楊天

（1.成都成發(fā)科能動力工程有限公司；2.中航動力科技工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610500）

燃?xì)廨啓C(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用概況及某 CCPP 項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

楊天1，2

（1.成都成發(fā)科能動力工程有限公司；2.中航動力科技工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610500）

相較于傳統(tǒng)的天然氣、石油行業(yè)，在冶金行業(yè)中煉焦、煉鐵、煉鋼所產(chǎn)生的煤氣熱值要低得多，這些中低熱值的煤氣之前更多的是直接放散，隨著國家對環(huán)保排放要求越來越嚴(yán)格和工廠對于用電和生產(chǎn)成本的需求，新建的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置越來越多。本文介紹了在冶金行業(yè)對于焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣這幾種常見煤氣的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的應(yīng)用工藝和主要應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)備參數(shù)，同時(shí)針對具體的CCPP 項(xiàng)目參數(shù)詳細(xì)介紹了方案設(shè)計(jì)。

燃?xì)廨啓C(jī)；燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置；CCPP；冶金行業(yè)；方案設(shè)計(jì)

1 概述

燃 氣— 蒸 汽 聯(lián)合 循 環(huán)發(fā) 電 裝置（Combined Cycle Power Plant）是由燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組熱力循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組熱力循環(huán)系統(tǒng)組合起來的一套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。在燃?xì)獠R敦?zé)崃ρh(huán)中，燃料燃燒后，產(chǎn)生的高溫高壓煙氣，可以在燃?xì)廨啓C(jī)中直接做功發(fā)電。目前，常規(guī)的焦?fàn)t煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá) 45% 以上，高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 40% 以上。而常規(guī)燃?xì)忮仩t發(fā)電的熱電轉(zhuǎn)換效率一般只有 28% 左右?，F(xiàn)在，我國已有幾十座燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站在運(yùn)行。由于燃?xì)廨啓C(jī)啟停速度快，負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)，主要應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展且電力供應(yīng)不足的地區(qū)和調(diào)峰電站，但在鋼鐵行業(yè)，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電站能帶來非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)焓—熵圖見圖1。

圖1 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)焓—熵圖

在冶金行業(yè)焦?fàn)t煤氣或高爐煤氣采用CCPP 的方式相對于傳統(tǒng)的燃燒發(fā)電不但標(biāo)方煤氣發(fā)電量高，而且對成本的回收較好，創(chuàng)造的價(jià)值更大。

2 冶金行業(yè)常見煤氣介紹

2.1 高爐煤氣

典型高爐煤氣成分見表1。

表1 典型高爐煤氣成分表

熱值范圍為：700 ～ 900kcal/Nm3（2930.9 ～3768.3kJ/Nm3）。

特點(diǎn)：含塵量大，流量大，含硫和金屬成分較多，熱值較低。

2.2 焦?fàn)t煤氣

典型焦?fàn)t煤氣成分見表2。

表2 典型焦?fàn)t煤氣成分表

熱值范圍為：4000 ～ 4300kcal/Nm3（16748 ～18004.1kJ/Nm3）。

特點(diǎn)：存在大量的焦油和硫，煤氣量較小，熱值較高。

2.3 轉(zhuǎn)爐煤氣

熱值范圍為：1800 ～ 2300kcal/Nm3（7536.6 ～9630.1kJ/Nm3）。

特點(diǎn)：煤氣量較小，氣源有波動，熱值中等。

3 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置在冶金行業(yè)的應(yīng)用工藝簡介

3.1 純高爐煤氣燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝

高爐煤氣經(jīng)過干法除塵和 TRT 余壓發(fā)電裝置后進(jìn)入了煤氣柜，煤氣經(jīng)煤氣柜出來后的壓力約為 10 ～ 25kPa，通過靜電除塵、氣水分離裝置后進(jìn)入軸流式煤氣壓縮機(jī)，經(jīng)過壓縮機(jī)的多級壓縮后壓力升高到約 2.3MPa，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室?？諝饨?jīng)過空氣過濾器進(jìn)入到燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)，通過壓氣機(jī)的壓縮，空氣壓力升高到約 2.3MPa，進(jìn)入燃燒室同高爐煤氣進(jìn)行混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體來推動動力渦輪給發(fā)電機(jī)輸出功率。經(jīng)過動力渦輪后的大量煙氣通過換熱鍋爐產(chǎn)生了大量的中溫中壓蒸汽，這些蒸汽可以進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，也可以直接供給廠內(nèi)生產(chǎn)使用，整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)高爐煤氣從燃燒能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能。

3.2 焦?fàn)t煤氣燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝

焦?fàn)t煤氣經(jīng)過脫硫、脫萘、脫焦油等化產(chǎn)處理及氣水分離后經(jīng)往復(fù)式煤氣壓縮機(jī)加壓，煤氣壓力約為 2.6MPa，通過燃機(jī)的多級經(jīng)除塵后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室?？諝饨?jīng)過空氣過濾器進(jìn)入到燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)，通過壓氣機(jī)的壓縮，空氣壓力升高到約2.6MPa，進(jìn)入燃燒室同焦?fàn)t煤氣進(jìn)行混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體推動動力渦輪給發(fā)電機(jī)輸出功率。經(jīng)過動力渦輪后的大量煙氣通過換熱鍋爐產(chǎn)生了大量的中溫中壓蒸汽，這些蒸汽可以進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，也可以直接供給廠內(nèi)生產(chǎn)使用，從而是實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣從燃燒能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能。

3.3 高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電工藝

高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入煤氣柜后經(jīng)過除塵、氣水分離后進(jìn)入氣體混合裝置，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過脫硫、脫萘、脫焦油、脫水后一部分進(jìn)入氣體混合裝置，一部分經(jīng)過壓縮機(jī)進(jìn)入到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。三種氣體在氣體混合裝置中進(jìn)行按照熱值需求和氮?dú)膺M(jìn)行一定比例的混合，混合氣體通過靜電除塵裝置和煤氣壓縮機(jī)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。在燃燒室中同燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)中進(jìn)來的空氣進(jìn)行混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體來推動動力渦輪給發(fā)電機(jī)輸出功率。經(jīng)過動力渦輪后的大量煙氣通過換熱鍋爐產(chǎn)生了大量的中溫中壓蒸汽，這些蒸汽可以進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，也可以直接供給廠內(nèi)生產(chǎn)使用，從而實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣從燃燒能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能。

4 適用于冶金行業(yè)的燃?xì)廨啓C(jī)簡介

4.1 焦?fàn)t煤氣用燃?xì)廨啓C(jī)介紹

（1）索拉公司燃?xì)廨啓C(jī)。美國索拉燃機(jī)其主要機(jī)組為中小功率的天然氣和焦?fàn)t煤氣機(jī)組，其焦?fàn)t煤氣機(jī)型目前有兩款：金牛 60 和大力神 130 燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組。這兩種機(jī)組在國內(nèi)焦化行業(yè)已經(jīng)擁有40多臺套的業(yè)績，客戶認(rèn)可度較高。機(jī)組可以選擇室外布置或室內(nèi)布置，能夠?qū)崿F(xiàn)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，對煤氣的適應(yīng)性較好。我公司的山西立恒鋼鐵燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目、誠宇焦化項(xiàng)目、豫龍焦化項(xiàng)目、中煤旭陽項(xiàng)目采用的都是大力神 130 機(jī)組。

（2）GE 公司燃?xì)廨啓C(jī)。GE燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于焦?fàn)t煤氣的主要是LM2500系列燃?xì)廨啓C(jī)，機(jī)組為航改燃機(jī)，熱端輸出，16 級軸向壓縮壓比為 20:1，6 級動力渦輪。單機(jī)輸出功率大，單機(jī)裝機(jī)容量在 20～30MW。其目前在國內(nèi)焦化行業(yè)的業(yè)績有4臺套機(jī)組。

（3）西門子公司燃?xì)廨啓C(jī)。西門子燃?xì)廨啓C(jī)在國內(nèi)市場主要同中航株洲南方燃?xì)廨啓C(jī)工程有限公司采用股份制合作，在國內(nèi)生產(chǎn)銷售西門子中低熱值的燃?xì)廨啓C(jī)，目前應(yīng)用于焦化行業(yè)的燃機(jī)做功出力較小。

4.2 高爐煤氣及混合煤氣用燃?xì)廨啓C(jī)介紹

三菱公司燃?xì)廨啓C(jī)。M251S 燃?xì)廨啓C(jī)的功率為30MW，其機(jī)組的正常運(yùn)行需要焦?fàn)t煤氣作為駐燃燃料，2011 年 11 月經(jīng)過技術(shù)改造后目前其僅啟動時(shí)需要焦?fàn)t煤氣，正常運(yùn)行時(shí)不再需要焦?fàn)t煤氣作為駐燃燃料，做到了純燒高爐煤氣。因高爐煤氣的流量和熱值波動較大，所以高爐煤氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)必須要配套煤氣柜和熱值調(diào)節(jié)裝置。因需要的高爐煤氣氣量較大，在使的過程中選用軸流式煤氣壓縮機(jī)組。

4.3 混合煤氣聯(lián)合循環(huán)

南京汽輪機(jī)公司燃?xì)廨啓C(jī)。PG6561B-L 是由南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司與美國GE公司長期合作生產(chǎn)、消化吸收 6B型燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)上，采用聯(lián)合設(shè)計(jì)方式完成的（GE提供核心部件，南汽在國內(nèi)組裝銷售），該型燃?xì)廨啓C(jī)適應(yīng)于冶金行業(yè)低熱值混合煤氣利用領(lǐng)域（主要為高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的混合氣，混合氣的熱值為1300kcal/Nm3左右）。

5 結(jié)語

燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率高、自耗電低、煙氣排放環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)使得燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置在冶金行業(yè)的應(yīng)用越來越得到了認(rèn)可，越來越多的企業(yè)在逐步的新建燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。

[1]焦樹建 . 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

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