高炉煤气发电生产效率的改进初探

摘 要：文章首先就钢铁工业环境中的煤气利用现状进行了综合的讨论，而后进一步对当前高炉煤气发电技术状态有所述及，最后综合高炉煤气本身的一些性能缺陷特征，就当前高炉煤气生产效率的提升展开了深入的讨论，对于加深高炉煤气利用有着积极意义。

关键词：高炉；煤气；发电；效率

中图分类号：F426.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 24-0000-01

在钢铁工业环境之下，企业生产过程会产生诸多种类的副产品，煤气就是其中一个重要的能源副产品，也是钢厂二次能源的主要形式。媒体的潜在价值极高，就潜热而言，占据余热资源总量的53.9%，其中大约32.7%为高炉煤气，17.3%为焦炉煤气，3.9%为转炉煤气。以高炉煤气纹理，其主要成分为CO、CO2、N2、H2等，其中CO约占22%-26%，CO2约占16%-19%，N2约占58%-60%，H2则约占1%-4%。我国是钢铁生产大国，对应的煤气产量也不容忽视。综合整体状况而言，我国大型钢铁企业吨钢能耗比发到国家仍然高出10%左右，这个数据在中小型钢铁企业环境中甚至可以高达25%甚至更高。这种差距的主要原因并非钢铁生产过程中的能源利用不合理，虽然可能存在差距，但是更大的影响因素则是钢材生产过程中对于副产品能否有效展开充分利用的问题。如果单纯从科技的角度看，我国大型钢铁企业高炉煤气回收利用率可达92%以上，这个比例在国际环境中也都数据较高水平，但是对于诸多中小型钢铁企业而言，高炉煤气的利用是一个尚未得到充分重视的问题，而非缺乏技术支持。相关统计表明，存在有大约25%的高炉煤气会在生产过程中直接排空或者燃烧，依据产钢能力粗略这算，大概每年会有大约相当于一千万吨标准煤的能量被浪费掉。然而更为糟糕的问题在于，如果直接将高炉煤气防控，其中含有的大量CO以及其他有害化学物质，还会在能源大量浪费的同时对大气产生直接污染，其问题不容小觑。

一、高炉煤气利用现状分析

随着近年来我国相关煤气发电技术的不断成熟以及国家对于环保相关产业的重视，以及钢铁生产企业本身对于自身经济效益的追求，高炉煤气再利用问题成为了整个钢铁产业环境下共同关注的焦点。目前利用高炉煤气发电主要有蒸汽轮机机组、燃气轮机机组及其联合循环机组、燃气内燃机机组三种形式，各具特点并且有着不同的适用环境。

蒸汽轮机发电本身是利用可燃气体与空气在燃烧器内燃烧，并且产生蒸汽做功发电。这是世界上出现最早的发电技术之一，因此时至今日已经十分成熟，但是其热效率相对有限，通常只有25%左右。并且如果想要采取此种技术展开生产，还需要面对其本身就很复杂的系统以及相对较长的建设周期等问题，但是对于此种技术而言，单机功率大，通常在20万MW级别以上，因此通常见于大型的发电环境中。目前蒸汽轮机发电工作方式多配合燃气轮机机组及其联合循环机组发电工作方式一同展开，但是仍然由于机构庞大发电效率偏低，因此在整个行业里均面临淘汰停用。

燃气轮机机组及其联合循环机组则是利用空气和燃气为介质的旋转式热力发动机。从原理角度看，压气机将空气压入燃烧室燃烧，形成高温高压燃气且膨胀做功，用于驱动压气机以及发电机实现发电。此种发电工作方式热效率可以有效提升到45%或者更高，但是因为规模较大因此一次性投资较大，维护费用同样居高不下，因此只能在大型发电环境中使用。最后，燃气内燃机发电方式则更加类似于使用可燃气体作为燃料的汽油机，并且对于气源分散，供应不稳定，煤气总量不大的情况相对适用。

二、高炉煤气发电生产效率提升浅析

虽然煤气是钢铁产业环境中必然的副产品，但是其本身并不稳定。一方面轧钢工艺本身的不断进步和技术更迭会影响到钢铁生产环境中煤气的产生总量，另一个方面其本身的构成也会有所起伏。而想要切实提高高炉煤气发电生产的整体工作效率，就必须深入分析高炉煤气的自身特征，才能有的放矢地提出相应的改进对策。

首先，高炉煤气的热值相对较低、燃烧稳定性相对较差的总体特征，会常常导致内燃机的升功率下降过大，怠速不稳的问题，可以考虑增大压缩比和增压器的增压度，通过此种方式对功率进行恢复并且确保可以实现可靠点火。或者采用大流量高效率的煤气压缩机参与工作，也可以在这一方面有所改善。

其次，高炉煤气的燃烧速率很低，火焰不容易稳定，考虑到用于发电的发动机缸径通常较大这一特征，在实际点火的时候应当采用双火花塞，并且需要增大点火能量，切实确保点火成功率能够得到控制。除此以外，还可以考虑采用预燃室技术，即先点燃预燃室内的混合气体，而后在出现多个着火点的情况下引燃燃烧室的混合气，增加点火成功机会。还可以加大燃烧室截面积，加长其长度，降低气流速度的方式增加气体在燃烧室内的停留时间，借以实现高炉煤气的充分燃烧。

最后，考虑到不同钢铁厂的高炉煤气在成分方面会呈现出显著差异，甚至于同一个钢铁厂在生产过程中，也会随着时间的推移因为工艺、产品或者原料等方面的因素而造成高炉煤气本身的结构差异。这种差异表现在包括浓度的各个方面，极易造成发动机熄火、游车等多方面的问题，影响到发电生产正常工作的展开。对于这一方面的问题，可以采用电控混合技术，借由可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）等先进手段对燃烧过程进行控制，合理匹配空气和高炉煤气流量，达到实时调节空燃比的目的。

三、结束语

高炉煤气发电是钢铁产业环境中的必然环节，是顺应了环保和能源等多个领域思路的结果。在实际工作中，唯有切实结合钢铁企业自身的实际状况，分析其所面对的煤气特征，深入研究不同的发电方式的优劣并且加以对比，才能实现整体优化，切实推动煤气发电生产效率的提升。

参考文献：

[1]张传秀，倪晓峰.浅谈高炉煤气发电的经济和社会效益[J].上海金属，2004.

[2]洪伟，杨晓萍.用于天然气发动机燃烧特性分析的定容燃烧测试系统[J].吉林工业大学自然科学学报，2000（30）：1-3.

[3]李传光，孙莉莉.浅谈利用高炉煤气发电技术[J].山东内燃机，2004（04）：63-65.

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