发布日期：2023/5/26

钢厂废气发电解决方案

日益提高的能源成本和电力需求是钢铁行业面临的严峻挑战。钢铁生产过程中产生的废气可成为发电的有效资源。利用钢厂废气发电不仅产生了经济效益，更可以减少温室气体的排放，实现节能减排。

GE拥有系列的钢铁企业废气发电解决方案，可以使用高炉煤气，焦炉煤气，转炉煤气以及熔融还原炉煤气（如COREX）等，并可以实现热电联产。

颜巴赫燃气内燃机在钢铁行业的应用

钢铁生产过程中产生的气体

可以提供能源高度的电力需求以及不断上升的能源成本成为当前钢铁行业的一个巨大挑战，在钢铁生产过程中产生的“免费的”废气可以作为一种非常有吸引力的能源用来高效发电。除了经济效益，利用这些废气作为燃料可以有效降低工业二氧化碳的排放量同时减少化石能源的使用。钢铁生产过程中产生不同的尾气钢铁生产过程中一般会产生大量的特殊气体，在三个不同的工艺阶段，会产生三种不同气体，分别是：焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气。这些气体各自的组分差异及低位热值（LHV）如下图所示：

 

GE颜巴赫为焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的利用提供先进的燃气内燃发动机技术。

焦炉煤气

作为原煤转变为焦炭的一种副产品，焦炉煤气是由炼焦用煤在缺氧条件下，炼焦炉中经过高温干馏后产生的。其主要成分为氢气（50%~60%）和甲烷（15%~30%），另外还含有少量的（10%~20%）一氧化碳、二氧化碳和氮气。焦炉煤气的热值可,以达到5 kWh/m3 N，可以作为颜巴赫燃气内燃发动机的高效燃料用来发电。

高炉煤气

高炉煤气（BFG）是炼铁过程中产生的副产品，拥有极低的低位热值（LHV~0.7 kWh/m3N）和非常有挑战的可燃组分（如一氧化碳和氢气）和惰性组分（如二氧化碳和氮气）的比值。利用该特殊气体进行发电需要先进的燃气内燃发动机技术。根据BFG的不同组成，可能需要与少量焦炉煤气或者天然气混合，提高在发动机内的燃烧效果。在某些限制以外，不添加任何燃料直接利用高炉煤气也是可能的。GE颜巴赫燃气内燃发动机团队针对在高炉煤气的应用上开发出了相应的产品，拥有极高的燃料灵活性，最低限度的混合燃料气体。

转炉煤气

转炉煤气出现在以生铁为原料的炼钢过程中。转炉炼钢技术可以分为两种不同工艺：氧气顶吹转炉炼钢法和平炉炼钢法。在氧气顶吹转炉炼钢工艺中，生铁与氧气或空气反应和炼制，降低了碳的比例，并通过氧化所产生的热量来加热钢水。目前氧气顶吹转炉炼钢法（LD法）已经成为粗钢生产上使用最多的工艺，全世界大约有60%的粗钢生产采用。另一方面，平炉加热金属所需的热量和氧化杂质元素所需的氧，都是通过炉渣向金属中传递的，平炉供热必须依靠外来热源。最常见的平炉工艺就是电热熔工艺。LD法和电热熔工艺中产生的转炉煤气中一般含65%一氧化碳、15%二氧化碳、15%氮气和少量的氢气及甲烷，可以作为燃气被颜巴赫燃气内燃发动机高效利用。

 

颜巴赫的理念

钢铁生产过程中产生的各种气体的成分、热值和燃烧效果都有差异，这对燃气内燃机的设计提出了相当高的要求。GE颜巴赫针对这种燃料提供了相应的改进型燃气内燃机，采用这种气体高效地发电同时可以供热，供钢铁生产企业使用。总的来说，焦炉煤气成分稳定，作为燃气内燃机的燃料非常有利。但是，焦炉煤气中氢气含量非常高，这就意味着其燃烧速度会非常快，增加了敲缸和回火的危险性。为了避免这种风险，GE颜巴赫开发了特别的控制系统，确保稀薄混合气体的安全燃烧，同时可以根据机组的负荷及时作出调整。高炉煤气的产生量往往比较大，但是由于其低位热值很低而且难以燃烧，所以之前都作为蒸汽锅炉或者蒸汽轮机的燃料来使用。

GE颜巴赫采用独特的燃烧理念，开发出了高效、燃料高灵活度的特别针对高炉煤气应用的燃气内燃发动机。转炉煤气燃烧速度缓慢。而且其中含有大量的有害气体一氧化碳。GE颜巴赫根据转炉煤气的特性，开发出了特别的燃烧系统，提高转炉煤气的使用效率和可靠性。除此之外，GE颜巴赫可以提供一整套安全处理有害气体（如一氧化碳）的技术。GE颜巴赫燃气内燃发动机在利用这些气体发电的的同时还能带来热量，热水和高温尾气进入余热锅炉可以产生蒸汽，供钢铁生产工艺使用。利用废气产生的电能既可以供钢厂使用，也可以输入公共电网。利用转炉煤气的发电效率可以达到37%，利用焦炉煤气发电效率甚至可以更高。

 

优势

- 独立稳定的电力供应

- 降低能源成本，高稳定性及可预见性

- 经济高效的热电联供应用

- 和其他发电设备（如蒸汽或者燃气轮机）相比，发电效率更高

最合适的电力输出范围可从几百千瓦至20～30兆瓦

- 进气压力要求相对较低

- 在处理废气的同时提供电能和热能

- 替代常规燃料

- 降低温室气体排放，有利环境

关键数据

平均每生产一吨焦炭，大约要产生470立方米焦炉煤气。这其中的60%气体需要供生产中的其他工艺使用，余下的部分气体可以被颜巴赫燃气内燃发动机利用，发出将近400 kWh的电力。采用LD法（氧气顶吹转炉炼钢法）生产每吨钢可以产生近50立方米转炉煤气，这部分气体可以被颜巴赫燃气内燃发动机利用，产出大约50 kWh电力。采用高炉每生产一吨铁可以产生近1000立方米高炉煤气，颜巴赫燃气内燃发动机可以利用这部分气体，产生近180 kWh电能。

我们的实力

GE颜巴赫燃气内燃发动机为钢铁生产行业提供高效的利用各种废气转化为能源的完美解决方案。GE颜巴赫燃气内燃发动机在焦炉煤气上的第一例商业应用始于1995年，第一例LD法转炉煤气的应用始于2004年，在这些案例的基础上GE颜巴赫做了大量研究。到目前为止，已经有超过30台GE颜巴赫燃气内燃发动机在焦炉煤气或者LD法转炉煤气领域应用。这些机组的总累计运行时间已经超过100万小时。除此之外，与采用天然气发电相比，利用这些“免费的”废气发电，至今累计减少二氧化碳排放量达到200万吨。GE颜巴赫基于模拟高炉煤气环境做的广泛单缸测试并在现场做了长期验证，开发出了高效、燃料高灵活度的特别针对高炉煤气应用的燃气s内燃发动机。