燃氣-蒸汽聯合循環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）

燃氣-蒸汽聯合循環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-蒸汽聯合循環機組在某鋼鐵廠利用的高效性和必要性，并針對現有富余煤氣狀況，對機組做了選型方案的比較。

CCPP；燃氣-蒸汽聯合循環；高爐煤氣；高效

1　概述

近幾年全國鋼鐵行業產能過剩，效益下滑。鋼鐵企業只有通過節能改造，降低能耗，提高產品競爭力，擴大發展空間。在鋼鐵主業面臨市場激烈競爭情況下，煤氣發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-蒸汽聯合循環機組額定工況發電效率可以達到45%，較常規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-蒸汽聯合循環發電技術，具有效率高、水耗少、充分利用煤氣等二次能源的優點，符合國家當前鼓勵推廣的循環經濟政策，是國家重點鼓勵推廣的鋼鐵產業節能技術。CCPP燃氣-蒸汽聯合循環機組建成后，可以更大地提高企業的效益。

1.2CCPP機組可提高環保效益

額定發電功率154MW的CCPP燃氣-蒸汽聯合循環機組：

（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BTG機組，每年多發電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-蒸汽聯合循環機組屬環保節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，實現能源的最高效的利用，創造最佳經濟效益；

（4）減少氮氧化物等有害氣體的排放，以減少對周邊地區的大氣環境污染。

2.2機組選型

用煤氣來發電一般有兩種方式，一種是常規（BTG）火力發電廠，另一種是燃氣-蒸汽聯合循環發電廠（簡稱CCPP）。目前，國內大多數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，再送給汽輪發電機組發電，即常規火力發電廠。這種常規火力發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-蒸汽聯合循環發電機組得到了迅猛的發展，在國內外均有很多的成功業績，技術上日趨成熟。目前，國內多家鋼廠均已建設投產了CCPP發電機組。

CCPP與常規火力發電廠比較具有以下諸多優點：

（1）電廠熱效率高。常規火力發電廠一般只有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，循環水量少。

（3）廠自用電率低。常規高爐煤氣火力發電廠一般需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，設計環境溫度15℃。該鋼廠所處地區冬冷夏熱，在夏季環境溫度較高時不能達到額定功率150MW，只能發135MW。額定燃料熱值為1050kCal/Nm3，全燃高爐煤氣（熱值約860kCal/Nm3）時，發電功率約120MW。在夏季全燃高爐煤氣時只能發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的需求（煤氣熱值低、環境溫度高），在純高爐煤氣條件下可以長期在額定負荷穩定運行。

結合該鋼廠現有煤氣資源、電力系統條件，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據

圖1

（1）M701S（DA）X燃氣-蒸汽聯合循環發電機組（進口）：1套包括煤氣壓縮機、蒸汽輪機、空氣壓縮機、發電機及燃氣輪機，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，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-蒸汽聯合循環機組可以更高效地利用該鋼廠富余的高爐煤氣，最大限度地實現資源的綜合利用，減少煤氣的放散對環境造成的污染，并為該鋼廠提供用電保證，提高企業的經濟效益的同時也起到了改善環境的作用。針對該鋼廠現有煤氣狀況，通過新上一臺M701S（DA）X燃氣-蒸汽聯合循環發電機組來高效利用高爐煤氣發電的方式是十分必要的。

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