采用燃气轮机的热电鼓风站在钢铁厂的应用探索

姜 茂（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆市渝北区401122）

采用燃气轮机的热电鼓风站在钢铁厂的应用探索

姜 茂（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆市渝北区401122）

采用燃气轮机的热电鼓风机组配置，在充分利用煤气、拖动机组安全性保障、调节煤气波动、系统整体热效率以及技术经济性等方面，具有优势，具备推广前景。

燃气-蒸汽联合循环发电（CCPP）；汽动鼓风；电动鼓风

1 剩余煤气利用方式

如何高效的回收钢铁企业剩余煤气资源，是一项重要的研究课题。国内企业主要是在满足工艺生产需求后，将剩余煤气用于燃气锅炉生产蒸汽发电（BTG）或拖动鼓风机等大型转动设备。而燃气-蒸汽联合循环发电（CCPP）作为一项高效的回收利用剩余煤气的技术，越来越受到各大钢铁企业的青睐。

目前高炉鼓风的主要配置模式有：

（1）配置方案A：CCPP+电动鼓风；

（2）配置方案B：BTG+汽动鼓风，即为热电鼓风；

（3）配置方案C：BTG+电动鼓风。

较常规发电效率更高的CCPP，与较电动鼓风更节能的汽动鼓风的搭配，拥有更好的节能潜力，还鲜有运用。在当前市场及节能减排压力下，CCPP+汽动鼓风的配置方案比以往更具有推广的市场潜力。

2 采用CCPP与汽动鼓风配置案例分析

现以某600万t钢铁企业为例，从机组配置、运行调控、技术经济分析等方面详述燃气轮机在热电鼓风站中应用分析。全厂剩余煤气折合高炉煤气约70×104Nm3/h（热值3260kJ/ Nm3/h），高炉按3座2500m3考虑，高炉鼓风机正常消耗功率约24000kW、最大消耗功率约34000kW。

2.1 机组配置

热电鼓风站的CCPP+汽动鼓风的配置方案如下：

选用额定功率28.5MW的燃气轮机4套，80t/h中温中压余热锅炉 4台，160t/h中温中压燃气锅炉 2台，额定功率34000kW的汽动鼓风机组3套，额定功率24000kW的电动鼓风机组1套（满足启动和备用），25MW汽轮发电机组3套。

蒸汽按母管制设置，确保鼓风和发电机组间的蒸汽调配。

2.2 机组运行

2.2.1 系统启动

整个高炉系统以电动鼓风机为启动风机，按照电动鼓风机-高炉-燃气锅炉/燃气轮机-余热锅炉-汽动鼓风机组/汽轮发电机组的顺序依次启动。

图1

2.2.2 系统运行

（1）介质平衡

正常生产条件下，CCPP+汽动鼓风系统的运行有两种工况，即正常工况和调休工况：正常工况为4套燃气轮机、余热锅炉正常运行，2套燃气锅炉约50%负荷运行或1套燃气锅炉约100%负荷运行，3套汽动鼓风机组正常运行；调休工况为3套燃气轮机、余热锅炉正常运行，1套燃气轮机、余热锅炉停运，2套燃气锅炉约85%负荷运行，3套汽动鼓风机组正常运行。

（2）系统运行分析

①煤气平衡分析

系统正常条件下，4套燃气轮机、余热锅炉运行，2套燃气锅炉约50%负荷运行或1套燃气锅炉约100%负荷运行，煤气放散率为0。

当1套燃气轮机或余热锅炉故障或检修时，2台燃气锅炉均以约85%的负荷运行，煤气放散率为0。

当1台燃气锅炉故障或检修、其余设备均正常运行时，煤气放散率为0。

②蒸汽平衡分析

在系统正常运行时，余热锅炉及燃气锅炉生产蒸汽量为493t/h，在保障汽动鼓风机用汽后，可供发电的蒸汽量为103～241t/h，可发电26.5～62MW。

当1套燃气轮机或余热锅炉检修、停运时，蒸汽产量将增加至544t/h，可供发电蒸汽154～292t/h，可发电39.5～75MW。

3 采用燃气轮机的热电鼓风站优势

根据剩余煤气量，拟定了几个不同的配置方案，见表1。

表1 配置方案比较表

3.1 可靠性

CCPP+汽动鼓风配置方案的关键在于保障汽动鼓风机组蒸汽供应的可靠性。随着用户运行经验的增加和操作水平的提高，燃气轮机可靠性高的优势逐步显现。涟钢M251S机组在2007年4月～2010年4月间累计运行超过24230h，平均每年8076h。马钢M701D机组曾创下连续33个月无故障停机的国内记录，其2011年连续运行8636h。

按上述推荐方案，在设置多套CCPP的电厂中，燃气轮机及余热锅炉的运行及外供蒸汽的可靠性将更高。同时设置常规燃气锅炉，使蒸汽的供应更加有保障。

3.2 高效性

CCPP机组技术先进，发电效率约36～45%，相对于BTG机组23～30%的发电效率，高出近20～50%。各方案的热效率见表2。

表2 各方案效率比较表

可以看出，采用CCPP的推荐方案和方案A总效率明显高于采用BTG的方案B和方案C，而方案C因为电动鼓风机组的影响而低于方案B。

3.3 灵活性

由四个方案的不同配置，可以看出：方案A单机容量大，没有备用容量，一旦某台燃气轮机故障停机，将导致煤气大量放散。推荐方案充分考虑了机组调配的灵活性，同时留有一定备用容量，当某台主机故障时可有效调节波动，做到煤气和蒸汽不放散。方案B、C机组调配也较灵活，但备用容量有效，当某台主机故障时，煤气有少量放散。

3.4 运行成本与收益

运行主要成本在于原燃料价格 （即煤气价格和电价），其直接影响整个项目的经济性。根据常规的原燃料条件，各方案主要技术经济指标如表3～5。

表3 发电机组主要技术经济指标表

表4 鼓风机组主要技术经济指标表

从年总利润来看：方案A最优，依次是推荐方案、方案B、方案C；从投资回收期来看：推荐方案与方案A、方案B差别不大，方案C最长。

3.5 结论

综上分析，推荐方案具有利用效率高、配置灵活、运行可靠、煤气不放散、投资适中的特点，相对于A、B、C三个方案具有明显的优势。

表5 主要经济指标表

4 项目推广

（1）新建钢铁企业应优先考虑带燃气轮机的热电鼓风；

（2）现有钢铁企业可根据实际情况逐步淘汰小锅炉，采用燃气轮机+余热锅炉替换常规的燃气锅炉，保留较新的汽轮发电机组。

5 结论与展望

在钢铁企业采用燃气轮机的热电鼓风站具有以下优点：

（1）采用燃气轮机、燃气锅炉、汽动鼓风相结合的煤气综合利用方式，既能保障高炉的可靠供风，又能高效利用煤气发电，对煤气波动的适应性强。

（2）汽轮发电机组选型考虑一定富余，即能满足拖动鼓风机蒸汽量波动的要求，又能作为主机故障备用的容量，可有效消耗富余煤气，基本可以做到煤气无放散。

（3）采用汽动鼓风可以大量节省电力消耗，减少外购电量且不受电力调度、市场波动等因素的冲击，增强了企业抗能源市场涨价的能力。

（4）采用燃气轮机与汽动鼓风相结合的方式，可以有效提高煤气资源综合利用率，同时减少NOX和温室气体的排放。

综上所述，在资源制约和环保压力日益加大的今天，采用燃气轮机的热电鼓风站是钢铁企业合理利用剩余煤气资源、节能减排、保护及改善环境污染问题的首选方案，具有极大的市场及节能潜力，值得大力推广。

TM621

A

2095-2066（2016）15-0259-02

2016-5-10

姜 茂（1982-），男，工程师，研究生，主要从事钢铁行业工程设计及项目管理工作。