数0.85额定电压/kV10.5额定转速/(r/min)3 000额定频率/Hz50励磁方式有刷励磁4工艺系统简介4.1煤气供应系统本项目供应燃烧气为高炉煤气、转炉煤气，煤气，供应系统是将高炉煤气及转炉煤气分别混合后送至炉后的混合煤气母管，再经过2根混合煤气支管送至2台锅炉。按照国家的规程规范，2根混合煤气支管，均设置有电动蝶阀、电动插板阀、流量检测装置、快速切断阀、调节阀、检查门、吹扫管及排气管等必要的管件及安全附件。4.2燃烧系统本项目锅炉采用前后墙（或四角切圆）布置双旋流煤气燃烧器，煤气和热风分别送进燃烧器，在烧嘴口混合燃烧后喷入炉膛。燃烧生成的高温烟气通过炉膛水冷壁、过热器、再热器、省煤器、空气预热器及烟气-煤气换热器各受热面放热冷却后，排入炉后烟气系统。煤气燃烧器分层布置，可单独使用任何一层燃烧器，且燃烧稳定。为保证燃烧安全，系统设置火焰自动检测装置。燃烧系统装有自动点火装置，点火燃料采用转炉煤气，点火采用二级点火系统，由高能点火器点燃下层燃烧器转炉煤气，再引燃煤气主燃烧器。转炉煤气点火枪配备有气动或电动推进装置，以便于实现程控。4.3烟风系统本项目通过送风机将空气加压，加压后的空气再由空气预热器加热为热风，送入炉膛助燃。换热后的烟气从锅炉尾部排出，经过烟气-煤气换热器后，再由引风机送至烟囱排出。烟囱高度100.0 m，上口内径4.5 m。利用高炉煤气有效地降低锅炉排烟温度，提高锅炉的热效率，增大发电量，风机选型充分考虑压力及温度修正。锅炉烟风采用双送双引系统。4.4热力系统本项目热力系统主要包括：主蒸汽、给水、凝结水、补水、抽气、加热器疏水、冷却水、凝汽器抽真空等系统。每个系统都有各自的特点，例如，主蒸汽管道采用单元制，每台机组设置容量为BMCR30%的二级串联旁路系统，以改善机组冷、热态起动条件，缩短起动时间。抽气系统共设六级非调整抽气并在抽气管道上安装隔离阀和止回阀，作为防止汽轮机进水和超速的保护措施。给水系统设置110%容量变频调速给水泵以满足机组负荷变化的要求。4.5辅助设施本项目主要辅助设施包括：化学水处理系统、电气系统、热工自动化系统、供排水系统等。化学水处理锅炉补水处理采用工艺为自清洗过滤器+超滤装置+两级反渗透装置+电子数据交换（electronic data interchange，EDI）系统。EDI作用是去除二级反渗透产水中残留的离子，回收率达到90%，EDI浓水可以作为以及反渗透进水，送至超滤水箱。5经济效益本项目投产后每年的发电量为12.134 4亿kWh，扣除原有4台机组年发电量8.096亿kWh，每年新增发电量4.038 4亿kWh，富余电力可用来销售，预计年新增利润总额为9 289.89万元，新增所得税2 322.47万元，新增税后净利润6 967.42万元。6结语（1）某钢铁公司2×80 MW高温超高压煤气发电系统投入运行以来一直满负荷运行，机组各项数据均能达到设计要求，创造了良好的经济效益。（2）高温超高压煤气发电系统结构简单，系统充分地利用了厂区内富余煤气，大气污染排放SO2浓度为0、NOx浓度为75 mg/m3、烟尘排放浓度4 mg/m3，属于典型的环保型、节约型电厂。（3）采用高温超高压煤气发电系统，响应“上大压小”政策，通过对钢厂分散煤气进行集中，提高能源利用率，增加每标立方煤气发电量，降低钢铁厂的能耗。