高爐煤氣聯合循環發電熱力系統參數優化分析

摘 要：鋼鐵產業是國家發展的基礎。在鋼鐵的生產過程中會產生大量的廢氣，這些廢氣如直接排放入空氣中在造成嚴重環境污染的同時也會造成巨大的浪費。通過利用鋼鐵生產中所產生的可燃性煤氣進行燃燒發電是降低鋼鐵廠生產成本、減少污染排放的重要舉措。現今，在鋼鐵廠所排出的可燃性廢氣中主要以高爐煤氣、轉爐煤氣和焦煤煤氣為主，做好上述可燃煤氣的循環利用是鋼鐵企業提高能源利用率、降低生產成本的重要舉措。文章在分析煤氣特點的基礎上對鋼鐵廠所采用的煤氣聯合循環發電熱力系統進行了分析闡述。

關鍵詞：鋼鐵；煤氣；聯合循環發電

前言

煤氣是鋼鐵生產中所產生的重要副產物，利用鋼鐵生產中所產生的富余煤氣進行循環發電是提高鋼鐵生產能源利用效率、實行清潔生產的重要舉措。在煤氣發電方式的選擇上需要結合鋼鐵企業的煤氣特性選用合理的、高效的煤氣發電方式，在鋼鐵煤氣發電中選用純燃高爐煤氣聯合循環發電發熱模式，通過優化熱力參數來最大限度地提高煤氣發電效果。

1 高爐煤氣和焦爐煤氣的燃燒發電應用

高爐煤氣余壓發電是一種利用鋼鐵生產中高爐所產生的煤氣壓力及熱能經過透平膨脹做功的一種煤氣發電技術，在采用此項技術時既能夠實現對于高爐爐頂壓力的調節，也能最大限度地挖掘高爐煤氣的潛力用以發電，從而最大限度的提升煤氣發電的應用效果。在應用此種技術時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電效率。燃氣-蒸汽聯合循環發電系統是一種在我國大型鋼鐵企業中引用較為廣泛的一種發電技術，通過研究表明采用燃氣-蒸汽聯合循環發電系統進行發電時能夠將發電效率提高至50%±10%的區間范圍內，從而極大的提高了煤氣的利用效率。采用燃氣-蒸汽聯合循環發電系統技術能夠實現對于煤氣的環保利用。在燃氣-蒸汽聯合循環發電系統的應用中需要采用較為先進的燃氣輪機，由于煤氣所具有的相關特性因此需要對燃氣-蒸汽聯合循環發電系統中所使用的燃氣輪機的燃燒室進行專門的設計，現今在我國的燃氣輪機中并不具備低熱值氣體的大功率燃氣利用的相關技術。國外一些設備廠商通過采用下列技術將煤氣應用于燃氣輪機中：（1）將鋼鐵廠生產中所產生的高爐煤氣和焦爐煤氣按照一定的比例混合以提高煤氣的熱值。（2）在對煤氣進行燃燒時，應當采用擴散式的燃燒方式，使得煤氣從單孔噴出后進行相應的燃燒，煤氣的燃燒反應需要在單筒內進行。（3）在燃燒室內對高爐煤氣進行燃燒時需要在發電機組燃燒器的尾筒處設置空氣旁通閥以確保燃燒區內的空燃比能夠達到最優配比。

煉鋼時所產生的焦爐煤氣用作內燃機燃料進行熱發電較適用于小功率的發電。除了使用內燃機燃燒方式發電外，焦爐煤氣燃氣輪機發電也是較為常用的一種發電方式。燃氣-蒸汽聯合循環發電系統采用的是焦爐煤氣在燃氣輪機進行燃燒后，所排出的高溫煙氣進入到余熱鍋爐產生高溫蒸汽，用以推動蒸汽輪機進行發電，通過研究測算，使用此種發電方式對于煤氣的利用率能夠達到45%以上，具有極高的熱效率。

2 燃氣-蒸汽聯合循環發電系統優化匹配

某鋼鐵廠采用的是某型純高爐煤氣聯合循環發電熱力系統，為提高高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的工作效率，應當對熱力系統的參數進行一定的優化。在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統工作的過程中為確保高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中的燃機和汽輪發電機能夠獲得最優出力，需要結合煤氣燃燒時的相關熱力值進行計算，從而優化蒸汽參數。通過計算表明，只有排煙溫度穩定在一定的溫度后，高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中的余熱鍋爐就能夠具備相應的啟動條件。在余熱鍋爐的設計過程中應當對排煙邊界條件、溫升速率等進行相應的熱力計算，以便確保煤氣的燃燒率能夠獲得最大的效果。通過對高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的運行過程進行研究發現，余熱鍋爐其工作過程可以伴隨燃機進行點火并伴隨啟動，而無需通過煙道旁的煙囪來對煙氣流量進行調節。兩者之間可以相互配合工作。通過對高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中余熱鍋爐工況進行計算后選用雙壓、無補燃、自然循環式形式的余熱鍋爐，除氧蒸汽依靠余熱鍋爐自帶的設備產生，給水通過凝結水換熱器尾部煙氣實現熱交換，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。

在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統工作的過程中，為使得整個循環的效率得到提高，應當在燃機功率一定的條件下對汽輪機的出力及快速帶負荷能力進行提升。汽輪機的出力與汽輪機的內效率和進入蒸汽的參數有著密切的聯系，進氣壓力與燃機功率有著密切的聯系，一般來說，其保持穩定。對于進入燃氣輪機的蒸汽壓力可以通過調節閥來進行相應的調節。通過對汽輪機的運行參數進行研究表明，當汽輪機滑壓時汽輪機能夠獲得最高的工作效率。

高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中凝汽器與旁通熱力參數的確定可以通過以下的方式進行：在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中的燃機工作后，余熱鍋爐將將開始產生高溫蒸汽，但是由于汽輪機的結構、強度等的不同會使得汽輪機無法與燃機進行伴隨同步啟動，在冷態時這一現象將更為明顯，因此，在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中需要在汽輪機熱力系統中配置有旁路系統，以使得多余的蒸汽能夠快速的凝結，并減少外排所造成的污染和浪費，從而能夠實現快速的暖管。完成暖管后，將通過旁通裝置提升系統中的蒸汽壓力使其達到一定的壓力值，待到壓力值達到后汽輪機將啟動工作，在汽輪機啟動時對于蒸汽量的耗費較少，余熱鍋爐所產生的高溫高壓蒸汽除了進入汽輪機帶動轉子轉動外，另一部分則經過旁路系統進入到凝結器中進行再循環。對于高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中的旁路系統多分布于汽輪機主汽門前，其主要用于在高溫蒸汽通過減溫減壓后進入到凝結器中。旁路系統維持汽輪機做到了滑參數啟停，從而使得高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的聯合循環啟動的時間大為縮短。此外，高溫蒸汽經過旁通裝置進入到凝結器中將能夠減少燃機停機的次數。高爐煤氣聯合循環發電熱力系統中的凝汽器所具有的冷卻面積需要根據汽機旁路的容量進行相應的計算確定。

在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的設計時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合循環發電熱力系統的建設運行實踐的效果分析，為高爐煤氣聯合循環發電熱力系統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，從而為高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的穩定運行提供良好的保障。在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統工作的過程中根據其工作特性要求。其一直處于滿負荷穩定運行的狀態，負荷的變化將會對高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的工作效率產生極大的影響。通過對高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的實際運行進行統計分析后發現，受外圍因素的制約，高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的運行效率很難達到所發電系統所設計的效率，且負荷下降的越多則效率也下降的越快。因此，在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的使用中僅能將其作為剛性發電保障而無法使用其作為調峰發電。

3 結束語

高爐煤氣聯合循環發電熱力系統是提高煤氣利用效率，減少煤氣污染排放的重要舉措。在高爐煤氣聯合循環發電熱力系統的工作過程中為提高其工作效率需要對各熱力參數進行相應的優化，以便使得煤氣發電系統能夠穩定高效的運行。

參考文獻

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作者簡介：楊帆（1986，09-），男，漢族，重慶，本科。