凌鋼高溫超高壓高爐煤氣發電機組的應用與分析

2021-03-11 06:58:54張艷珍劉上源

節能技術 2021年1期

張艷珍,劉上源

(凌源鋼鐵集團有限責任公司能源環保部，遼寧凌源 122500)

0 引言

鋼鐵企業的副產煤氣，是重要的二次能源，占企業總能耗的30%～40%[1-3]。煤氣主要應用于各工序爐窯及發電，煤氣的有效利用，可降低企業能耗和外購電成本，還可以減少煤氣放散造成的環境污染，具有良好的經濟效益和社會效益[4-6]。目前煤氣發電主要有2種技術：一種是燃氣蒸汽聯合循環發電技術(CCPP)，另一種是煤氣燃燒鍋爐配蒸汽輪機發電技術。

CCPP發電技術工作原理是高壓空氣與煤氣在燃燒室混合燃燒，產生的高溫高壓燃氣進入燃氣透平機組膨脹做功，帶動燃氣發電機組進行發電，做功后的高溫排氣進入余熱鍋爐，產生蒸汽進入蒸汽輪機做功，帶動發電機組發電[7-9]。煤氣燃燒鍋爐配蒸汽輪機發電技術工作原理是煤氣在鍋爐中燃燒，產生的蒸汽送汽輪機，汽輪機帶動發電機轉動進行發電[10-12]。

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

1 發電機組的選型

1.1 發電機組的選擇背景

2012年底凌鋼的生產能力已達到600萬t/a的規模，隨著生產能力的增加，高爐、煉鋼冶煉產生的富余煤氣也相應增加，此時凌鋼已配備的煤氣發電機組分別為：4臺40 t/h中溫中壓鍋爐，配備3臺6 MW抽凝式汽輪發電機組，2臺75 t/h中溫中壓鍋爐，配備2臺12 MW抽凝式汽輪發電機組，2臺110 t/h次高溫次高壓鍋爐，配備2臺25 MW抽凝式汽輪發電機組。在保證生產和機組全部滿發前提下，高爐煤氣仍有較多剩余，為滿足企業持續發展的需要，高效利用富余煤氣，凌鋼決定新建高效發電機組，實現提質增效，降低生產成本。

1.2 高效發電機組的選型分析

新建高效發電機組的選型主要考慮機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調整生產結構及煤氣用戶檢修等增加的煤氣量。

新建高效發電機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，現有鍋爐還消耗轉爐煤氣4.7萬Nm3/h，折合高爐煤氣7.9萬Nm3/h，合計煤氣發電機組可使用高爐煤氣49.1萬Nm3/h。

根據可供煤氣發電機組的煤氣量，高效機組選型時，主要考慮高溫超高壓發電機組和CCPP小型機組，兩種類型機組的比對見表2。

表2 兩種類型機組優缺點比對

經過充分比對論證，CCPP機組負荷變化對效率影響極大，要求穩定在最佳經濟負荷運行，煤氣質量要求嚴格，且核心設備主要依賴進口，系統復雜，投資高；高溫超高壓煤氣發電機組對煤氣負荷變化、煤氣質量要求相對更寬限一些，運行穩定，且維修費用低，投資比CCPP機組低，更符合凌鋼的實際需求，因此凌鋼選擇應用高溫超高壓煤氣發電機組。

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

2 高溫超高壓煤氣發電機組的工藝流程及技術參數

2.1 燃料系統

發電機組設計工況燃料采用高爐煤氣，鍋爐點火燃料采用焦爐煤氣，高爐煤氣平均發熱量3 142 kJ/Nm3，焦爐煤氣平均發熱量17 381 kJ/Nm3。

表3 煤氣成分及特性表

2.2 主要工藝流程

高爐煤氣由廠區煤氣管網經煤氣加熱器送到鍋爐燃燒器，空氣由送風機加壓經空氣預熱器加熱后送到燃燒器，煤氣和熱風在燒嘴口混合燃燒后噴入爐膛進行燃燒，燃燒生成的高溫煙氣通過各受熱面后經引風機升壓送至煙囪排出。主蒸汽送至汽輪機高壓缸做功，高壓缸排汽送至鍋爐低溫再熱器，經高溫再熱器，送至汽輪機中壓缸做功。除鹽水送至除氧器作為鍋爐給水的補充水源，凝結水由凝結水泵經1#～3#低壓加熱器送至除氧器，除氧后的給水由給水泵經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 主要技術參數

表4 主要技術參數(設計值)

3 高溫超高壓機組運行情況

3.1 新建機組投產后發電機組的運行模式

兩臺高溫超高壓發電機組于2015年底建成投產，投產后煤氣發電機組運行模式：新建的兩臺高溫超高壓機組滿負荷運行，一臺110 t/h鍋爐及配套機組作為在線負荷調整，另一臺110 t/h鍋爐和兩臺75 t/h鍋爐及其配套機組作為生產系統檢修和鍋爐、機組檢修時備機，停運四臺40 t/h中溫中壓鍋爐及配套6 MW發電機組，煤氣實現了零放散。