王智琴，姚　群（中冶華天工程技術有限公司，南京210019）

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在某鋼廠的應用研究

王智琴，姚群
（中冶華天工程技術有限公司，南京210019）

本文闡述了CCPP燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在某鋼鐵廠利用的高效性和必要性，并針對現(xiàn)有富余煤氣狀況，對機組做了選型方案的比較。

CCPP；燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)；高爐煤氣；高效

1　概述

近幾年全國鋼鐵行業(yè)產能過剩，效益下滑。鋼鐵企業(yè)只有通過節(jié)能改造，降低能耗，提高產品競爭力，擴大發(fā)展空間。在鋼鐵主業(yè)面臨市場激烈競爭情況下，煤氣發(fā)電給鋼鐵公司貢獻較好利潤。

1.1CCPP機組可更高效地利用高爐煤氣

CCPP燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組額定工況發(fā)電效率可以達到45%，較常規(guī)BTG機組高出約50%。采用世界先進的燃低熱值燃料（高爐、轉爐混合煤氣）的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術，具有效率高、水耗少、充分利用煤氣等二次能源的優(yōu)點，符合國家當前鼓勵推廣的循環(huán)經濟政策，是國家重點鼓勵推廣的鋼鐵產業(yè)節(jié)能技術。CCPP燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組建成后，可以更大地提高企業(yè)的效益。

1.2CCPP機組可提高環(huán)保效益

額定發(fā)電功率154MW的CCPP燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組：

（1）高爐煤氣進入燃機前通過電除塵器預凈化，每年減排19.1噸粉塵。

（2）相比常規(guī)BTG機組，每年多發(fā)電3.4億kWh，折合每年減排9.17萬噸粉塵、33.7萬噸CO2、1.01萬噸SO2、0.56萬噸NOX。

2　機組選型與方案比較

2.1裝機方案選擇的原則

CCPP燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組屬環(huán)保節(jié)能型能源綜合利用項目，裝機方案選擇的原則是：

（1）以氣定電，最大可能地利用富余的煤氣，以減少污染和浪費，降低成本，提高效益；

（2）根據(jù)燃料的特點來選擇成熟可靠的機組，確保電廠安全運行；

（3）選擇高效率的機組，實現(xiàn)能源的最高效的利用，創(chuàng)造最佳經濟效益；

（4）減少氮氧化物等有害氣體的排放，以減少對周邊地區(qū)的大氣環(huán)境污染。

2.2機組選型

用煤氣來發(fā)電一般有兩種方式，一種是常規(guī)（BTG）火力發(fā)電廠，另一種是燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（簡稱CCPP）。目前，國內大多數(shù)鋼鐵廠都是將剩余的高、轉爐煤氣作為煤氣鍋爐的燃料，由鍋爐產生蒸汽，再送給汽輪發(fā)電機組發(fā)電，即常規(guī)火力發(fā)電廠。這種常規(guī)火力發(fā)電廠在技術上已經很成熟，可靠性也很高，但其效率只能達到30%左右。

隨著燃氣輪機技術的不斷進步，以燃燒低熱值煤氣的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組得到了迅猛的發(fā)展，在國內外均有很多的成功業(yè)績，技術上日趨成熟。目前，國內多家鋼廠均已建設投產了CCPP發(fā)電機組。

CCPP與常規(guī)火力發(fā)電廠比較具有以下諸多優(yōu)點：

（1）電廠熱效率高。常規(guī)火力發(fā)電廠一般只有30%左右，而CCPP可達45%左右，這對我們這樣一個能源緊缺的國家來說尤為重要。

（2）占地、用水少。CCPP所發(fā)電的大部分是由燃氣輪機完成的，約占三分之二，剩下的三分之一由蒸汽輪機完成，機組布置緊湊，循環(huán)水量少。

（3）廠自用電率低。常規(guī)高爐煤氣火力發(fā)電廠一般需7%左右，而CCPP只要3%左右。

（4）自動化程度高，運行管理人員少。

2.3燃機選擇方案比較

國際上燃機供應商主要有GE、SIMENS、MHI、ALSTOM等，其中日本三菱（MHI）公司在低熱值CCPP機組上技術領先，市場占有率高，以下按三菱燃機考慮。

三菱9E級低熱值燃機有：

M701SDA、M701S（DA）X和M701SLDA三個型號。其中：

（1）該鋼廠現(xiàn)有的一臺CCPP機組為M701SDA機型，額定功率150MW。該機型為基本型，設計環(huán)境溫度15℃。該鋼廠所處地區(qū)冬冷夏熱，在夏季環(huán)境溫度較高時不能達到額定功率150MW，只能發(fā)135MW。額定燃料熱值為1050kCal/Nm3，全燃高爐煤氣（熱值約860kCal/Nm3）時，發(fā)電功率約120MW。在夏季全燃高爐煤氣時只能發(fā)95～100MW。

（2）M701S（DA）X是改進型，主要增大了煤氣壓縮機、空氣壓縮機容量，燃機除燃燒器稍作改進外，其他部分沒有變化。

（3）M701SLDA是升級型，不但增大了煤氣壓縮機、空氣壓縮機的容量，同時也增大了汽輪機、發(fā)電機的容量，燃機除燃燒器稍作改進外，其他部分沒有變化。

經過改進的M701S（DA）X和M701SLDA更貼近中國鋼鐵企業(yè)的需求（煤氣熱值低、環(huán)境溫度高），在純高爐煤氣條件下可以長期在額定負荷穩(wěn)定運行。

結合該鋼廠現(xiàn)有煤氣資源、電力系統(tǒng)條件，比較三種機組的適應性，推薦三菱公司M701S（DA）X機型。

2.4M701S（DA）X主要設備型號及技術數(shù)據(jù)

圖1

（1）M701S（DA）X燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組（進口）：1套包括煤氣壓縮機、蒸汽輪機、空氣壓縮機、發(fā)電機及燃氣輪機，一軸式布置（表1）。

表1

蒸汽輪機、空氣壓縮機、發(fā)電機及燃氣輪機采用同一軸系，煤氣壓縮機通過一變速箱與蒸汽輪機相連，以上設備均安裝在一共用底板上。

（2）余熱鍋爐（國產）：1臺，余熱鍋爐采用雙壓自然循環(huán)，臥式室外布置（表2）。

表2

（3）主要輔助設備

進口部分：CCPP機組配套（表3）。

表3

國產部分：（表4）

表4

4　結論

綜合所述，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組可以更高效地利用該鋼廠富余的高爐煤氣，最大限度地實現(xiàn)資源的綜合利用，減少煤氣的放散對環(huán)境造成的污染，并為該鋼廠提供用電保證，提高企業(yè)的經濟效益的同時也起到了改善環(huán)境的作用。針對該鋼廠現(xiàn)有煤氣狀況，通過新上一臺M701S（DA）X燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組來高效利用高爐煤氣發(fā)電的方式是十分必要的。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.056