一种压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金企业能量存储发电技术领域，特别是指一种压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法及系统。

背景技术

钢铁冶金企业在生产过程中，会产生大量的煤气，这些煤气是钢铁企业重要的二次能源。其类型主要包括高炉煤气（Blast Furnace Gas，简称BFG）、 焦 炉 煤 气（ CokeOven Gas， 简 称COG） 和 转 炉 煤 气（Lindz-Donawitz Gas， 简称 LDG）。这些煤气部分直接在本企业内的高炉热风炉、焦化炉、加热炉、设备烘烤以及各种热处理炉上进行使用，剩余煤气大多数企业送入自备电厂锅炉燃烧进行发电。

根据中国钢铁工业协会的统计数据，中钢协会员企业的煤气回收利用率达到了近99%，但由于煤气的产生有波动性，平均每年仍有约1.05%的煤气由于无法存储而放散。以山东某年产量1500万吨的钢厂为例，其日历小时高炉煤气产量约179万标立，转炉煤气产量约24万标立，折合高炉煤气共约227万标立。按1.05%的放散率，则每小时放散2.4万标立煤气，该部分煤气若采用高效发电机组每小时可发电8600度电，按山东峰值电价0.8663元/kWh，年运行8000小时计，每年的发电收益将增加5960万。

由于煤气产生的波动性，该例中若考虑将放散的煤气全部回收，则至少需增设1台20万方的高炉煤气柜，考虑其附属设施及安全距离，其占地约18000平方米，如此大的占地面积将耗用钢厂内非常宝贵的工业用地资源。另外，由于钢厂内正常回收的煤气也需要建设数个煤气柜来进行缓冲和煤气管网压力的调节，其单个容量一般在10万~30万方，因此其占用的工业用地资源将非常巨大。

另外，由于目前国内电网的用电负荷特性呈现出白天需求高，夜间需求低的特点。国家物价部门和电网公司对工业用电采取了峰谷电价的收费方式，主要分为峰、平、谷三种电价，对应的时段各地略有不同。一般夜晚为谷时电价，对应时段称为谷电期；白天为峰时电价或平时电价，对应时段称为峰电期或平电期。而目前钢铁企业并未对电力需求的峰谷特性加以充分利用，没有最大化的发挥电能的经济价值及社会价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法及系统，对煤气的存储方式进行改进，提高煤气的回收率，减小煤气存储设施的占地，并利用电网的峰谷电价政策，采用煤气压缩储能-释能与燃烧发电相结合的方式，降低企业用电成本。

本发明提供了一种压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法：

在谷电期，采用煤气压缩机将冶金煤气进行压缩并存储在煤气压缩容器内；

在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电，膨胀发电后的冶金煤气，送入燃气发电机组进行燃烧发电；

或者在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，直接送入燃气发电机组进行燃烧发电。

可选地，所述煤气压缩机包括：企业原有的煤气压缩机、企业新增的煤气压缩机；

可选地，所述煤气压缩机煤气输入端与高炉煤气管道、转炉煤气管道、焦炉煤气管道、混合煤气管道、煤气存储装置或煤气压缩容器连接；

可选地，所述煤气压缩机煤气输出端与煤气压缩容器或另一台煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气或混合煤气；

可选地，所述煤气压缩机包括一个压力等级或多个压力等级的压缩机的组合。

可选地，所述煤气压缩容器包括：企业原有的煤气压缩容器、企业新增的煤气压缩容器；

所述煤气压缩容器煤气输入端与煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气压缩容器煤气输出端与煤气膨胀发电机组、燃气发电机组或下一级煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气压缩容器包括一个压力等级或多个压力等级的压缩容器的组合。

可选地，所述煤气膨胀发电机组、燃气发电机组包括：企业原有或新增的煤气膨胀发电机组，企业原有或新增的燃气发电机组，原有的备用膨胀发电机组、燃气发电机组，或者仍有增发潜力的原有膨胀发电机组、燃气发电机组；

可选地，所述燃气发电机组还包括内燃机式燃气发电机组，燃气锅炉配蒸汽轮机式燃气发电机组，以及燃气-蒸汽联合循环发电机组；

所述煤气膨胀发电机组煤气输入端与煤气压缩容器连接；

可选地，所述煤气膨胀发电机组煤气输出端与高炉煤气管道、转炉煤气管道、焦炉煤气管道、混合煤气管道、煤气存储装置或燃气发电机组连接；

可选地，所述煤气膨胀发电机组包括一个压力等级或多个压力等级的膨胀发电机组的组合。

可选地，所述在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电包括：

煤气膨胀发电机组以膨胀做功的方式，燃气发电机组以全部燃烧或掺烧冶金煤气的方式，分别采用以下运行方式运行：峰电期全时段或部分时段额定输出功率发电；峰电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段额定输出功率发电；平电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段不发电；或上述运行方式的任意组合；

可选地，所述在峰电或平电期，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电包括全部采用膨胀发电后的冶金煤气进行燃烧发电，或膨胀发电后的冶金煤气与冶金生产过程中实时产生的煤气共同燃烧发电。

可选地，所述在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，直接送入燃气发电机组进行燃烧发电包括：

所述在峰电或平电期，燃气发电机组以全部燃烧或掺烧冶金煤气的方式，分别采用以下运行方式运行：峰电期全时段或部分时段额定输出功率发电；峰电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段额定输出功率发电；平电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段不发电；或上述运行方式的任意组合。

本发明还提供了一种压缩冶金煤气储能并燃烧发电的系统：

煤气压缩机及煤气压缩容器，用于在谷电期，将冶金煤气进行压缩并存储在煤气压缩容器内；

煤气膨胀发电机组，用于在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电；

燃气发电机组，在峰电或平电期，燃烧膨胀发电后的冶金煤气或直接燃烧压缩后的冶金煤气进行发电。

可选地，所述煤气压缩机包括：企业原有的煤气压缩机、企业新增的煤气压缩机；

可选地，所述煤气压缩机煤气输入端与高炉煤气管道、转炉煤气管道、焦炉煤气管道、混合煤气管道、煤气存储装置或煤气压缩容器连接；

可选地，所述煤气压缩机煤气输出端与煤气压缩容器或另一台煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气或混合煤气；

可选地，所述煤气压缩机包括一个压力等级或多个压力等级的压缩机的组合。

可选地，所述煤气压缩容器包括：企业原有的煤气压缩容器、企业新增的煤气压缩容器；

所述煤气压缩容器煤气输入端与煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气压缩容器煤气输出端与煤气膨胀发电机组、燃气发电机组或下一级煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气压缩容器包括一个压力等级或多个压力等级的压缩容器的组合。

可选地，所述煤气膨胀发电机组、燃气发电机组包括：企业原有或新增的煤气膨胀发电机组，企业原有或新增的燃气发电机组，原有的备用膨胀发电机组、燃气发电机组，或者仍有增发潜力的原有膨胀发电机组、燃气发电机组；

可选地，所述燃气发电机组还包括内燃机式燃气发电机组，燃气锅炉配蒸汽轮机式燃气发电机组，以及燃气-蒸汽联合循环发电机组；

所述煤气膨胀发电机组煤气输入端与煤气压缩容器连接；

可选地，所述煤气膨胀发电机组煤气输出端与高炉煤气管道、转炉煤气管道、焦炉煤气管道、混合煤气管道、煤气存储装置或燃气发电机组连接；

可选地，所述煤气膨胀发电机组包括一个压力等级或多个压力等级的膨胀发电机组的组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

所述方案中，在谷电期，采用煤气压缩机将冶金煤气进行压缩并存储在煤气压缩容器内；在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电。采用此方式，在谷电期利用煤气压缩机将钢铁冶金企业煤气柜中的富余煤气进行压缩存储，可以减少煤气柜的设置数量，减小煤气存储设施的占地，并使煤气柜腾出更多的空间来存储煤气产量峰值时的富余煤气量，减少煤气的放散，并降低压缩时电费的支出；在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机进组行发电，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电。这样可以充分利用电网的峰谷电价政策，提高发电收益，降低企业用电成本。同时对国家电网起到削峰填谷作用，减少电网的调峰机组容量，节约社会成本，减少能耗，减少二氧化碳排放。

附图说明

图 1 为本发明实施例提供的压缩冶金煤气的储能方法的方法流程图。

图 2 为本发明实施例提供的压缩冶金煤气的储能系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。

本发明针对现有冶金企业煤气大容量回收及存储的占地问题，以及并未对电力需求的峰谷特性加以利用，没有最大化的发挥电能的经济价值及社会价值问题，提供一种压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法及系统。

实施例一

见图1所示，本发明实施例提供的压缩冶金煤气的储能方法：

S101，在谷电期，采用煤气压缩机将冶金煤气进行压缩并存储在煤气压缩容器内；

S102，在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电；

S103，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电。

本发明实施例所述的在谷电期，采用煤气压缩机将冶金煤气进行压缩并存储在煤气压缩容器内；在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电。采用此方式，在谷电期利用煤气压缩机将钢铁冶金企业煤气柜中的富余煤气进行压缩存储，可以减少煤气柜的设置数量，减小煤气存储设施的占地，并使煤气柜腾出更多的空间来存储煤气产量峰值时的富余煤气量，减少煤气的放散，并降低压缩时电费的支出；在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机进组行发电，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电。这样可以充分利用电网的峰谷电价政策，提高发电收益，降低企业用电成本。同时对国家电网起到削峰填谷作用，减少电网的调峰机组容量，节约社会成本，减少能耗，减少二氧化碳排放。

可选地，所述煤气压缩机包括：企业原有的煤气压缩机、企业新增的煤气压缩机；

可选地，所述煤气压缩机煤气输入端与高炉煤气管道、转炉煤气管道、焦炉煤气管道、混合煤气管道、煤气存储装置或煤气压缩容器连接；

可选地，所述煤气压缩机煤气输出端与煤气压缩容器或另一台煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气或混合煤气；

可选地，所述煤气压缩机包括一个压力等级或多个压力等级的压缩机的组合。

可选地，所述煤气压缩容器包括：企业原有的煤气压缩容器、企业新增的煤气压缩容器；

所述煤气压缩容器煤气输入端与煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气压缩容器煤气输出端与煤气膨胀发电机组、燃气发电机组或下一级煤气压缩机连接；

可选地，所述煤气压缩容器包括一个压力等级或多个压力等级的压缩容器的组合。

可选地，所述煤气膨胀发电机组、燃气发电机组包括：企业原有或新增的煤气膨胀发电机组，企业原有或新增的燃气发电机组，原有的备用膨胀发电机组、燃气发电机组，或者仍有增发潜力的原有膨胀发电机组、燃气发电机组；

可选地，所述燃气发电机组还包括内燃机式燃气发电机组，燃气锅炉配蒸汽轮机式燃气发电机组，以及燃气-蒸汽联合循环发电机组；

所述煤气膨胀发电机组煤气输入端与煤气压缩容器连接；

可选地，所述煤气膨胀发电机组煤气输出端与高炉煤气管道、转炉煤气管道、焦炉煤气管道、混合煤气管道、煤气存储装置或燃气发电机组连接；

可选地，所述煤气膨胀发电机组包括一个压力等级或多个压力等级的膨胀发电机组的组合。

可选地，所述在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，进入煤气膨胀发电机组进行发电，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电包括：

煤气膨胀发电机组以膨胀做功的方式，燃气发电机组以全部燃烧或掺烧冶金煤气的方式，分别采用以下运行方式运行：峰电期全时段或部分时段额定输出功率发电；峰电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段额定输出功率发电；平电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段不发电；或上述运行方式的任意组合；

可选地，所述在峰电或平电期，膨胀发电后的冶金煤气，再送入燃气发电机组进行燃烧发电包括全部采用膨胀发电后的冶金煤气进行燃烧发电，或膨胀发电后的冶金煤气与冶金生产过程中实时产生的煤气共同燃烧发电。

可选地，所述在峰电或平电期，将压缩的冶金煤气从煤气压缩容器内释放出来，直接送入燃气发电机组进行燃烧发电包括：

所述在峰电或平电期，燃气发电机组以全部燃烧或掺烧冶金煤气的方式，分别采用以下运行方式运行：峰电期全时段或部分时段额定输出功率发电；峰电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段额定输出功率发电；平电期全时段或部分时段降输出功率发电；平电期全时段或部分时段不发电；或上述运行方式的任意组合。

本发明实施例所提供的发电方法，不会影响现有冶金工艺，但须增加煤气压缩机组、煤气压缩容器、煤气膨胀发电机组、煤气燃烧发电机组，可以减少煤气柜的设置数量，减小煤气存储设施的占地，并使煤气柜腾出更多的空间来存储煤气产量峰值时的富余煤气量，减少煤气的放散，并降低压缩时电费的支出；还可以利用电网的峰谷电价政策，提高发电收益，降低企业用电成本。同时对国家电网起到削峰填谷作用，减少电网的调峰机组容量，节约社会成本，减少能耗，减少二氧化碳排放。

本发明实例中，以山东某年产量1500万吨的钢厂为例，其日历小时高炉煤气产量约179万标立，转炉煤气产量约24万标立，折合高炉煤气共约227万标立，煤气放散率约为1.05%，即平均每小时放散2.4万标立煤气。

该公司与国家电网采用220kV电压连接，其峰平谷电价及对应的时段分别为：峰值电价0.8438元/kWh，对应时段为8:30-11:30、16:00-21:00；谷值电价0.3007元/kWh，对应时段为23:00-次日7:00。该压缩气体储能系统的效率约为60%~70%，按60%计，则每充放1kWh电能的收益为0.2056元。现根据本发明所提供的压缩-膨胀发电方法，每天谷时压缩煤气储能8小时，峰时煤气膨胀发电8小时，压缩的煤气量按24万方/小时计，则每年的峰谷电价收益约3150万元。

根据本发明所提供的方法，将煤气压缩后存入压缩容器内，可以释放出钢厂内原有煤气柜的存储能力，从而可以将每小时放散的2.4万标立煤气全部回收，并在峰值时段采用高效燃气发电机组进行发电，每小时可发电8600度电，按山东峰值电价0.8663元/kWh，年运行8000小时计，每年的发电收益将增加5960万。该例中若考虑将放散的煤气按常规存储方式全部回收，则至少需增设1台20万方的高炉煤气柜，考虑其附属设施及安全距离，其占地约18000平方米。现根据本发明所提供的发电方法，则仅需占地约8000平方米，节约占地近10000平方米。

同时，根据本发明所提供的方法，每天峰电时段的8小时内，将膨胀发电后的24万方/小时冶金煤气再进行燃烧发电，则每度电可赚取价差0.5431元，24万方/小时冶金煤气量可设置1台80MW煤气发电机组，扣除厂用电后每小时可发电约75000度，则每天赚取电费价差约32万元，每年赚取电费价差约1亿元。

与原有运行方式相比，该运行方式需新建24万方/小时的煤气压缩-存储-膨胀发电装置，增加投资约2亿元，煤气发电机组增加投资约1.5亿元，共3.5亿元。与原有运行方式相比，新运行方式下每年增加收益约1.9亿元，约1.8年可收回投资。

实施例二

由于本发明提供的压缩冶金煤气储能并燃烧发电的系统与前述压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法的具体实施方式对应，该压缩冶金煤气储能并燃烧发电的系统可以通过执行上述方法具体实施方式中的流程步骤来实现本发明的目的，因此压缩冶金煤气储能并燃烧发电的方法具体实施方式中的解释说明，也适用于本发明提供的压缩冶金煤气储能并燃烧发电的系统的具体实施方式，因此在本发明以下的具体实施方式中将不再赘述。

见图2所示，本发明实施例提供了一种压缩冶金煤气的储能系统的具体实施方式：

低压煤气压缩机电动机1，用于在谷电期，将电网廉价电能转换为机械能，进而带动低压煤气压缩机2，将冶金煤气进行压缩并存储在低压煤气容器3内；同样的，高压煤气压缩机电动机4，用于在谷电期，将电网廉价电能转换为机械能，进而带动高压煤气压缩机5，将冶金煤气进一步压缩并存储在高压煤气容器6内。在峰电期，打开阀门7，将高压煤气送入膨胀机8做功，进而带动发电机9进行发电；同样的，从8中膨胀做功完的低压煤气，送入膨胀机10做功，进而带动发电机11进行发电；存储在低压煤气容器3内的煤气也可以直接经过阀门12送入膨胀机10做功，进而带动发电机11进行发电；从10中膨胀做功完的煤气再送入燃气机组13中，并带动发电机14进行发电。

以上所述是本发明的优选实施方式之一，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。