凌钢高温超高压高炉煤气发电机组的应用与分析

张艳珍,刘上源

(凌源钢铁集团有限责任公司能源环保部，辽宁 凌源 122500)

0 引言

钢铁企业的副产煤气，是重要的二次能源，占企业总能耗的30%～40%[1-3]。煤气主要应用于各工序炉窑及发电，煤气的有效利用，可降低企业能耗和外购电成本，还可以减少煤气放散造成的环境污染，具有良好的经济效益和社会效益[4-6]。目前煤气发电主要有2种技术：一种是燃气蒸汽联合循环发电技术(CCPP)，另一种是煤气燃烧锅炉配蒸汽轮机发电技术。

CCPP发电技术工作原理是高压空气与煤气在燃烧室混合燃烧，产生的高温高压燃气进入燃气透平机组膨胀做功，带动燃气发电机组进行发电，做功后的高温排气进入余热锅炉，产生蒸汽进入蒸汽轮机做功，带动发电机组发电[7-9]。煤气燃烧锅炉配蒸汽轮机发电技术工作原理是煤气在锅炉中燃烧，产生的蒸汽送汽轮机，汽轮机带动发电机转动进行发电[10-12]。

本文主要介绍高效机组的选型分析及高温超高压高炉煤气发电机组在凌钢的应用情况。

1 发电机组的选型

1.1 发电机组的选择背景

2012年底凌钢的生产能力已达到600万t/a的规模，随着生产能力的增加，高炉、炼钢冶炼产生的富余煤气也相应增加，此时凌钢已配备的煤气发电机组分别为：4台40 t/h中温中压锅炉，配备3台6 MW抽凝式汽轮发电机组，2台75 t/h中温中压锅炉，配备2台12 MW抽凝式汽轮发电机组，2台110 t/h次高温次高压锅炉，配备2台25 MW抽凝式汽轮发电机组。在保证生产和机组全部满发前提下，高炉煤气仍有较多剩余，为满足企业持续发展的需要，高效利用富余煤气，凌钢决定新建高效发电机组，实现提质增效，降低生产成本。

1.2 高效发电机组的选型分析

新建高效发电机组的选型主要考虑机组与富余煤气量的匹配性，消耗富余煤气能力要大于放散量，同时要能够消耗因企业调整生产结构及煤气用户检修等增加的煤气量。

新建高效发电机组前凌钢高炉煤气平衡情况见表1。

表1 高炉煤气平衡表(平均值)/万Nm3·h-1

从表1可看出，现有锅炉使用高炉煤气33.5万Nm3/h，富余高炉煤气7.7万Nm3/h，现有锅炉还消耗转炉煤气4.7万Nm3/h，折合高炉煤气7.9万Nm3/h，合计煤气发电机组可使用高炉煤气49.1万Nm3/h。

根据可供煤气发电机组的煤气量，高效机组选型时，主要考虑高温超高压发电机组和CCPP小型机组，两种类型机组的比对见表2。

表2 两种类型机组优缺点比对

经过充分比对论证，CCPP机组负荷变化对效率影响极大，要求稳定在最佳经济负荷运行，煤气质量要求严格，且核心设备主要依赖进口，系统复杂，投资高；高温超高压煤气发电机组对煤气负荷变化、煤气质量要求相对更宽限一些，运行稳定，且维修费用低，投资比CCPP机组低，更符合凌钢的实际需求，因此凌钢选择应用高温超高压煤气发电机组。

2015年，凌钢新建两套高温超高压煤气发电机组，分别是220 t/h高温超高压煤气锅炉配70 MW发电机组和265 t/h高温超高压煤气锅炉配85 MW发电机组。

2 高温超高压煤气发电机组的工艺流程及技术参数

2.1 燃料系统

发电机组设计工况燃料采用高炉煤气，锅炉点火燃料采用焦炉煤气，高炉煤气平均发热量3 142 kJ/Nm3，焦炉煤气平均发热量17 381 kJ/Nm3。

表3 煤气成分及特性表

2.2 主要工艺流程

高炉煤气由厂区煤气管网经煤气加热器送到锅炉燃烧器，空气由送风机加压经空气预热器加热后送到燃烧器，煤气和热风在烧嘴口混合燃烧后喷入炉膛进行燃烧，燃烧生成的高温烟气通过各受热面后经引风机升压送至烟囱排出。主蒸汽送至汽轮机高压缸做功，高压缸排汽送至锅炉低温再热器，经高温再热器，送至汽轮机中压缸做功。除盐水送至除氧器作为锅炉给水的补充水源，凝结水由凝结水泵经1#～3#低压加热器送至除氧器，除氧后的给水由给水泵经1#～2#高压加热器送至主省煤器、旁路省煤器再次加热后送至汽包。

主要工艺流程见图1。

图1 主要工艺流程图

2.3 主要技术参数

表4 主要技术参数(设计值)

3 高温超高压机组运行情况

3.1 新建机组投产后发电机组的运行模式

两台高温超高压发电机组于2015年底建成投产，投产后煤气发电机组运行模式：新建的两台高温超高压机组满负荷运行，一台110 t/h锅炉及配套机组作为在线负荷调整，另一台110 t/h锅炉和两台75 t/h锅炉及其配套机组作为生产系统检修和锅炉、机组检修时备机，停运四台40 t/h中温中压锅炉及配套6 MW发电机组，煤气实现了零放散。

3.2 新建机组投产前、后发电机组煤气发电单耗比对

高温超高压机组建设前、后，发电机组的煤气单耗见表5。

表5 发电机组煤气单耗

3.3 新建机组投产前、后发电机组发电量比对

高温超高压机组建设前、后，富余煤气发电量见表6。

表6 煤气发电机组发电量

在主体装备不变，铁钢产能不增加，富余煤气量不变的条件下，通过建设高温超高压发电机组，煤气发电单耗降低，机组效率提高，年增加发电量5.3～6.2亿kWh，增加50%左右。

4 结论

(1)钢铁企业煤气发电机组进行升级改造，必须要做好煤气平衡，并且选配的机组要有一定富余，以便企业技术进步，生产用户煤气节约，供锅炉用煤气量增加，能够全部消耗掉。

(2)高温超高压煤气发电机组，技术成熟，运行稳定，相对高温高压、次高温次高压机组有优势，应进行推广。

(3)钢铁企业煤气零放散，利用富余煤气配置高效发电机组，企业自发电比例明显提高，外购电量减少，降低生产成本，提高企业竞争力。