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        凌鋼高溫超高壓高爐煤氣發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用與分析

        2021-03-11 06:58:54張艷珍劉上源
        節(jié)能技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電機(jī)組煤氣選型

        張艷珍,劉上源

        (凌源鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司能源環(huán)保部,遼寧 凌源 122500)

        0 引言

        鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)煤氣,是重要的二次能源,占企業(yè)總能耗的30%~40%[1-3]。煤氣主要應(yīng)用于各工序爐窯及發(fā)電,煤氣的有效利用,可降低企業(yè)能耗和外購電成本,還可以減少煤氣放散造成的環(huán)境污染,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[4-6]。目前煤氣發(fā)電主要有2種技術(shù):一種是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(CCPP),另一種是煤氣燃燒鍋爐配蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)。

        CCPP發(fā)電技術(shù)工作原理是高壓空氣與煤氣在燃燒室混合燃燒,產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙綑C(jī)組膨脹做功,帶動(dòng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電,做功后的高溫排氣進(jìn)入余熱鍋爐,產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)做功,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電[7-9]。煤氣燃燒鍋爐配蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)工作原理是煤氣在鍋爐中燃燒,產(chǎn)生的蒸汽送汽輪機(jī),汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電[10-12]。

        本文主要介紹高效機(jī)組的選型分析及高溫超高壓高爐煤氣發(fā)電機(jī)組在凌鋼的應(yīng)用情況。

        1 發(fā)電機(jī)組的選型

        1.1 發(fā)電機(jī)組的選擇背景

        2012年底凌鋼的生產(chǎn)能力已達(dá)到600萬t/a的規(guī)模,隨著生產(chǎn)能力的增加,高爐、煉鋼冶煉產(chǎn)生的富余煤氣也相應(yīng)增加,此時(shí)凌鋼已配備的煤氣發(fā)電機(jī)組分別為:4臺(tái)40 t/h中溫中壓鍋爐,配備3臺(tái)6 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組,2臺(tái)75 t/h中溫中壓鍋爐,配備2臺(tái)12 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組,2臺(tái)110 t/h次高溫次高壓鍋爐,配備2臺(tái)25 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。在保證生產(chǎn)和機(jī)組全部滿發(fā)前提下,高爐煤氣仍有較多剩余,為滿足企業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要,高效利用富余煤氣,凌鋼決定新建高效發(fā)電機(jī)組,實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效,降低生產(chǎn)成本。

        1.2 高效發(fā)電機(jī)組的選型分析

        新建高效發(fā)電機(jī)組的選型主要考慮機(jī)組與富余煤氣量的匹配性,消耗富余煤氣能力要大于放散量,同時(shí)要能夠消耗因企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)結(jié)構(gòu)及煤氣用戶檢修等增加的煤氣量。

        新建高效發(fā)電機(jī)組前凌鋼高爐煤氣平衡情況見表1。

        表1 高爐煤氣平衡表(平均值)/萬Nm3·h-1

        從表1可看出,現(xiàn)有鍋爐使用高爐煤氣33.5萬Nm3/h,富余高爐煤氣7.7萬Nm3/h,現(xiàn)有鍋爐還消耗轉(zhuǎn)爐煤氣4.7萬Nm3/h,折合高爐煤氣7.9萬Nm3/h,合計(jì)煤氣發(fā)電機(jī)組可使用高爐煤氣49.1萬Nm3/h。

        根據(jù)可供煤氣發(fā)電機(jī)組的煤氣量,高效機(jī)組選型時(shí),主要考慮高溫超高壓發(fā)電機(jī)組和CCPP小型機(jī)組,兩種類型機(jī)組的比對(duì)見表2。

        表2 兩種類型機(jī)組優(yōu)缺點(diǎn)比對(duì)

        經(jīng)過充分比對(duì)論證,CCPP機(jī)組負(fù)荷變化對(duì)效率影響極大,要求穩(wěn)定在最佳經(jīng)濟(jì)負(fù)荷運(yùn)行,煤氣質(zhì)量要求嚴(yán)格,且核心設(shè)備主要依賴進(jìn)口,系統(tǒng)復(fù)雜,投資高;高溫超高壓煤氣發(fā)電機(jī)組對(duì)煤氣負(fù)荷變化、煤氣質(zhì)量要求相對(duì)更寬限一些,運(yùn)行穩(wěn)定,且維修費(fèi)用低,投資比CCPP機(jī)組低,更符合凌鋼的實(shí)際需求,因此凌鋼選擇應(yīng)用高溫超高壓煤氣發(fā)電機(jī)組。

        2015年,凌鋼新建兩套高溫超高壓煤氣發(fā)電機(jī)組,分別是220 t/h高溫超高壓煤氣鍋爐配70 MW發(fā)電機(jī)組和265 t/h高溫超高壓煤氣鍋爐配85 MW發(fā)電機(jī)組。

        2 高溫超高壓煤氣發(fā)電機(jī)組的工藝流程及技術(shù)參數(shù)

        2.1 燃料系統(tǒng)

        發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)工況燃料采用高爐煤氣,鍋爐點(diǎn)火燃料采用焦?fàn)t煤氣,高爐煤氣平均發(fā)熱量3 142 kJ/Nm3,焦?fàn)t煤氣平均發(fā)熱量17 381 kJ/Nm3。

        表3 煤氣成分及特性表

        2.2 主要工藝流程

        高爐煤氣由廠區(qū)煤氣管網(wǎng)經(jīng)煤氣加熱器送到鍋爐燃燒器,空氣由送風(fēng)機(jī)加壓經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后送到燃燒器,煤氣和熱風(fēng)在燒嘴口混合燃燒后噴入爐膛進(jìn)行燃燒,燃燒生成的高溫?zé)煔馔ㄟ^各受熱面后經(jīng)引風(fēng)機(jī)升壓送至煙囪排出。主蒸汽送至汽輪機(jī)高壓缸做功,高壓缸排汽送至鍋爐低溫再熱器,經(jīng)高溫再熱器,送至汽輪機(jī)中壓缸做功。除鹽水送至除氧器作為鍋爐給水的補(bǔ)充水源,凝結(jié)水由凝結(jié)水泵經(jīng)1#~3#低壓加熱器送至除氧器,除氧后的給水由給水泵經(jīng)1#~2#高壓加熱器送至主省煤器、旁路省煤器再次加熱后送至汽包。

        主要工藝流程見圖1。

        圖1 主要工藝流程圖

        2.3 主要技術(shù)參數(shù)

        表4 主要技術(shù)參數(shù)(設(shè)計(jì)值)

        3 高溫超高壓機(jī)組運(yùn)行情況

        3.1 新建機(jī)組投產(chǎn)后發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行模式

        兩臺(tái)高溫超高壓發(fā)電機(jī)組于2015年底建成投產(chǎn),投產(chǎn)后煤氣發(fā)電機(jī)組運(yùn)行模式:新建的兩臺(tái)高溫超高壓機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行,一臺(tái)110 t/h鍋爐及配套機(jī)組作為在線負(fù)荷調(diào)整,另一臺(tái)110 t/h鍋爐和兩臺(tái)75 t/h鍋爐及其配套機(jī)組作為生產(chǎn)系統(tǒng)檢修和鍋爐、機(jī)組檢修時(shí)備機(jī),停運(yùn)四臺(tái)40 t/h中溫中壓鍋爐及配套6 MW發(fā)電機(jī)組,煤氣實(shí)現(xiàn)了零放散。

        3.2 新建機(jī)組投產(chǎn)前、后發(fā)電機(jī)組煤氣發(fā)電單耗比對(duì)

        高溫超高壓機(jī)組建設(shè)前、后,發(fā)電機(jī)組的煤氣單耗見表5。

        表5 發(fā)電機(jī)組煤氣單耗

        3.3 新建機(jī)組投產(chǎn)前、后發(fā)電機(jī)組發(fā)電量比對(duì)

        高溫超高壓機(jī)組建設(shè)前、后,富余煤氣發(fā)電量見表6。

        表6 煤氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電量

        在主體裝備不變,鐵鋼產(chǎn)能不增加,富余煤氣量不變的條件下,通過建設(shè)高溫超高壓發(fā)電機(jī)組,煤氣發(fā)電單耗降低,機(jī)組效率提高,年增加發(fā)電量5.3~6.2億kWh,增加50%左右。

        4 結(jié)論

        (1)鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電機(jī)組進(jìn)行升級(jí)改造,必須要做好煤氣平衡,并且選配的機(jī)組要有一定富余,以便企業(yè)技術(shù)進(jìn)步,生產(chǎn)用戶煤氣節(jié)約,供鍋爐用煤氣量增加,能夠全部消耗掉。

        (2)高溫超高壓煤氣發(fā)電機(jī)組,技術(shù)成熟,運(yùn)行穩(wěn)定,相對(duì)高溫高壓、次高溫次高壓機(jī)組有優(yōu)勢(shì),應(yīng)進(jìn)行推廣。

        (3)鋼鐵企業(yè)煤氣零放散,利用富余煤氣配置高效發(fā)電機(jī)組,企業(yè)自發(fā)電比例明顯提高,外購電量減少,降低生產(chǎn)成本,提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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