凌鋼高溫超高壓高爐煤氣發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用與分析

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)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動進(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，此時凌鋼已配備的煤氣發(fā)電機(jī)組分別為：4臺40 t/h中溫中壓鍋爐，配備3臺6 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，2臺75 t/h中溫中壓鍋爐，配備2臺12 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，2臺110 t/h次高溫次高壓鍋爐，配備2臺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，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)組的比對見表2。

表2 兩種類型機(jī)組優(yōu)缺點(diǎn)比對

經(jīng)過充分比對論證，CCPP機(jī)組負(fù)荷變化對效率影響極大，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)組對煤氣負(fù)荷變化、煤氣質(zhì)量要求相對更寬限一些，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：新建的兩臺高溫超高壓機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，一臺110 t/h鍋爐及配套機(jī)組作為在線負(fù)荷調(diào)整，另一臺110 t/h鍋爐和兩臺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)組檢修時備機(jī)，停運(yùn)四臺40 t/h中溫中壓鍋爐及配套6 MW發(fā)電機(jī)組，煤氣實現(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

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

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，相對高溫高壓、次高溫次高壓機(jī)組有優(yōu)勢，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)競爭力。