某钢厂高炉煤气发电改造方案研究

嵇迎梅

某钢厂高炉煤气发电改造方案研究

嵇迎梅

（金通灵科技集团股份有限公司，江苏 南通 226000）

在高炉煤气的利用方面，较好的方法是选择高效的燃气轮机联合循环发电。基于某省工业园区中钢厂拥有的多座中温中压及次高温次高压参数燃气锅炉发电机组，热效率较低，综合自发电率仅为36%，且尚有部分煤气存在放散情况。提出了新建高炉煤气燃气轮机联合循环发电机组技术方案，阐述了燃气系统、热力系统、电力系统等系统内容，对新建机组进行了经济型分析，项目改造能显著提高钢厂能源的综合利用率和钢厂的综合效益。

高炉煤气；发电改造；燃气轮机；联合循环

随着钢铁市场竞争的加剧，如何高效利用高炉煤气成为各钢企关注的重点。高效利用钢铁企业高炉煤气资源，不仅可以提高企业利润，而且可以降低区域环境污染。

长期以来，钢铁企业对高炉煤气资源使用大多采用锅炉燃烧方式（蒸汽参数多选择中温中压）将煤气化学能转化为电力，由于该种方式多了锅炉换热环节，使得煤气的化学能利用效率低下。在高炉煤气的利用方面，较好的方法是选择高效的燃气轮机联合循环发电。

1 项目背景

该项目位于某省工业园区中，目前具备2×180 m2烧结机、2×1 780 m3高炉、2×120 t转炉等装备，具有年产约400万吨钢、400万吨材的生产能力。该厂为积极响应国家产业结构优化升级的要求，在分公司老厂区内拆除了现有的小高炉、小转炉和小烧结机等能耗高的设备，产生的高炉煤气、转炉煤气除供炼铁热风炉、汽动鼓风机站和喷煤自用以及棒、线材轧钢车间加热炉使用外，目前剩余部分高炉煤气和转炉煤气。该工程建设技术方案为新建一套高炉煤气燃气轮机联合循环发电机组，发电容量为51 MW，其中燃气轮机发电容量为28.5 MW，汽轮机发电容量为22 MW。现有中温中压余热发电机组进行利旧，发电容量暂按25 MW评估。

2 技术方案

该发电改造工程由燃气轮机、高炉煤气压缩机、燃机发电机、余热锅炉、汽轮机、汽轮发电机等主机模块组成，燃料使用高炉煤气，焦炉煤气作为点火及煤气热值过低时的增热辅助燃料。

高炉煤气经过煤气混合器、湿式电除尘器后进入煤气压缩机加压，加压后的煤气送入燃烧室，与压气机加压后进入燃烧室的空气混合燃烧，烟气在燃气轮机膨胀做功，通过齿轮系统驱动发电机，将机械能转换为电能输出。送入燃机的煤气通过煤气旁路上的流量调节阀控制，实现燃机负荷调节（0%～100%负荷无级调节），旁路的高温煤气经过直接冷却式的煤气冷却器冷却后回到主煤气管道。燃气轮机排出的废热烟气通过余热锅炉产生次高温次高压及低压的蒸汽，利用汽轮机发电，实现联合循环发电。

3 燃气系统

燃气系统主要包含焦炉煤气净化及压缩、高炉煤气喷雾冷却降温设施、高炉煤气、焦炉煤气、氮气供应。

燃气-蒸汽联合循环发电机组使用高炉煤气作为主燃料。低热值的主燃料高炉煤气（BFG）经过电动蝶阀、全封闭电动插板阀、煤气喷雾冷却装置、煤气混合器、氮气混合器、湿式电除尘器（再净化）、送入燃机的主煤气压缩机升压后进入燃机燃烧室，主燃烧器与空气混合燃烧。

厂区传输的焦炉煤气分成两路，一路用于主燃料高炉煤气增热，另一路用于燃机燃烧器值班点火稳燃用。

焦炉煤气（COG）含有较多有害杂质（硫化氢、奈、焦油、苯等），当焦炉煤气用于燃机燃烧器值班时，需要净化处理，净化采用吸附方式，对焦炉煤气进行分离净化，将上述有害杂质降至合理水平。净化后的值班焦炉煤气经压缩机加压后，再经流量控制阀及隔离阀再送入燃机燃料喷嘴值班燃烧。当燃气轮机启动或者部分负荷时，利用值班COG流量控制阀来控制值班COG流量，使燃烧稳定。燃气轮机并网以后根据运行条件，值班COG可以自动切换到零值班模式运行，实现焦炉煤气零消耗。

主煤气压缩机出口设有旁通管路，当机组启动或低负荷调节时，可将煤气压缩机出口部分煤气经旁通阀、直冷式煤气冷却器减温减压后送入湿式电除尘器进口形成煤气再循环，避免了煤气放散，保证了煤气压缩机安全稳定运转。

4 热力系统

热力系统主要包括燃机本体（包含燃机、高炉煤气压缩机、空气压缩机、启动装置）、余热锅炉、汽轮机、热力管道等。主燃煤气压缩机（由燃机驱动）升压后进入燃机燃烧室主燃烧器与空气混合燃烧。

为了保障燃气轮机启动时燃烧室点火成功及可靠，设有高热值辅助燃料供给系统。焦炉煤气经电动蝶阀、电动插板阀、精制系统，压缩机、流量控制阀以及隔离阀送入燃机燃烧室值班燃烧器燃烧，确保燃烧室安全稳定工作。系统在满足条件时能自动切换至零值班模式运行，实现焦炉煤气零消耗。

为了确保燃烧室高炉煤气稳定燃烧，还配置有热值调整用COG、N2供给系统。焦炉煤气经煤气加压机、煤气控制阀送入煤气混合器，N2经调节阀送入氮气混合器，以调整主燃料热值，提高机组运行的可靠性。

主燃煤气压缩机出口设有旁通管路，当机组启动或低负荷调节时，可将压缩机出口部分煤气经旁通阀、直冷式煤气冷却器后送入湿式电除尘器进口形成煤气再循环，避免了煤气放散，保证了煤气压缩机的安全稳定运转。

空气进气系统压气机与燃气轮机同轴，进气系统设有一套自洁式空气进口过滤消音装置。过滤装置具有过滤、防水、防杂质进入的功能，并配有反冲清吹装置，不考虑进气冷却装置。

气体燃料供应系统的设备、阀门管件和管道还附设有N2及辅助蒸汽密封、吹扫管线。

燃气轮机轴向排气进入余热锅炉，余热锅炉采用带紧身封闭，次高温次高压等级，双压形式，余热锅炉产生的次高压和低压蒸汽进入凝汽补汽汽轮机，膨胀做功。

5 电站经济技术分析

改造前的多座中温中压及次高温次高压参数燃气锅炉发电机组热效率较低，综合自发电率仅为36%，且尚有部分煤气存在放散，与国内同行业相比经济效益较差。新建燃气-蒸汽联合循环发电站工程总造价约2.5亿元，机组发电容量为51 MW，按年利用8 000 h测算，年外供发电量约4亿千瓦时/年，供电销售收入约2.36亿元，利润总额2.134亿元/年，投资回收期仅需1.47年，如表1所示。

表1 新建燃气-蒸汽联合循环发电站工程情况

序号项目单位数值 1容量MW51 2年发电利用时间h8 000 3发电量亿千瓦时/年4.08 4年外供电量亿千瓦时/年3.937 5工程投资造价亿元2.5 6供电销售收入万元/年23 623 7总成本费用万元/年2 278 8税前利润总额亿元/年2.134 9投资回收期（未计煤气成本）年1.47

6 结论

高炉煤气发电改造是国家鼓励发展的通用节能技术，符合国家的节能减排政策，不仅能帮助节能降耗、提升能源综合利用水平，更能创造可观的经济效益，能显著提高钢厂能源的综合利用率和钢厂的综合效益。

［1］娄马宝.低热值气体燃料（包括高炉煤气）的利用［J］.燃气轮机技术，2000（3）：16-18.

［2］刘文和，杨若仪.低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用［J］.燃气轮机技术，2004（1）：21-25.

［3］彭华玉，杨定斌.燃气-蒸汽联合循环发电在涟钢的应用及效果［J］.金属材料与冶金工程，2009（1）：46-49.

［4］宋思远.杨锐M251S型燃气轮机工程计算及经济性分析［J］.机电工程，2009（8）：9-12.

TK472

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.056

2095－6835（2020）09－0132－01

嵇迎梅，女，工程师，主要从事动力工程技术研究。

〔编辑：张思楠〕