一﹑ 概況

中國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)鋼能力去年為 7.3 億噸（2015 年） 是。 在鋼鐵前排名 30 位中， 寶鋼﹑ 首鋼 ﹑ 馬鋼﹑ 鞍鋼 ﹑ 武鋼 等 10 個(gè)鋼鐵公司在內(nèi)。 鋼鐵廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高爐煤氣、 轉(zhuǎn)爐煤氣、 焦?fàn)t煤氣，其中大量的還是高爐煤氣生產(chǎn)一噸生鐵會(huì)產(chǎn)出 1500～2000m3/h 高爐煤氣， 我們?nèi)∑骄禐?1750m3， 我國 2015 年生產(chǎn)生鐵為 7.3 億噸，一年產(chǎn)生高爐煤氣為12775 億 m3， 由于高爐煤氣熱值低（770kcnl/m） ， 同時(shí)又有毒,相當(dāng)一部分煤氣通過火炬燃燒向大氣排放， 就拿生產(chǎn)技術(shù)*的寶鋼 首鋼 鞍鋼 每年還有 4～10％高爐煤氣向大氣排放， 而那些中小型鋼廠排放量還要大， 如果將這些排放的煤氣進(jìn)行回收并將它進(jìn)行發(fā)電， 這不僅會(huì)產(chǎn)生很大經(jīng)濟(jì)效益， 并且可以改善大氣,又可以解決鋼廠工人就業(yè)， 還可以改善鋼廠周圍居民與工廠的和諧關(guān)系。

鋼廠煤氣發(fā)電兩個(gè)途徑：

①煤氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電加余熱鍋爐蒸汽發(fā)電即:CCPP

②煤氣經(jīng)煤氣鍋爐制蒸汽送汽輪機(jī)組發(fā)電， 實(shí)踐證明煤氣經(jīng)煤氣鍋爐制高壓， 高溫蒸汽送汽輪機(jī)組發(fā)電是成熟， 可靠方便的回收途徑。 它投資少， 技術(shù)成熟可靠， 運(yùn)行穩(wěn)定， 經(jīng)濟(jì)效益好,回收投資時(shí)間短。

二、 鋼鐵企業(yè)剩余煤氣全回收利用的可行性及必要性

鋼鐵企業(yè)是集焦化， 燒結(jié)， 煉鐵， 煉鋼， 熱軋于一體的聯(lián)合企業(yè)； 工廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的焦?fàn)t、 高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣， 除部分利用外， 還有剩余煤氣。為此建有煤氣發(fā)電利用煤氣鍋爐的高壓高溫蒸汽送入汽輪機(jī)發(fā)電， 對剩余煤氣進(jìn)行回收利用。

煤氣能量回收裝置， 但是長期以來， 由于鋼鐵企業(yè)的煤氣有效利用問題一直沒有得到很好的解決， 一方面由于煤氣的發(fā)生和使用之間的不平衡造成的大量放散， 是環(huán)境受到污染。 另一方面， 回收的煤氣沒有得到合理使用， 這不僅加劇了鋼鐵企業(yè)的能源緊張狀況， 而且也造成了很壞的社會(huì)影響。 因此， 研究如何科學(xué)的分配這些寶貴的煤氣燃料， 其意義不下于鋼產(chǎn)量的提高和生產(chǎn)利潤的增加。

現(xiàn)在很大部分的鋼鐵企業(yè)存在火炬放散現(xiàn)象， 主要是因?yàn)楫a(chǎn)生的煤氣和消耗的煤氣量隨著生產(chǎn)狀況的改變而經(jīng)常波動(dòng)， 造成剩余煤氣頻繁變化， 而企業(yè)自身對生育煤氣的管理缺少有效手段。

目前， 雖然一些鋼鐵企業(yè)設(shè)置了煤氣柜， 煤氣柜也只是起到了保護(hù)安全生產(chǎn)的作用， 而沒有起到緩沖煤氣的作用。 另外， 大多數(shù)企業(yè)的電廠鍋爐所緩沖的煤氣量也是人們憑著經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定的， 目前我國鋼鐵企業(yè)鍋爐所緩沖的煤氣量的變化范圍也比較少，這些都造成了煤氣火炬放散嚴(yán)重的原因。

a、 現(xiàn)在國外的大型鋼鐵企業(yè)（Fukuda 等） 建立了煤氣優(yōu)分配模型及控制系統(tǒng)方法， 采用平均模型來對煤氣總要求的預(yù)測。

b、 利用計(jì)算機(jī)*技術(shù)， 建立煤氣優(yōu)分配的同時(shí)對煤氣柜優(yōu)控制， 使火炬對煤氣放散， 氣柜中的煤氣的波動(dòng)和負(fù)荷變化等避免的情形加以分析， 達(dá)到優(yōu)分配， 取得令人滿意的煤氣回收效果（川崎鋼鐵） 。

1、 鋼廠煤氣回收管理系統(tǒng) GRMS 的提出， 在鋼鐵企業(yè)中， 關(guān)于煤氣優(yōu)化利用的研究有很多， 但大多數(shù)都是關(guān)于煤氣在主工序中生產(chǎn)中如何使用方面的（例如高爐煤氣的 TRT 及 CCPP 等等） 。 關(guān)于剩余煤氣如何優(yōu)化利用及全回收的研究卻很少。 煤氣的產(chǎn)生量和消耗量之間的不均衡產(chǎn)生波動(dòng)。 煤氣產(chǎn)生量和消耗量之間的波動(dòng)有時(shí)持續(xù)時(shí)間長， 有時(shí)持續(xù)時(shí)間短， 為了有效地解決煤氣的產(chǎn)、 消波動(dòng)問題， 可以采取煤氣柜與緩沖用戶相結(jié)合的方法。 緩沖用戶和煤氣柜二者可以吸收煤氣量的波動(dòng)， 煤氣柜可以吸收任意的波動(dòng)， 但吸收量不大， 只能用來解決持續(xù)時(shí)間短的煤氣波動(dòng)。 緩沖用戶可以吸收較大的波動(dòng)， 可以解決時(shí)間持續(xù)較長的波動(dòng)， 但不希望任意的波動(dòng)， 而煤氣柜正好能夠配合緩沖用戶調(diào)換燃料及負(fù)荷所需時(shí)間， 而用戶（例如煤氣鍋爐） 與煤氣柜結(jié)合起來， 緊密結(jié)合，缺一不可。

本 GRMS 系統(tǒng)的提出， 是通過對煤氣產(chǎn)生系統(tǒng)（高爐、 轉(zhuǎn)爐、 熱爐） ， 煤氣的輸送分配， 煤氣的儲(chǔ)存裝置氣柜， 煤氣的熱值控制， 煤氣放散裝置火炬和煤氣鍋爐及電廠幾個(gè)子系統(tǒng)建立管理模型， 達(dá)到一體化信息平臺與管理。 實(shí)現(xiàn)對剩余煤氣的優(yōu)化分配， 減少了煤氣從火炬的放散， 提高了煤氣的利用率。

（1） 煤氣生產(chǎn)和使用過程及優(yōu)化分配

（2） 煤氣的平衡及生產(chǎn)節(jié)奏

鋼鐵企業(yè)匯中， 煤氣的利用和實(shí)際操作， 煤氣的動(dòng)態(tài)、 靜態(tài)平衡要進(jìn)行綜合考慮。 尤其是靜態(tài)平衡， 計(jì)劃煤氣足夠， 而實(shí)際生產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)平衡又顯不足， 是常常發(fā)生的。 因此， 需要制定一套完整的， 合理的煤氣平衡制度及程序。 要用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的信息采集， 要依靠日積月累的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)的平衡， 不斷的追求煤氣的平衡， 以獲得更大的經(jīng)驗(yàn)效益。 要把煤氣的平衡看作是效益的體現(xiàn)， 大限度的利用煤氣資源， 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益較大化。

A） 靜態(tài)平衡

是指鋼鐵企業(yè)相關(guān)職能部門對一段時(shí)期內(nèi)的煤氣供求量進(jìn)行計(jì)劃或規(guī)劃， 是結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃， 設(shè)備檢修技術(shù)改造計(jì)劃等因素， 綜合測算的預(yù)測性平衡；

B） 動(dòng)態(tài)平衡

是指生產(chǎn)過程中煤氣的產(chǎn)出量， 煤氣的成份、 熱值、 流量、 溫度及壓力等參數(shù)隨各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)的狀況波動(dòng)而波動(dòng)， 建立相應(yīng)產(chǎn)、 用氣平衡。

靜態(tài)平衡是宏觀指導(dǎo)， 動(dòng)態(tài)平衡隨生產(chǎn)狀況而變動(dòng)， 是煤氣的產(chǎn)出和使用達(dá)到運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)平衡， 減少或消除煤氣的火炬放散是煤氣平衡的目的。

C） 生產(chǎn)節(jié)奏對煤氣平衡的影響

煤氣的產(chǎn)出和使用過程是： 氣源廠（高爐、 轉(zhuǎn)爐、 焦?fàn)t） ——輸配供給——用戶單位， 生產(chǎn)過程中只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)出問題或是某道工序生產(chǎn)節(jié)奏或快或慢， 則煤氣回收利用就會(huì)失去平衡。 煤氣使用合理的開、 停， 合理的檢修計(jì)劃、 合理的交接班制度， 可以避免煤氣集中使用或集中放散。 這些合理的規(guī)范運(yùn)行， 可以用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行管理， 克服人為因素的放散。 如果發(fā)生動(dòng)態(tài)波動(dòng)，通過緩沖氣柜及煤氣鍋爐時(shí)適應(yīng)性控制， 并對其負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)， 保證煤氣動(dòng)態(tài)穩(wěn)定， 使火炬*并多產(chǎn)汽

2﹑ 某鋼廠高爐， 焦?fàn)t， 轉(zhuǎn)爐煤氣利用情況表：

表 1： 高爐， 焦?fàn)t， 轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)參數(shù)

根據(jù)這些煤氣量及相對應(yīng)的熱值回收建一個(gè)蒸汽量為190噸/h； 壓力為9.8Mpa，溫度為 540℃高溫高壓煤氣鍋爐

表 2： 高溫高壓煤氣鍋爐

2： 某鋼廠是利用剩余煤氣它由三種煤氣組成即高爐煤氣（BFG） ， 焦?fàn)t煤氣，轉(zhuǎn)爐煤氣（LDG） ， 其流量的變化及組分熱值變化均會(huì)引起煤氣鍋爐的波動(dòng)。 會(huì)使運(yùn)行→蒸汽流量， 壓力→汽輪機(jī)→發(fā)電機(jī)→系列不正常的連鎖反應(yīng)

我們說高爐， 轉(zhuǎn)爐， 焦?fàn)t， 在運(yùn)行中產(chǎn)生的煤氣隨著工藝的變化而在變化的這是客觀存在的。 如果不克服這些變化將會(huì)對煤氣鍋爐及發(fā)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生安全隱患， 對剩余煤氣回收產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)影響。

鋼鐵煤氣回收管理系統(tǒng) GRMS 系統(tǒng)將目前已有的高爐煤氣， 焦?fàn)t煤氣， 轉(zhuǎn)爐煤氣的氣柜與在線儀表及相對應(yīng)控制閥門， 熱值儀， 調(diào)和站， 煤氣鍋爐的信息采集進(jìn)行優(yōu)化控制， 以均勻穩(wěn)定的目標(biāo)進(jìn)行適應(yīng)性控制。

具體見： 鋼廠煤氣回收管理系統(tǒng) GRMS 原理圖

〈1〉 鋼廠煤氣回收管理系統(tǒng) GRMS 是一個(gè)將煤氣排放流量及趨勢與現(xiàn)有煤氣儲(chǔ)存氣柜， 煤氣熱值的調(diào)和及煤氣鍋爐的負(fù)荷幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行一體化管理

(a)它有煤氣進(jìn)入流量趨勢估計(jì)， 氣柜儲(chǔ)存量預(yù)值及報(bào)警

(b)煤氣熱值調(diào)合與高爐， 焦?fàn)t， 轉(zhuǎn)爐煤氣儲(chǔ)存信息優(yōu)化調(diào)度， 它根據(jù)這些信息得出較佳較經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化方案， 根據(jù)預(yù)定工況預(yù)案進(jìn)行自動(dòng)調(diào)合， 這種調(diào)合功能與煉油廠汽油在線辛烷值調(diào)合一樣， 可靠， 方便， 它又與煤氣鍋爐負(fù)荷相適應(yīng)

(c)煤氣壓力均勻控制

氣柜壓力一般在 8kpa， 而煤氣鍋爐燃燒器背壓要求在 5～6kpa， 在調(diào)合煤氣站出口與煤氣鍋爐之間串接一臺 20 萬 NM3的氣柜， 其意義很大， 它一方面可以穩(wěn)壓， 保證煤氣鍋爐燃燒器的背壓穩(wěn)定的同時(shí),它作為一個(gè)緩沖器， 保證鍋爐運(yùn)行負(fù)荷不會(huì)有太大的波動(dòng)， 同時(shí)煤氣鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性控制可以克制極大波動(dòng)。

GRMS 系統(tǒng)通過這些氣柜進(jìn)行前饋， 均勻優(yōu)化管理充分回收火炬排放的煤氣同時(shí),多產(chǎn)蒸汽， 多發(fā)電， 使系統(tǒng)安全穩(wěn)定， 延長設(shè)備運(yùn)行壽命， 多出經(jīng)濟(jì)效益

〈2〉 鋼廠煤氣含有大量 CO 并且熱值低， 一旦人們吸入就會(huì)中毒死亡， 其燃燒過程中也容易發(fā)生脫火與回火現(xiàn)象.在點(diǎn)火過程中,如果吹掃不到位容易產(chǎn)生煤氣爆燃事故。 根據(jù) IEC61508 及國家 GB/T21109 安全系統(tǒng)對 SIS 要求,并且依據(jù)國家質(zhì)量 2008 年發(fā)布的 TSGGB00-12008《燃油（氣） 燃燒器安全技術(shù)規(guī)則》 。

建立了鋼廠煤氣回收管理系統(tǒng) GRMS 的安全系統(tǒng)， 它由多個(gè) cpu 及 I/O 卡組成，并且有國際專門認(rèn)證機(jī)構(gòu) TUV 的證書其安全等級為 SIL3

〈3〉 鋼廠煤氣排放， 火炬系統(tǒng)（煤氣放散）

鋼廠在生產(chǎn)過程中會(huì)生產(chǎn)大量的煤氣， 如果這些煤氣用不了， 或者生產(chǎn)過程及設(shè)備故障停電停水， 這些煤氣均要通過火炬燃燒排放。

GRMS 系統(tǒng)在正常時(shí)盡量進(jìn)行回收進(jìn)氣柜達(dá)到較大化， 如果發(fā)生特殊情況， GRMS通過火炬 FCS 控制系統(tǒng)安全型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警， 還會(huì)自動(dòng)聯(lián)鎖點(diǎn)長明燈， 自動(dòng)控制水封罐， 對長明燈工作進(jìn)行監(jiān)控， FCS 系統(tǒng)又會(huì)與氣柜系統(tǒng) GR 進(jìn)行相互聯(lián)鎖關(guān)閉進(jìn)氣柜煤氣閥及自動(dòng)點(diǎn)長明燈進(jìn)行安全監(jiān)控。

〈4〉 氣柜煤氣回收：

〈5〉

〈6〉 煤氣鍋爐：

煤氣鍋爐是由煤氣燃燒器， 爐膛， 蒸汽汽包， 鼓風(fēng)機(jī)， 引風(fēng)機(jī)， 省煤器， 預(yù)熱器， 二相流循環(huán)換熱系統(tǒng)， 以及相關(guān)儀表， 計(jì)算機(jī)， 電氣， 化水軟化水等設(shè)備組成一個(gè)燃燒系統(tǒng)的裝置

煤氣燃燒是煤氣鍋爐的重要設(shè)備， 它關(guān)系到煤氣燃燒的形式， 熱效率與安全，合理選擇煤氣種類與燃燒器之間匹配是決定煤氣鍋爐熱效率關(guān)鍵。

根據(jù)目前鋼廠煤氣鍋爐燃?xì)膺M(jìn)燃燒器燃燒可分：

A 方案： 將高爐煤氣， 焦?fàn)t煤氣， 轉(zhuǎn)爐煤氣， 根據(jù)工廠煤氣產(chǎn)出及氣柜儲(chǔ)存的實(shí)際情況制定出一個(gè)合理調(diào)合工況使煤氣熱值在 1200～1500Kcal/m3之間， 送煤氣燃燒器充分燃燒， 這種方案使?fàn)t子燃燒穩(wěn)定產(chǎn)出過熱蒸汽壓力， 流量穩(wěn)定，安全可靠

B 方案： 將高爐， 焦?fàn)t， 轉(zhuǎn)爐煤氣分別通過高爐， 焦?fàn)t， 轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器燃燒。這種方案省略了煤氣燃燒熱值調(diào)合系統(tǒng)， 由于各類型燃燒器燃?xì)鉄嶂挡煌?相差較大。 使?fàn)t膛溫度的分布梯度不同， 相差很大。 溫度不均勻， 使蒸汽壓力與流量波動(dòng)大從而影響發(fā)電機(jī)的效率

C 方案： 純高爐煤氣燃燒器鍋爐， 由于高爐煤氣熱值低煙氣量大經(jīng)過幾年的實(shí)踐其技術(shù)基本成熟， 在首鋼， 寶鋼， 鞍鋼等企業(yè)已開始投用。 本項(xiàng)目暫不考慮c方案

從 A 方案與 B 方案比較可以看出盡管 B 方案省略胃了熱值的調(diào)合系統(tǒng)節(jié)省了投資， 可它將在運(yùn)行中面臨蒸汽壓力與流量波動(dòng)， 影響了其熱效率。 影響其投資回收年限。 更會(huì)造成安全事故隱患（ 熱值相差大各燃燒器的背壓變化及爐膛壓力之間波動(dòng)） ， 其爐膛溫度波動(dòng)在 10％左右

盡管 A 方案由于熱值調(diào)合增加了投資， 但是由于其燃燒穩(wěn)定提高了熱效率。 并且運(yùn)行穩(wěn)定， 安全可靠， 多產(chǎn)蒸汽、 多發(fā)電， 使其增加的投資當(dāng)年就可以通過其優(yōu)良效益收回。 其溫度波動(dòng)在 1％以下。

C 方案是純高爐煤氣燃燒器， 不適合本項(xiàng)目

〈7〉 關(guān)于煤氣鍋爐燃燒器布置：

煤氣鍋爐由于其熱值變化其燃燒器的布置很重要， 其布置型式有， 煤氣爐墻置對沖燃燒技術(shù)及四角切向圓燃燒技術(shù)兩種

（a） 煤氣鍋爐膛墻置對沖燃燒方式的旋流燃燒器是一般布置爐膛的前后墻， 其出口氣流是一邊旋轉(zhuǎn)一邊向前作螺旋式運(yùn)動(dòng)， 旋流燃燒器的噴口都是圓形的，中間內(nèi)圈噴一次風(fēng)， 一次風(fēng)外圈是二次風(fēng)， 兩個(gè)噴口同一軸心， 每邊墻上布置多個(gè)多排獨(dú)立燃燒器， 雙調(diào)風(fēng)燃燒器 DRB， 分兩段供風(fēng)以達(dá)到既降低 NOX（ 可降低 50～60%） 又保證燃燒效率的雙重功能， 一般情況下燃燒器的 NOX 排放量為330～860mg/NM， 從此可看出它是一個(gè)低 NOX的燃燒器。

前后墻對沖燃燒和四角切圓燃燒不同， 它并不要求爐膛橫截面接近正方形，實(shí)際爐膛橫截面可以為矩形， 這有利于鍋爐受熱面的布置。

（b） 四角切向燃燒技術(shù)廣泛用于現(xiàn)代大容量鍋爐， 一般采用燃燒器四角布置，出口氣流幾何軸線切于爐膛中心的假想切圓， 造成氣流在爐內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)， 并呈螺旋式上升。

四角切向燃燒的主要特點(diǎn)如下：

〈 Ⅰ 〉 四角射流著火后相交， 相互點(diǎn)燃使煤氣著火穩(wěn)定較好， 切向燃燒方式是以整個(gè)爐膛為單元來組織燃燒的， 故燃燒器的燃燒工況和整個(gè)爐膛的空氣動(dòng)力特性關(guān)系十分密切

〈 Ⅱ 〉 由于切向燃燒四股射流在爐膛內(nèi)相交后強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)湍流的熱量， 質(zhì)量和動(dòng)量交換十分強(qiáng)烈， 故能加速著火和提高燃料的燃盡程度

〈 Ⅲ 〉 四角切向燃燒爐內(nèi)充滿系統(tǒng)較高， 爐內(nèi)熱負(fù)荷分配均勻

〈 Ⅳ 〉 爐內(nèi)的結(jié)構(gòu)比較簡單， 便于大容量鍋爐的布置

〈 Ⅴ 〉 采用擺動(dòng)式直流燃燒器， 運(yùn)行中改變上， 下擺動(dòng)角度即可改變爐膛的火焰中心和出口烔溫， 從而達(dá)到調(diào)節(jié)蒸汽溫度目的

〈 Ⅵ 〉 可以實(shí)現(xiàn)分段燃燒抑制 NOX排放

〈8〉 煤氣鍋爐由于煤氣熱值低， 爐膛內(nèi)黑度低， 輻射傳熱低煙氣量大， 其對流段熱交換量大而通過煙道氣能源回收是提高煤氣熱效率的重要手段， 如果煤氣鍋爐負(fù)荷變化， 引起煙道氣溫度變化， 一旦對流段換熱設(shè)備定型， 換熱面積不會(huì)變化， 如果負(fù)荷度大， 煙道氣流及溫度大帶走熱量多熱效率降低， 此時(shí)很容易產(chǎn)生酸露點(diǎn)（當(dāng)煙氣溫度低于酸露點(diǎn)時(shí)） 酸露點(diǎn)的腐蝕會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞換熱器與過熱省煤器， 如果煤氣預(yù)熱器腐蝕會(huì)引起閃爆的安全事故， 煙道溫度變低， 又會(huì)引起脫硝工藝效率， 煤氣鍋爐煙道氣回收利用=相流（相變） 卡諾循環(huán)原理，將二相循環(huán)器進(jìn)行控制， 從而達(dá)到控制煙道溫度。 煤氣鍋爐燃燒管理系統(tǒng) BMS的煙道氣溫度階梯控制保證了煙道氣溫度在爐子負(fù)荷變化情況下， 保證了各階梯溫度不變， 保證煙氣溫度在酸性點(diǎn)以上 10℃避免了煙道設(shè)備的酸露點(diǎn)腐蝕延長設(shè)備的使用壽命。

煤氣鍋爐爐膛燃燒計(jì)算機(jī)模擬

燃?xì)鉄嶂档驮斐蔂t膛黑度低， 爐膛輻射傳熱 30%（燃煤 70%） 煙氣量大， 大部分傳熱在對流及煙道進(jìn)行

煤氣鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性優(yōu)化調(diào)節(jié)（一）

煤氣優(yōu)化調(diào)節(jié)軟件是煤氣爐膛與對流， 煙道取熱的優(yōu)化控制軟件之一， 其控制方便， 減少鍋爐的故障率， 提高鍋爐適應(yīng)負(fù)荷變化能力。

Figure 1 空燃比、 蒸汽壓力、 煤氣流量、 空氣流量雙交叉化控制

由于高爐煤氣的熱值變化使空氣比例也會(huì)隨著變化， 如果煤氣熱值變低很容易造成脫火現(xiàn)象， 優(yōu)化的空燃比控制可以使空氣流量適應(yīng)熱值變化， 保證燃燒不脫火的手段之一。

燃燒器在≥50%負(fù)荷可正常使用， BMS 調(diào)節(jié)比可達(dá) 1:10。

空燃比、 蒸汽壓力、 煤氣流量、 空氣流量的雙交叉優(yōu)化控制

煤氣鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性優(yōu)化調(diào)節(jié)（二）

兩相流（相變） 空氣預(yù)熱器工作原理

煤氣鍋爐負(fù)荷， 在 70%以下運(yùn)行， 由于煙氣量減少及溫度下降， 容易產(chǎn)生酸露點(diǎn)， 腐蝕省煤器及空預(yù)器換熱管及煙道設(shè)備。

煙道兩相流換熱系統(tǒng)利用汽化與冷凝相變吸取大量能量特性使煙道溫度控制在酸露點(diǎn)以上保證設(shè)備不產(chǎn)生酸露點(diǎn)腐蝕。

煤氣鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性優(yōu)化調(diào)節(jié)（三）

煤氣的熱值變化會(huì)造成煙道氣量變化， 例： 熱值少會(huì)使煙流量大， 容易發(fā) 生爆管現(xiàn)象。

煙道兩相流換熱系統(tǒng)利用循環(huán)量及汽化壓力控制取熱量特性， 保證設(shè)備運(yùn)行安全。

煤氣鍋爐負(fù)荷熱效率計(jì)算數(shù)模及監(jiān)控

鍋爐熱效率鍋爐負(fù)荷： 煤氣熱值布白系數(shù)； 空氣流量壓力、 溫度； 蒸汽流量壓力、 溫度； 軟水流量壓力、 溫度； 煙氣熱焓； 煙氣流量壓力、 溫度； 煤氣流量壓力、 溫度。

<9>煤氣鍋爐燃燒管理系統(tǒng) BMS

煤氣鍋爐燃燒管理系統(tǒng) BMS 由： 啟動(dòng)爐子、 初始條件判別、 自動(dòng)吹掃、 自動(dòng)點(diǎn)火、 點(diǎn)燃燒器爐膛升溫、 啟動(dòng)換熱器、 緊急停車 ESD 組成。 它的硬件是一個(gè)三重化（或者二重化） 的安全系統(tǒng)。 它嚴(yán)格遵守 IEC61508 及 GB/T 21109 安全性與完整性， 它的操作參數(shù)嚴(yán)格按照頒布的 TSGGB001-2008《燃油（氣） 燃燒器安全技術(shù)規(guī)則》 。 它嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)及工藝規(guī)程，將爐子啟動(dòng)及緊急停車、 開停爐， 用計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作， 克服了人為因素造成的安全事故。

煤氣鍋爐燃燒管理系統(tǒng) BMS（FSSS） 遵照國際通用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)對煤氣鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行管理。

煤氣鍋爐燃燒管理系統(tǒng) BMS 原理框

煤氣鍋爐燃燒管理系統(tǒng) BMS 緊急停爐 ESD

鋼廠煤氣鍋爐煙道脫硝脫硫

煙氣鍋爐在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生 NOx與 SO2。 由于高爐煤氣及轉(zhuǎn)爐煤氣 H2S 與SO2比較小， 燃燒后不會(huì)超國家標(biāo)準(zhǔn)。 如果焦化過來的焦化煤氣是經(jīng)過凈化處理過的， 燃燒后不會(huì)超標(biāo)。

<1>煤氣鍋爐煙氣脫硝。 （如果 SO2超標(biāo)采用一體化） 煤氣鍋爐燃燒器采用低氮型式， 其 NOx排放在 80~100mg/m3。 以工程燃?xì)忮仩t NO2≤50 mg/m3計(jì)， 脫 NO2在 50%以上:

a． SCR： 選擇性催化脫 NOx在運(yùn)行過程中， 由于催化劑容易中毒， 更換催化劑費(fèi)用大， 運(yùn)行成本高。

b． 臭氧+雙氧水， 強(qiáng)氧化作用。 將低價(jià) NO2變?yōu)楦邇r(jià) NOx而吸收脫除。由于臭氧發(fā)生器價(jià)格貴， 在大容量情況下， 在大于 20 萬 NM3/h 時(shí)， 其 NO2大于 500 mg/m3情況下， 其價(jià)格大于 SCR。 但是臭氧+雙氧水運(yùn)行穩(wěn)定可靠， 不需要更換催化劑， 其運(yùn)行成本低。特別是煙氣量小于 15 萬 NM3/h、 NO2≤500 mg/m3時(shí)， 其成本略低于 SCR。臭氧+雙氧水是目前國際、 國內(nèi)技術(shù)*的脫硝技術(shù)， 運(yùn)行可靠， 運(yùn)行成本低。

鋼廠煤氣回收、 制蒸汽發(fā)電能量平衡

 發(fā)電能量估算： （包括在運(yùn)行中熱損失及波動(dòng)）

<1>煤氣調(diào)和出來流量: 6 萬/h， 熱值： 1200 kcal/NM3送鍋爐；

<2>鍋爐產(chǎn)過熱蒸汽 190t/h。 壓力 9.8Mpa， 溫度 540℃。 高壓、 L 高溫過熱蒸汽送發(fā)電機(jī)組發(fā)電；

<3>發(fā)電機(jī)組發(fā)電 50MW/h。

三、 鋼廠煤氣回收發(fā)電系統(tǒng)（GRMS） 一體化項(xiàng)目投資估算

說明：

1.煤氣的氣柜考慮已有條件下。 如果新上， 另加投資。

2.除氧水裝置不考慮， 鍋爐供水由外送入。

3.本類型不包括汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。

4.以上投資包括設(shè)備、 材料、 施工、 費(fèi)用。

四、 煤氣回收項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益及投資回收估算

 1.不考慮投資發(fā)電機(jī)組， 以高溫、 高壓過熱蒸汽外賣結(jié)算。 由于過熱蒸汽價(jià)格不確定因素大。 所以我們暫定高溫、 高壓過熱蒸汽每噸毛利為 100 元。

<1>年產(chǎn)過熱蒸汽量 190t/h× 8000 小時(shí)（一年運(yùn)行 8000 小時(shí)） =152 萬噸/年。

<2>一年毛利： 152 萬噸/年× 100 元/噸=1.52 億元。

<3>以投資 8210 萬元（不包括發(fā)電機(jī)組） 計(jì)算：

收回成本時(shí)間=8210÷ 15200=0.54 年。

不考慮投資發(fā)電機(jī)組投資收回時(shí)間為： 0.54 年。

2.考慮投資發(fā)電機(jī)組的投資及投資收回時(shí)間。

<1>以發(fā)電效率 30%計(jì)算。 發(fā)電： 50MW/h， 以： 4000 元/Kwh。 造價(jià)：

a． 50MW/h× 4000=20000 萬元（2 億元）

b． 總投資： 8210+20000=28210 萬元（2.821 億元）

<2>以 0.62 元/Kw 上網(wǎng)費(fèi)。 成本 0.35 元/Kw 計(jì)算： 每 1Kw/h 電的利潤 0.27元/Kw· h。

<3>造發(fā)電機(jī)組投資收回時(shí)間：

a． 總經(jīng)濟(jì)效益： 50MW/h× 0.27 元/Kw· h=13500 萬元/年（1.35 億元/年）

b． 收回投資時(shí)間=28210÷ 13500=2.09 年

投資發(fā)電機(jī)組投資收回時(shí)間為 2.09 年。

說明： 發(fā)電機(jī)組投資時(shí)關(guān)于電價(jià)計(jì)算應(yīng)包括煤氣每 M3的價(jià)格， 由于煤氣定價(jià)因素很多， 的是按熱值， 是多余的放空煤氣， 是再生利用能源， 其上網(wǎng)電價(jià)應(yīng)該由政府補(bǔ)貼及免稅。

五、 環(huán)保效益

一個(gè)中性或大型鋼廠， 每年有 6.5~12%的煤氣從火炬排放。 如果以某鋼鐵廠為例， 將多余排放的煤氣回收， 經(jīng)煤氣鍋爐制高溫高壓過熱蒸汽進(jìn)行發(fā)電：

50MW/h× 8000 小時(shí)（一年運(yùn)行時(shí)間） ， 共發(fā)電 4× 1011w· h=4× 108Kw· h。

a． 以 1Kw· h 的可再生能源發(fā)電可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 0.4kg 計(jì)算， 山東日照鋼廠

一年可節(jié)約 16 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

b． 以 1Kw· h 的可再生能源發(fā)電可減少 CO2、 SO2、 NOx的廢氣排放 1.1kg 計(jì)算， 某鋼廠鋼廠一年可減少 O2、 SO2、 NOx的廢氣排放 44 萬噸。

六、 鋼廠煤氣回收管理系統(tǒng) GRMS 一體化系統(tǒng)總結(jié)

安全： 按國家管理要求， 達(dá)到安全系統(tǒng)的完整性。

優(yōu)化管理： 從產(chǎn)氣、 回收、 調(diào)合、 升壓、 鍋爐一體化管理可達(dá)到少排放， 多產(chǎn)蒸汽， 均勻控制提高經(jīng)濟(jì)效益 5～10%。

環(huán)保： 少排煤氣， 改善大氣。

七、 結(jié)束語

鋼廠煤氣回收管理一體化系統(tǒng) GRMS 能對鋼廠企業(yè)剩余煤氣進(jìn)行優(yōu)化管理。 達(dá)到全回收、 *。 它不僅將剩余發(fā)散的煙氣進(jìn)行回收， 改善大氣， 克服霧霾， 同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益， 一體化的機(jī)電儀器、 設(shè)備投資在 2~3 年內(nèi)可以全部回收