高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化分析

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(yán)重環(huán)境污染的同時(shí)也會造成巨大的浪費(fèi)。通過利用鋼鐵生產(chǎn)中所產(chǎn)生的可燃性煤氣進(jìn)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?，F(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(diǎn)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(jìn)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(jìn)行循環(huán)發(fā)電是提高鋼鐵生產(chǎn)能源利用效率、實(shí)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?fàn)t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(xiàng)技術(shù)時(shí)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(shí)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?xì)?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?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電時(shí)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?xì)?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?xì)?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(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)，由于煤氣所具有的相關(guān)特性因此需要對燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中所使用的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，現(xiàn)今在我國的燃?xì)廨啓C(jī)中并不具備低熱值氣體的大功率燃?xì)饫玫南嚓P(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?xì)廨啓C(jī)中：（1）將鋼鐵廠生產(chǎn)中所產(chǎn)生的高爐煤氣和焦?fàn)t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(jìn)行燃燒時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用擴(kuò)散式的燃燒方式，使得煤氣從單孔噴出后進(jìn)行相應(yīng)的燃燒，煤氣的燃燒反應(yīng)需要在單筒內(nèi)進(jìn)行。（3）在燃燒室內(nèi)對高爐煤氣進(jìn)行燃燒時(shí)需要在發(fā)電機(jī)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(dá)到最優(yōu)配比。

煉鋼時(shí)所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣用作內(nèi)燃機(jī)燃料進(jìn)行熱發(fā)電較適用于小功率的發(fā)電。除了使用內(nèi)燃機(jī)燃燒方式發(fā)電外，焦?fàn)t煤氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電也是較為常用的一種發(fā)電方式。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)采用的是焦?fàn)t煤氣在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行燃燒后，所排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)入到余熱鍋爐產(chǎn)生高溫蒸汽，用以推動蒸汽輪機(jī)進(jìn)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(dá)到45%以上，具有極高的熱效率。

2 燃?xì)?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(jìn)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(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)能夠獲得最優(yōu)出力，需要結(jié)合煤氣燃燒時(shí)的相關(guān)熱力值進(jìn)行計(jì)算，從而優(yōu)化蒸汽參數(shù)。通過計(jì)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(jì)過程中應(yīng)當(dāng)對排煙邊界條件、溫升速率等進(jìn)行相應(yīng)的熱力計(jì)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(yùn)行過程進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，余熱鍋爐其工作過程可以伴隨燃機(jī)進(jìn)行點(diǎn)火并伴隨啟動，而無需通過煙道旁的煙囪來對煙氣流量進(jìn)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(jìn)行計(jì)算后選用雙壓、無補(bǔ)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(shí)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(gè)循環(huán)的效率得到提高，應(yīng)當(dāng)在燃機(jī)功率一定的條件下對汽輪機(jī)的出力及快速帶負(fù)荷能力進(jìn)行提升。汽輪機(jī)的出力與汽輪機(jī)的內(nèi)效率和進(jìn)入蒸汽的參數(shù)有著密切的聯(lián)系，進(jìn)氣壓力與燃機(jī)功率有著密切的聯(lián)系，一般來說，其保持穩(wěn)定。對于進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的蒸汽壓力可以通過調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。通過對汽輪機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行研究表明，當(dāng)汽輪機(jī)滑壓時(shí)汽輪機(jī)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(jìn)行：在高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱力系統(tǒng)中的燃機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等的不同會使得汽輪機(jī)無法與燃機(jī)進(jìn)行伴隨同步啟動，在冷態(tài)時(shí)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(jī)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(fèi)，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(dá)到一定的壓力值，待到壓力值達(dá)到后汽輪機(jī)將啟動工作，在汽輪機(jī)啟動時(shí)對于蒸汽量的耗費(fèi)較少，余熱鍋爐所產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽除了進(jìn)入汽輪機(jī)帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動外，另一部分則經(jīng)過旁路系統(tǒng)進(jìn)入到凝結(jié)器中進(jìn)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(jī)主汽門前，其主要用于在高溫蒸汽通過減溫減壓后進(jìn)入到凝結(jié)器中。旁路系統(tǒng)維持汽輪機(jī)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(shí)間大為縮短。此外，高溫蒸汽經(jīng)過旁通裝置進(jìn)入到凝結(jié)器中將能夠減少燃機(jī)停機(jī)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(jī)旁路的容量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(jì)時(shí)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(yùn)行實(shí)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(yùn)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(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，負(fù)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(shí)際運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(yùn)行效率很難達(dá)到所發(fā)電系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的效率，且負(fù)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(jìn)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(yùn)行。

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作者簡介：楊帆（1986，09-），男，漢族，重慶，本科。