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）

燃氣輪機在冶金行業(yè)的應(yīng)用概況及某 CCPP 項目方案設(shè)計

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，新建的燃氣—蒸汽聯(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氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的應(yīng)用工藝和主要應(yīng)用燃氣輪機的設(shè)備參數(shù)，同時針對具體的CCPP 項目參數(shù)詳細介紹了方案設(shè)計。

燃氣輪機；燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置；CCPP；冶金行業(yè)；方案設(shè)計

1 概述

燃 氣— 蒸 汽 聯(lián)合 循 環(huán)發(fā) 電 裝置（Combined Cycle Power Plant）是由燃氣輪機發(fā)電機組熱力循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽輪機發(fā)電機組熱力循環(huán)系統(tǒng)組合起來的一套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。在燃氣勃萊敦?zé)崃ρh(huán)中，燃料燃燒后，產(chǎn)生的高溫高壓煙氣，可以在燃氣輪機中直接做功發(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 45% 以上，高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的熱電轉(zhuǎn)換效率達到 40% 以上。而常規(guī)燃氣鍋爐發(fā)電的熱電轉(zhuǎn)換效率一般只有 28% 左右?，F(xiàn)在，我國已有幾十座燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站在運行。由于燃氣輪機啟停速度快，負(fù)荷適應(yīng)能力強，主要應(yīng)用于經(jīng)濟快速發(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)，燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站能帶來非常顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，具有很大的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)焓—熵圖見圖1。

圖1 燃氣—蒸汽聯(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：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：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：煤氣量較小，氣源有波動，熱值中等。

3 燃氣—蒸汽聯(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 純高爐煤氣燃氣—蒸汽聯(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、氣水分離裝置后進入軸流式煤氣壓縮機，經(jīng)過壓縮機的多級壓縮后壓力升高到約 2.3MPa，進入燃氣輪機的燃燒室。空氣經(jīng)過空氣過濾器進入到燃氣輪機的壓氣機，通過壓氣機的壓縮，空氣壓力升高到約 2.3MPa，進入燃燒室同高爐煤氣進行混合燃燒，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，這些蒸汽可以進入汽輪機進行發(fā)電，也可以直接供給廠內(nèi)生產(chǎn)使用，整個工藝過程實現(xiàn)高爐煤氣從燃燒能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能。

3.2 焦?fàn)t煤氣燃氣—蒸汽聯(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)式煤氣壓縮機加壓，煤氣壓力約為 2.6MPa，通過燃機的多級經(jīng)除塵后進入燃氣輪機的燃燒室?？諝饨?jīng)過空氣過濾器進入到燃氣輪機的壓氣機，通過壓氣機的壓縮，空氣壓力升高到約2.6MPa，進入燃燒室同焦?fàn)t煤氣進行混合燃燒，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，這些蒸汽可以進入汽輪機進行發(fā)電，也可以直接供給廠內(nèi)生產(chǎn)使用，從而是實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，整個工藝過程實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣從燃燒能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能。

3.3 高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝

高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣進入煤氣柜后經(jīng)過除塵、氣水分離后進入氣體混合裝置，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過脫硫、脫萘、脫焦油、脫水后一部分進入氣體混合裝置，一部分經(jīng)過壓縮機進入到燃氣輪機的燃燒室。三種氣體在氣體混合裝置中進行按照熱值需求和氮氣進行一定比例的混合，混合氣體通過靜電除塵裝置和煤氣壓縮機進入燃氣輪機燃燒室。在燃燒室中同燃氣輪機壓縮機中進來的空氣進行混合燃燒，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，這些蒸汽可以進入汽輪機進行發(fā)電，也可以直接供給廠內(nèi)生產(chǎn)使用，從而實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，整個工藝過程實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣從燃燒能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能。

4 適用于冶金行業(yè)的燃氣輪機簡介

4.1 焦?fàn)t煤氣用燃氣輪機介紹

（1）索拉公司燃氣輪機。美國索拉燃機其主要機組為中小功率的天然氣和焦?fàn)t煤氣機組，其焦?fàn)t煤氣機型目前有兩款：金牛 60 和大力神 130 燃氣輪機機組。這兩種機組在國內(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氣輪機項目、誠宇焦化項目、豫龍焦化項目、中煤旭陽項目采用的都是大力神 130 機組。

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

（3）西門子公司燃氣輪機。西門子燃氣輪機在國內(nèi)市場主要同中航株洲南方燃氣輪機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氣輪機，目前應(yīng)用于焦化行業(yè)的燃機做功出力較小。

4.2 高爐煤氣及混合煤氣用燃氣輪機介紹

三菱公司燃氣輪機。M251S 燃氣輪機的功率為30MW，其機組的正常運行需要焦?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需要焦?fàn)t煤氣，正常運行時不再需要焦?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，所以高爐煤氣的燃氣-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組。

4.3 混合煤氣聯(lián)合循環(huán)

南京汽輪機公司燃氣輪機。PG6561B-L 是由南京汽輪電機（集團）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型燃氣輪機的基礎(chǔ)上，采用聯(lián)合設(shè)計方式完成的（GE提供核心部件，南汽在國內(nèi)組裝銷售），該型燃氣輪機適應(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

燃氣輪機的發(fā)電效率高、自耗電低、煙氣排放環(huán)保等優(yōu)點使得燃氣輪機發(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)在逐步的新建燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。

[1]焦樹建 . 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán) [M]. 機械工業(yè)出版社，2000.

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