电力新技术及新政策下钢铁厂电力规划初探

　[摘  要] 交流变频传动、动态无功补偿等技术及利用钢铁厂余能的高效CCPP发电，给钢铁生产节能及设备高效运转创造了有利条件。超临界和超超临界发电、超高压和特高压输变电技术, 既改善了钢铁厂外部电源、电网支撑，也给钢铁大厂能源动力生产中心建设提供了借鉴。随着国家节能、电力等钢铁有关的技术政策的颁布，在规划建设未来钢铁厂的电力基础设施时，重视电力技术进步及电力新政策的影响就显得越来越重要。 　　[关键词] 电力技术进步 电力政策 钢铁厂建设 影响 　　1 前言 　　电能是一种高效的清洁能源，促进电能的合理使用对于工业发展具有相当重要的积极意义。近年来的技术发展促进了电能的高效生产及调度、变换、输送和使用。大型水力发电机组、核电机组、特别是燃煤火力发电中的超临界及超超发电机组等相继投产，代表了电源技术的长足进步。同时，在远距离输变电方面，包括交流、直流在内的超高压输变电以及特高压输变电技术的出现，极大地改善了电力网对大用户的支持。 　　钢铁工业是消耗包括电能在内多种形式能源的高耗能产业，根据钢铁产业发展政策，随着产业布局的调整在既有钢铁基地更新、改造的同时亦会在沿海建设大型现代化钢铁基地，如首钢与唐钢合资的京唐钢铁公司曹妃甸钢铁基地、宝钢的湛江钢铁基地、武钢与柳钢合作的防城钢铁基地等未来沿海大型钢铁基地。由于电能占整个钢铁厂全部能源的30%以上，合理规划钢铁厂的电力设施就显得十分重要。 　　日前，国务院《加强节能工作的决定》、《关于完善差别电价的政策的意见》及《十一五电力规划纲要》等技术政策相继颁布，这些涉及能源电力的新政策和新技术会对未来钢铁厂建设带来什么影响呢？以下本文就逐一进行技术分析。 　　2 在钢铁厂加大引入节电技术和高效余能发电的力度 　　2.1广泛引入节能节电的电力技术 　　在各类大型风机泵类设备上推广变频技术、轧机上采用交流传动技术及设备并采用动态补偿和静态补偿相结合特别推广SVC技术，提高功率因数，将达到节能节电的目的。 　　按照到“十一五”末期钢铁工业规模为5×108t的预测，钢铁厂传动设备从炼铁、炼钢到轧钢全流程按吨钢装机1000kW，其中30%为风机泵类等需要调速的电机，近年来，变频技术大大发展。可以控制的交流电机的电压等级及容量更大。因此，按照乐观预测耗电平均节约500kWh测算，可节约用电，平均每千瓦变频器需要投资500至2000元，投资回收期3至5年。 　　交流传动技术在实践上优于直流技术，特别是矢量控制等先进技术，具有更高的电能能效。交流电传动来用于钢铁，具有动态响应快许多好处。在轧机电力传动设备上，使用交流传动替代直流技术，是一种可节电的行之有效的途径。 　　除变频技术包括了交-交、交-直-交，钢铁企业电能系统优化包括很多方面，首先是包括变压器、补偿装置、自发电设备等电能基础设施配置，其次上述设备以及用电的运行优化，以及推广SVC技术，提高功率因数，将达到节能节电的目的。 　　2.2钢铁生产过程二次能源及可能的电能转换 　　在加强节能工作总方针指引下，我国钢铁工业正逐步合理使用余能，将钢铁企业各冶金工序使用后的富余煤气及蒸汽，可以通过余能利用来转换为既有大量需求又有电网支撑及作为缓冲的电能形式的清洁能源。按照特定的模型工厂总平衡及其能源平衡，给出钢铁企业主要工序的吨钢二次能源及回收水平如表一所示。 　　表一  钢铁企业主要工序的吨钢二次能源及回收水平

序号

工序名称

代表性余能

可回收量

1

副产燃气

1.1

高炉

焦炉煤气COG

≈1600m3/t

1.2

焦炉

高炉煤气BFG

≈400m3/t

1.3

转炉

转炉煤气BOFG

≈100m3/t

2

余压、余热

2.1

烧结

烟气余热锅炉蒸汽

≈15kWh/t

2.2

焦化

干熄焦余热锅炉蒸汽

≈40kWh/t

2.3

高炉

高炉炉顶余压

≈35kWh/t

2.4

转炉

转炉烟道汽化冷却余热

≈10kWh/t

2.5

轧钢

加热炉汽化冷却余热

≈5kWh/t 　　2.3通过CCPP实现钢铁生产过程余能的高效转换为电能 　　CCPP趋于成熟。其效率高于其他形式的余能发电。宝钢、马钢和包钢相继建设了145MW的CCPP机组，其他企业也先后建设了一大批容量相对于145MW较小的机组，规模从几千千瓦到十万千瓦不等。 　　CCPP是一种高效余能发电工艺，其发电效率高于其他形式的余能发电，在新的钢铁基地建设中应当有所作为，表二给出了钢铁联合企业采用CCPP后的余能发电量。 　　表二    钢铁联合企业采用CCPP后的余能发电量

序号

模型工厂规模

S（万吨/年）

代表性产品

发电渠道

自发电电量

108kwh

1

Model A：S≈100

棒材、线材等

TRT,CDQ,热电

1.0～2.5

2

Model B：S≈500

棒线、型、管材及板卷材

TRT,CDQ,热电

5.0～10.0

3

Model C：S≈1000

以板、卷材为主，

兼有棒线型材

TRT,CDQ,CCPP,

热电

10.0～20.0 对于按照产业布局调整及淘汰落后而规划建设的终期规模为3000万吨、500万吨为一步过渡规模、首台阶为1000万吨的钢铁新基地，CCPP余能发电设备规模至少应在150MW,1500吨及以上的规模，宜建设300MW规模的特大型CCPP。 3 在电能获取和钢铁厂电能生产环节上实现高效和节能 3.1同步配套建设超临界及以上水平提供动力的机组

　　首先，需要强调的是在面临执行包括自备电厂收费的完善差别电价政策的新局面下，钢铁厂内部电厂的功能定位非常重要，应该定位在热电联产和动力中心，而不是同纯粹电源企业竞争。在新规划的千万吨及以上大型沿海钢铁基地建设时，仍然参考宝钢模式30万级别的火力发电机组是不合时宜的。宝钢是上世纪70年代中后期开始设计的，距离现在至少已近30年，今天电力工业的火电机组准入的门槛已经到了30万千瓦，而且30万级别机组属于亚临界机组，效率相对落后于超临界及超超临界机组，在机组大型化方面无法抗衡，因此在钢铁厂建设纯粹的发电机组将是不经济、不可取的。

　　《关于完善差别电价的政策的意见》等技术政策发布以后，局面有了改变，对企业自备电厂增加了7项费用。因此，必须适应钢铁厂内部电源点建设与自备电厂收费新政策。钢铁联合企业内部电厂的功能定位为能源中心，同时提供蒸汽、化学水和压缩空气。在沿海新基地建设中，只有建设超临界及以上水平的机组才有相应竞争力，可以在环境容量限制，减少硫化物、氮氧化物、温室气体、二恶英和呋喃等排放。 　　表三给出了钢铁联合企业动力中心热电机组推荐规模。 　　表三   钢铁联合企业动力中心热电机组推荐规模 序号

钢铁厂规模S

（万吨/年） 机组描述

机组规模

MW 煤 耗 g /kwh 1

100＜S≤500

亚临界 300 ＜400 2

500≤S≤1000

超临界 600 ＜375 3

S≥1000

超超临界 1000 ＜350 　　3.2提高钢铁厂一次进线电压 　　按照“十一五”电力规划设想，2010年的装机容量为6.5×108kW，比2005年末的4.8×108kW增加1.7×108kW；到2020年，全国电网可实现通过特高压联网，跨电网输送容量将超过2×108kW，占全国总装机容量的20%以上。运用特高压可以比现在最好水平的500kV超高压送电效率提高5倍以上、送电距离长达其3倍同时节省60%的土地资源。    500kV已经成为骨干电压等级。750kV及1000kV已开始试验性运行。千万吨规模的钢铁厂需要输送的电能量大致在50×108kWh。导线大小，全国电网由国家电网和南方电网管理的骨干电压的等级已经达到500kV，因此钢铁企业的外部供电条件已大大改善。 　　作为高耗能产业的钢铁电力最终用户，一方面要积极争取获得直供；另一方面，也必须重视提高大型钢铁企业一次侧进线电压水平，减少电压转换层次。鉴于1000kV高等级输变电设备已在国内商业运行，500万吨及以上规模的钢厂至少应采用220kV等级进线，逐步淘汰或直接取消110kV及以下等级进线，以降低传输损耗和电压等级转换所造成的损失。推荐钢铁联合企业的购电需求及合理进线电压等级如表四。 表四   钢铁联合企业的购电需求及合理进线电压等级

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