钢铁联合企业电力系统分析与优化研究

摘要

钢铁工业既是我国国民经济的基础产业和工业化支撑产业，也是高耗能行业。电力作为钢铁生产中仅次于煤炭的重要能源之一，几乎涉及到钢铁生产工序的每一个环节，来源包括自发电和外购电两种。钢铁生产以高温冶炼、加工为主，伴生大量的余热余能及副产煤气资源。如何高效利用这部分资源产生电力，提高企业的自发电比例，同时提高主要用电设备的用电效率，降低用电消耗，是钢铁企业应对电力供应紧张局面的有效措施和降低生产成本的重要举措。以此为研究背景，本文系统地研究了我国长流程钢铁联合企业电力系统的生产工艺、消耗特点及其发展历程;建立了电力生产系统的投入产出模型，建立了电力消耗系统的吨钢耗电成本模型以及建立钢铁企业电力系统决策平台;最后，以鞍钢本部和鞍钢鲅鱼圈为典型应用上述模型，提出了鞍钢电力系统优化方案及实施后的预期效果。主要研究内容如下：
　　(1)根据多数钢铁联合企业长流程的特点，剖析了钢铁企业在利用余热余能、富余煤气及燃煤自备电厂发电方面的生产工艺、消耗特点及其发展历程。
　　(2)建立了钢铁企业电力生产系统的电力投入产出模型，对鞍钢本部和鞍钢鲅鱼圈电力生产系统的燃料消耗、电力产品的能值和成本进行了详细的阐述。根据电力产品能值，提出了钢铁企业的最优发电原则;根据电力产品成本及外购电价格，提出了钢铁企业的低成本用电方案:①在峰段及平段，应利用企业的自发电系统使其满负荷运行，保障燃煤电厂的发电负荷，发挥电力生产系统最大的发电能力，以降低外购电量;②在谷段，在保证余热余能和富余煤气发电机组满负荷发电的前提下，减少燃煤电厂的发电负荷，增加外购电量。
　　(3)建立了吨钢电耗模型和吨钢电耗成本模型，以此为工具对鞍钢本部和鲅鱼圈的电力消耗系统进行对比分析，发现鞍钢本部的吨钢电耗及吨钢电耗成本指标分别较鞍钢鲅鱼圈高23％和36.7％。如果鞍钢本部不考虑冷轧工序，其吨钢电耗及吨钢电耗成本指标分别较鞍钢鲅鱼圈高7.1％和20.6％。从降低吨钢电耗及其成本的角度，提出主要措施如下：①节约各工序的耗电量，主要是轧钢和能源加工与转换工序;②提高设备的电能利用效率，开展重点设备节电;③提高余热余能、富余煤气资源的发电效率，提高自发电比例。
　　(4)以鞍钢作为我国传统钢铁联合企业的代表，系统分析了其近10年来电力系统随企业产能规模、加工深度和节能发电新技术进步的发展趋势。同时以2010年的生产数据为基础，对鞍钢本部和鲅鱼圈电力生产系统的发电情况进行了详细的论述，对鞍钢电力消耗系统进行分析，找出鞍钢电力系统存在的主要问题:①发电系统的季节性不平衡。主要受北方气候的影响，供暖期大部分余热余能用来供暖，发电系统停止运行;②TRT发电技术受煤气温度、炉顶压力及煤气量的影响与先进钢铁企业相比差距较大;③高炉煤气泄露量偏高;④电力系统产消不平衡，外购电策略亟待完善。
　　(5)根据鞍钢本部和鲅鱼圈生产现状，应用自行开发的钢铁企业电力系统决策平台，对我国典型钢铁联合企业的自发电能力进行预测，结果表明:年产1500万吨钢铁联合企业不考虑外购动力煤发电的前提下，自发电比例达91％，尚有9％的电力需要外购。年产500万吨钢铁企业自发电可以实现自给自足，且有2％的电力外供。同时年产1500万t钢铁联合企业的焦钢比、铁钢比及转炉煤气回收量每提高1％，自发电比例分别增加1.51％、0.99％及0.09％。因此可通过以下两种途径来增加煤气量，提高自发电比例:①提高转炉煤气回收量;②按照焦炭与煤、废钢与生铁的市场价格，合理调整焦钢比、铁钢比。
　　(6)根据鞍钢本部和鲅鱼圈电力系统的产消现状，运用系统节能思想，从钢铁企业电力生产系统、电力消耗系统、电力产消平衡等三个方面提出鞍钢本部和鞍钢鲅鱼圈电力生产系统和电力消耗系统的优化措施。结果显示:鞍钢本部可提高自发电比例5.25％，降低吨钢耗电成本22元;鲅鱼圈可提高自发电比例14％，降低吨钢耗电成本36元。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 我国钢铁工业能耗现状分析

1．2 钢铁工业电力系统研究现状

1．2．1 负荷预测

1．2．2 负荷调度和优化

1．2．3 系统节能理论

1．3 本文的主要研究内容及创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要创新点

1．4 论文的组织结构

第2章 钢铁联合企业电力生产系统简介

2．1 自备电站发电

2．1．1 热电联产发电(CHP)

2．1．2 燃气—蒸汽联合循环发电(CCPP)

2．2 余热余能发电

2．2．1 干熄焦发电(CDQ)

2．2．2 烧结余热发电

2．2．3 高炉炉顶余压发电(TRT)

2．2．4 高炉冲渣水余热发电

2．2．5 转炉饱和蒸汽发电

2．2．6 加热炉低温烟气余热发电

2．3 小结

第3章 钢铁联合企业电力系统模型化研究

3．1 电力投入产出法

3．1．1 电力投入产出分析法

3．1．2 电力投入产出模型

3．2 电力系统e-p分析法

3．2．1 吨钢电耗模型

3．2．2 吨钢耗电成本模型

3．3 电力系统评价体系的研究

3．3．1 评价体系建立的条件

3．3．2 单位产品电耗评价

3．3．3 自发电发电能力评价

3．3．4 电力预测模型

3．4 小结

第4章 鞍钢电力系统

4．1 电力生产系统

4．1．1 鞍钢本部电力生产系统

4．1．2 鞍钢鲅鱼圈电力生产系统

4．2 电力消耗系统

4．2．1 鞍钢本部电力消耗系统

4．2．2 鞍钢鲅鱼圈电力消耗系统

4．3 小结

第5章 鞍钢电力系统优化

5．1 鞍钢电力分析决策系统

5．1．1 电力消耗系统

5．1．2 电力生产系统

5．1．3 电力分析系统

5．1．4 电力预测系统

5．2 鞍钢电力生产系统分析

5．2．1 鞍钢本部电力生产系统分析

5．2．2 鞍钢鲅鱼圈电力生产系统分析

5．2．3 鞍钢电力生产系统自发电与外购电成本比较

5．3 鞍钢电力消耗系统分析

5．3．1 鞍钢本部电力消耗系统分析

5．3．2 鞍钢鲅鱼圈电力消耗系统分析

5．3．3 鞍钢本部和鲅鱼圈电力消耗系统对比分析

5．4 鞍钢电力生产系统优化

5．4．1 鞍钢本部电力生产系统优化

5．4．2 鞍钢鲅鱼圈电力生产系统优化

5．5 鞍钢电力消耗系统优化

5．5．1 鞍钢本部电力消耗系统优化

5．5．2 鞍钢鲅鱼圈电力消耗系统优化

5．6 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文、专利及获奖情况

作者从事科学研究和学习经历的简历