[发明专利]钢铁企业伴生能源联合循环发电系统及发电方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及冶金和钢铁等企业余热余能回收利用领域，特别涉及一种钢铁企业伴生能源联合循环发电系统及发电方法。

背景技术

我国钢铁工业的能源消耗占全国总能耗的10％～15％，其中炼铁工序(烧结、高炉)对钢铁企业的整体能耗和粉尘、SO₂、CO₂等污染物的排放影响很大，约占50％以上。炼铁生产过程产生大量的二次能源和余热余能。炼铁产生的煤气，相当于总能耗的20％～25％，炼焦、烧结与高炉产生的余热余能相当于总能耗的12％～15％。若能将煤气有效利用，余热余能充分回收，则利用和回收的能量可达总能耗的1/3。

钢铁企业伴生能源种类繁多，包括高炉煤气、焦炉煤气、烧结烟气、冷却机热废气及高炉渣显热等。高炉煤气(blast furnace gas，BFG)是炼铁过程产生的伴生气，因其受热值低、含尘含水量大、压力波动大等因素的影响，在钢铁企业中难以适应生产的需要。而随着全烧高炉煤气锅炉发电、燃气蒸汽联合循环发电和高温蓄热燃烧等技术的出现，为高炉煤气的有效利用提供了良好的途径。焦炉煤气(coke oven gas，COG)是在炼焦过程中产出焦炭和焦油的同时所得到的可燃气体，是炼焦过程的副产品，因其热值较高，故可用作燃料、制备化工原料(如制取氢气、甲醇等)、直接还原铁等。烧结机主烟道气和冷却机热废气是烧结工序中产生的伴生余热，其基本特点为：热源品质整体较低，热废气温度波动大，热源的连续性难以保证。早在20世纪80年中期，日本烧结厂的余热回收技术已得到广泛应用。2005年，马钢第二炼铁总厂在两台300m²烧结机上建成了国内第一套余热发电系统并网发电。2007年，济钢第二烧结厂320m²烧结机余热发电工程运行投产。高炉渣显热属高品质余热，其出炉温度在1400～1550℃之间，每吨渣含(1260～1880)×10³kJ的显热，相当于60kg标准煤的热值。炉渣热能回收方法可概括为两大类：介质换热法和化学反应法。前者是利用高炉渣与介质接触或辐射进行热交换，然后利用高温介质能量发电或它用，其主要有日本的内冷转鼓法、转轮粒化法、风淬法及英国的离心转盘法等；后者是利用高炉渣显热能量促使化学反应进行，以回收利用高炉渣余热。我国高炉渣余热回收利用仅限于冲渣水余热供暖，且受时间和地域限制，在夏季和无取暖设施的南方地区，其推广应用难以展开。

由CO₂等温室气体引发的全球气候变化已成为国际社会关注的焦点，其中CO₂减排应成为钢铁企业必须关注和解决的重大环境问题。从全球来看，工业生产所产生的CO₂占全球排放量的20％以上，而钢铁生产产生的CO₂占工业总排放的15％～20％。近年来，CO₂捕捉和存储(carbon dioxide capture and storage，CCS)技术在电力行业已受到广泛关注，而其在钢铁行业所受的关注程度也正在提升。目前，实现温室气体减排的主要手段包括调整能源结构、提高能源利用效率及能源系统分离并回收CO₂。而当前，CO₂分离的焦点集中在“零排放”上，忽视了其带来的巨大能耗及对经济和政策的影响。以大型燃煤电厂为例，600MW、1000MW等级的机组，利用超超临界蒸汽参数，其效率为43％～45％，若采用尾部烟气脱除CO₂，效率将下降11个百分点。因此，CO₂减排的革新技术应当是建立在系统创新基础上的低能耗甚至是“零能耗”的分离CO₂。以“零能耗”的思路取代“零排放”是CO₂减排的主要途径。化学链燃烧的能源环境系统是能源科学与环境科学交叉的新兴领域，它具有零能耗分离CO₂和提高系统效率的特点，被认为是同时解决能源利用与环境协调问题的重要突破口。

剖析钢铁企业伴生能源回收利用现状后，不难发现：虽然钢铁企业伴生能源均不同程度地被回收利用，但是禁锢于传统回收技术与方法，各项伴生能源因分散回收利用，其效果不显著，且未从钢铁企业整体角度考虑，需要考虑如何将不同种类不同品位的钢铁企业伴生能源高效、综合、梯级利用，从而摆脱传统钢铁企业余热余能回收方法的束缚。

发明内容