Энергоэффективность утилизации доменного газа
в энергетических котлах промышленной ТЭЦ
Объект исследования: Доменный газ – вторичный энергоресурс, получаемый в результате работы металлургического комбината.
Результаты, полученные лично автором: возможно снижение энергозатрат на производство теплоты и электроэнергии до 20%.
Химический состав доменного газа различен, в зависимости от марок выплавляемого чугуна. Процентный состав доменного газа: 
Теплота сгорания доменного газа 3016 кДж/ 
, что на порядок ниже, чем у природного газа. В доменном газе горючим компонентом является оксид углерода СО. В 
доменного газа содержится один кубометр СО. Для сжигания 
доменного газа требуется 
воздуха.
На сегодняшний день большинство ТЭЦ работают на газообразном топливе – природном газе. Ежегодно ТЭЦ затрачивает большие денежные средства для покупки необходимого количества природного газа. Год за годом ТЭЦ старается найти способ сократить затраты на покупку топлива не изменяя количество выработанной тепловой и электрической энергии. Сжигание доменного газа сложный технологический процесс. Так как температура его воспламенения ниже 500 
, сжечь его можно только в факеле горения высококалорийного топлива. Например - вместе с природным газом.
Крупные металлургические предприятия в большинстве случаях имеют собственную теплоэлектроцентраль или ТЭЦ, расположенную неподалеку. В этом случае, вместо затрат топлива на сжигание доменного газа в факелах на металлургическом комбинате появляется возможность снижения удельного расхода топлива при выработке теплоты и электроэнергии при сжигании природного газа вместе с доменным газом в энергетических котлах ТЭЦ.
Чтобы сохранить оптимальный аэродинамический режим работы котло-агрегата при подмесе доменного газа, необходимо снижать подачу природного газа на столько, чтобы суммарный расход продуктов сгорания оставался неизменным. При этом номинальная теплопроизводительность котла снизится. Температура продуктов сгорания по мере увеличения доли подмеса доменного газа будет понижаться. Максимальное количество доменного газа, подаваемого взамен природного, в первом приближении следует ограничить величиной, при которой полная энтальпия продуктов сгорания смеси составит не менее половины номинальной теплопроизводительности котла.
Расчеты показали, что при сжигании смеси газов соотношении 80% природного газа и 20% доменного газа обеспечивается температура продуктов сгорания 925 , а теплопроизводительность котла составляет около 85% от номинального значения. Температура 565 достигается при сжигании смеси в процентном соотношении 50% природного газа и 50% доменного газа. При этом теплопроизводительность котлоагрегата превышает 60%, то есть относительное повышение составляет более 20%.
Котлоагрегаты паротурбинных энергоблоков промышленных ТЭЦ загружаются до номинальных (максимальных) параметров весьма редко: при работе на максимальных нагрузках теплофикационного отбора турбины или при работе на максимальной конденсационной мощности. Такие режимы не характерны для текущей энергетической ситуации в нашей промышленности. Как правило, турбоагрегаты работают на режимах нормативной электрической мощности. При загрузке теплофикационного отбора на 40 – 70% с дополни-тельной конденсационной мощностью не выше 5 – 15% турбоагрегат развивает электрическую мощность от 0,3 до 0,65 от номинального значения.
Количество котловой теплоты, подаваемой на вход турбоагрегата в этом случае обычно составляет именно от 50% до 70% от его номинальной теплопроизводительности.
Удельный расход условного топлива на производство 1 кВт·ч электо-роэнергии по конденсационному циклу при таких нагрузках достигает 380 – 420 и более граммов условного топлива, что значительно выше, чем у мощных конденсационных тубоагрегатов ГРЭС (330-360 г. ут/кВт·ч). Используя осво-бодившееся проходное сечение котельного тракта на пропуск продуктов сгора-ния дожигаемого доменного газа при снижении расхода основного топлива можно длительное время (до 85-90% отопительного сезона) добиваться 20%-й экономии топлива. Удельный расход условного топлива по конденсационному циклу при таких нагрузках сократится до 340 г. ут/кВт·ч и более, что соответствует уровню затрат 290-310 г. ут/кВт·ч и 105-120 кг ут/Гкал при комбинированной выработке электро-энергии и теплоты на ТЭЦ.
Для детального анализа энергоэффективности сжигания доменного газа на промышленных ТЭЦ необходимо выполнить комплекс поверочных расчетов
работы котлоагрегатов на частичных режимах при различных сочетаниях объёмны долей основного и дожигаемого топлива.
Материал поступил в редколлегию 20.05.2017
УДК 620.9
Каленников В.С.
Научный руководитель: доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика», к.т.н., В.С. Кубатская