摘 要：鋼鐵產(chǎn)業(yè)是國家發(fā)展的基礎(chǔ)。在鋼鐵的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢氣，這些廢氣如直接排放入空氣中在造成嚴重環(huán)境污染的同時也會造成巨大的浪費。通過利用鋼鐵生產(chǎn)中所產(chǎn)生的可燃性煤氣進行燃燒發(fā)電是降低鋼鐵廠生產(chǎn)成本、減少污染排放的重要舉措。現(xiàn)今，在鋼鐵廠所排出的可燃性廢氣中主要以高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和焦煤煤氣為主，做好上述可燃煤氣的循環(huán)利用是鋼鐵企業(yè)提高能源利用率、降低生產(chǎn)成本的重要舉措。文章在分析煤氣特點的基礎(chǔ)上對鋼鐵廠所采用的煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)進行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；煤氣；聯(lián)合循環(huán)發(fā)電

前言

煤氣是鋼鐵生產(chǎn)中所產(chǎn)生的重要副產(chǎn)物，利用鋼鐵生產(chǎn)中所產(chǎn)生的富余煤氣進行循環(huán)發(fā)電是提高鋼鐵生產(chǎn)能源利用效率、實行清潔生產(chǎn)的重要舉措。在煤氣發(fā)電方式的選擇上需要結(jié)合鋼鐵企業(yè)的煤氣特性選用合理的、高效的煤氣發(fā)電方式，在鋼鐵煤氣發(fā)電中選用純?nèi)几郀t煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電發(fā)熱模式，通過優(yōu)化熱力參數(shù)來最大限度地提高煤氣發(fā)電效果。

1 高爐煤氣和焦爐煤氣的燃燒發(fā)電應(yīng)用

高爐煤氣余壓發(fā)電是一種利用鋼鐵生產(chǎn)中高爐所產(chǎn)生的煤氣壓力及熱能經(jīng)過透平膨脹做功的一種煤氣發(fā)電技術(shù)，在采用此項技術(shù)時既能夠?qū)崿F(xiàn)對于高爐爐頂壓力的調(diào)節(jié)，也能最大限度地挖掘高爐煤氣的潛力用以發(fā)電，從而最大限度的提升煤氣發(fā)電的應(yīng)用效果。在應(yīng)用此種技術(shù)時需要確保高爐煤氣的壓力控制在1.2Mpa以上才能取得較為良好的發(fā)電效率。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是一種在我國大型鋼鐵企業(yè)中引用較為廣泛的一種發(fā)電技術(shù)，通過研究表明采用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電時能夠?qū)l(fā)電效率提高至50%±10%的區(qū)間范圍內(nèi)，從而極大的提高了煤氣的利用效率。采用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于煤氣的環(huán)保利用。在燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中需要采用較為先進的燃氣輪機，由于煤氣所具有的相關(guān)特性因此需要對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中所使用的燃氣輪機的燃燒室進行專門的設(shè)計，現(xiàn)今在我國的燃氣輪機中并不具備低熱值氣體的大功率燃氣利用的相關(guān)技術(shù)。國外一些設(shè)備廠商通過采用下列技術(shù)將煤氣應(yīng)用于燃氣輪機中：（1）將鋼鐵廠生產(chǎn)中所產(chǎn)生的高爐煤氣和焦爐煤氣按照一定的比例混合以提高煤氣的熱值。（2）在對煤氣進行燃燒時，應(yīng)當(dāng)采用擴散式的燃燒方式，使得煤氣從單孔噴出后進行相應(yīng)的燃燒，煤氣的燃燒反應(yīng)需要在單筒內(nèi)進行。（3）在燃燒室內(nèi)對高爐煤氣進行燃燒時需要在發(fā)電機組燃燒器的尾筒處設(shè)置空氣旁通閥以確保燃燒區(qū)內(nèi)的空燃比能夠達到最優(yōu)配比。

煉鋼時所產(chǎn)生的焦爐煤氣用作內(nèi)燃機燃料進行熱發(fā)電較適用于小功率的發(fā)電。除了使用內(nèi)燃機燃燒方式發(fā)電外，焦爐煤氣燃氣輪機發(fā)電也是較為常用的一種發(fā)電方式。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)采用的是焦爐煤氣在燃氣輪機進行燃燒后，所排出的高溫?zé)煔膺M入到余熱鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽，用以推動蒸汽輪機進行發(fā)電，通過研究測算，使用此種發(fā)電方式對于煤氣的利用率能夠達到45%以上，具有極高的熱效率。

2 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化匹配

某鋼鐵廠采用的是某型純高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)，為提高高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的工作效率，應(yīng)當(dāng)對熱力系統(tǒng)的參數(shù)進行一定的優(yōu)化。在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)工作的過程中為確保高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中的燃機和汽輪發(fā)電機能夠獲得最優(yōu)出力，需要結(jié)合煤氣燃燒時的相關(guān)熱力值進行計算，從而優(yōu)化蒸汽參數(shù)。通過計算表明，只有排煙溫度穩(wěn)定在一定的溫度后，高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中的余熱鍋爐就能夠具備相應(yīng)的啟動條件。在余熱鍋爐的設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)對排煙邊界條件、溫升速率等進行相應(yīng)的熱力計算，以便確保煤氣的燃燒率能夠獲得最大的效果。通過對高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的運行過程進行研究發(fā)現(xiàn)，余熱鍋爐其工作過程可以伴隨燃機進行點火并伴隨啟動，而無需通過煙道旁的煙囪來對煙氣流量進行調(diào)節(jié)。兩者之間可以相互配合工作。通過對高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中余熱鍋爐工況進行計算后選用雙壓、無補燃、自然循環(huán)式形式的余熱鍋爐，除氧蒸汽依靠余熱鍋爐自帶的設(shè)備產(chǎn)生，給水通過凝結(jié)水換熱器尾部煙氣實現(xiàn)熱交換，從而能夠有效的提高給水的熱交換率，提高余熱鍋爐工作的熱效率。

在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)工作的過程中，為使得整個循環(huán)的效率得到提高，應(yīng)當(dāng)在燃機功率一定的條件下對汽輪機的出力及快速帶負荷能力進行提升。汽輪機的出力與汽輪機的內(nèi)效率和進入蒸汽的參數(shù)有著密切的聯(lián)系，進氣壓力與燃機功率有著密切的聯(lián)系，一般來說，其保持穩(wěn)定。對于進入燃氣輪機的蒸汽壓力可以通過調(diào)節(jié)閥來進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。通過對汽輪機的運行參數(shù)進行研究表明，當(dāng)汽輪機滑壓時汽輪機能夠獲得最高的工作效率。

高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中凝汽器與旁通熱力參數(shù)的確定可以通過以下的方式進行：在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中的燃機工作后，余熱鍋爐將將開始產(chǎn)生高溫蒸汽，但是由于汽輪機的結(jié)構(gòu)、強度等的不同會使得汽輪機無法與燃機進行伴隨同步啟動，在冷態(tài)時這一現(xiàn)象將更為明顯，因此，在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中需要在汽輪機熱力系統(tǒng)中配置有旁路系統(tǒng)，以使得多余的蒸汽能夠快速的凝結(jié)，并減少外排所造成的污染和浪費，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速的暖管。完成暖管后，將通過旁通裝置提升系統(tǒng)中的蒸汽壓力使其達到一定的壓力值，待到壓力值達到后汽輪機將啟動工作，在汽輪機啟動時對于蒸汽量的耗費較少，余熱鍋爐所產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽除了進入汽輪機帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動外，另一部分則經(jīng)過旁路系統(tǒng)進入到凝結(jié)器中進行再循環(huán)。對于高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中的旁路系統(tǒng)多分布于汽輪機主汽門前，其主要用于在高溫蒸汽通過減溫減壓后進入到凝結(jié)器中。旁路系統(tǒng)維持汽輪機做到了滑參數(shù)啟停，從而使得高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)啟動的時間大為縮短。此外，高溫蒸汽經(jīng)過旁通裝置進入到凝結(jié)器中將能夠減少燃機停機的次數(shù)。高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中的凝汽器所具有的冷卻面積需要根據(jù)汽機旁路的容量進行相應(yīng)的計算確定。

在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的設(shè)計時對于煤氣的壓力和熱值波動都有著一定的要求。通過對以往高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的建設(shè)運行實踐的效果分析，為高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)配置大型高爐煤氣柜能夠有效的確保高爐煤氣的熱值和壓力，從而為高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供良好的保障。在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)工作的過程中根據(jù)其工作特性要求。其一直處于滿負荷穩(wěn)定運行的狀態(tài)，負荷的變化將會對高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的工作效率產(chǎn)生極大的影響。通過對高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的實際運行進行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，受外圍因素的制約，高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的運行效率很難達到所發(fā)電系統(tǒng)所設(shè)計的效率，且負荷下降的越多則效率也下降的越快。因此，在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的使用中僅能將其作為剛性發(fā)電保障而無法使用其作為調(diào)峰發(fā)電。

3 結(jié)束語

高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)是提高煤氣利用效率，減少煤氣污染排放的重要舉措。在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)的工作過程中為提高其工作效率需要對各熱力參數(shù)進行相應(yīng)的優(yōu)化，以便使得煤氣發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定高效的運行。

參考文獻

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作者簡介：楊帆（1986，09-），男，漢族，重慶，本科。