采用燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)站在鋼鐵廠的應(yīng)用探索

姜 茂（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶市渝北區(qū)401122）

采用燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)站在鋼鐵廠的應(yīng)用探索

姜 茂（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶市渝北區(qū)401122）

采用燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)機(jī)組配置，在充分利用煤氣、拖動機(jī)組安全性保障、調(diào)節(jié)煤氣波動、系統(tǒng)整體熱效率以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面，具有優(yōu)勢，具備推廣前景。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）；汽動鼓風(fēng)；電動鼓風(fēng)

1 剩余煤氣利用方式

如何高效的回收鋼鐵企業(yè)剩余煤氣資源，是一項(xiàng)重要的研究課題。國內(nèi)企業(yè)主要是在滿足工藝生產(chǎn)需求后，將剩余煤氣用于燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽發(fā)電（BTG）或拖動鼓風(fēng)機(jī)等大型轉(zhuǎn)動設(shè)備。而燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）作為一項(xiàng)高效的回收利用剩余煤氣的技術(shù)，越來越受到各大鋼鐵企業(yè)的青睞。

目前高爐鼓風(fēng)的主要配置模式有：

（1）配置方案A：CCPP+電動鼓風(fēng)；

（2）配置方案B：BTG+汽動鼓風(fēng)，即為熱電鼓風(fēng)；

（3）配置方案C：BTG+電動鼓風(fēng)。

較常規(guī)發(fā)電效率更高的CCPP，與較電動鼓風(fēng)更節(jié)能的汽動鼓風(fēng)的搭配，擁有更好的節(jié)能潛力，還鮮有運(yùn)用。在當(dāng)前市場及節(jié)能減排壓力下，CCPP+汽動鼓風(fēng)的配置方案比以往更具有推廣的市場潛力。

2 采用CCPP與汽動鼓風(fēng)配置案例分析

現(xiàn)以某600萬t鋼鐵企業(yè)為例，從機(jī)組配置、運(yùn)行調(diào)控、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等方面詳述燃?xì)廨啓C(jī)在熱電鼓風(fēng)站中應(yīng)用分析。全廠剩余煤氣折合高爐煤氣約70×104Nm3/h（熱值3260kJ/ Nm3/h），高爐按3座2500m3考慮，高爐鼓風(fēng)機(jī)正常消耗功率約24000kW、最大消耗功率約34000kW。

2.1 機(jī)組配置

熱電鼓風(fēng)站的CCPP+汽動鼓風(fēng)的配置方案如下：

選用額定功率28.5MW的燃?xì)廨啓C(jī)4套，80t/h中溫中壓余熱鍋爐 4臺，160t/h中溫中壓燃?xì)忮仩t 2臺，額定功率34000kW的汽動鼓風(fēng)機(jī)組3套，額定功率24000kW的電動鼓風(fēng)機(jī)組1套（滿足啟動和備用），25MW汽輪發(fā)電機(jī)組3套。

蒸汽按母管制設(shè)置，確保鼓風(fēng)和發(fā)電機(jī)組間的蒸汽調(diào)配。

2.2 機(jī)組運(yùn)行

2.2.1 系統(tǒng)啟動

整個高爐系統(tǒng)以電動鼓風(fēng)機(jī)為啟動風(fēng)機(jī)，按照電動鼓風(fēng)機(jī)-高爐-燃?xì)忮仩t/燃?xì)廨啓C(jī)-余熱鍋爐-汽動鼓風(fēng)機(jī)組/汽輪發(fā)電機(jī)組的順序依次啟動。

圖1

2.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行

（1）介質(zhì)平衡

正常生產(chǎn)條件下，CCPP+汽動鼓風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行有兩種工況，即正常工況和調(diào)休工況：正常工況為4套燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐正常運(yùn)行，2套燃?xì)忮仩t約50%負(fù)荷運(yùn)行或1套燃?xì)忮仩t約100%負(fù)荷運(yùn)行，3套汽動鼓風(fēng)機(jī)組正常運(yùn)行；調(diào)休工況為3套燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐正常運(yùn)行，1套燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐停運(yùn)，2套燃?xì)忮仩t約85%負(fù)荷運(yùn)行，3套汽動鼓風(fēng)機(jī)組正常運(yùn)行。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行分析

①煤氣平衡分析

系統(tǒng)正常條件下，4套燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐運(yùn)行，2套燃?xì)忮仩t約50%負(fù)荷運(yùn)行或1套燃?xì)忮仩t約100%負(fù)荷運(yùn)行，煤氣放散率為0。

當(dāng)1套燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐故障或檢修時，2臺燃?xì)忮仩t均以約85%的負(fù)荷運(yùn)行，煤氣放散率為0。

當(dāng)1臺燃?xì)忮仩t故障或檢修、其余設(shè)備均正常運(yùn)行時，煤氣放散率為0。

②蒸汽平衡分析

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，余熱鍋爐及燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽量為493t/h，在保障汽動鼓風(fēng)機(jī)用汽后，可供發(fā)電的蒸汽量為103～241t/h，可發(fā)電26.5～62MW。

當(dāng)1套燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐檢修、停運(yùn)時，蒸汽產(chǎn)量將增加至544t/h，可供發(fā)電蒸汽154～292t/h，可發(fā)電39.5～75MW。

3 采用燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)站優(yōu)勢

根據(jù)剩余煤氣量，擬定了幾個不同的配置方案，見表1。

表1 配置方案比較表

3.1 可靠性

CCPP+汽動鼓風(fēng)配置方案的關(guān)鍵在于保障汽動鼓風(fēng)機(jī)組蒸汽供應(yīng)的可靠性。隨著用戶運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的增加和操作水平的提高，燃?xì)廨啓C(jī)可靠性高的優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)。漣鋼M251S機(jī)組在2007年4月～2010年4月間累計(jì)運(yùn)行超過24230h，平均每年8076h。馬鋼M701D機(jī)組曾創(chuàng)下連續(xù)33個月無故障停機(jī)的國內(nèi)記錄，其2011年連續(xù)運(yùn)行8636h。

按上述推薦方案，在設(shè)置多套CCPP的電廠中，燃?xì)廨啓C(jī)及余熱鍋爐的運(yùn)行及外供蒸汽的可靠性將更高。同時設(shè)置常規(guī)燃?xì)忮仩t，使蒸汽的供應(yīng)更加有保障。

3.2 高效性

CCPP機(jī)組技術(shù)先進(jìn)，發(fā)電效率約36～45%，相對于BTG機(jī)組23～30%的發(fā)電效率，高出近20～50%。各方案的熱效率見表2。

表2 各方案效率比較表

可以看出，采用CCPP的推薦方案和方案A總效率明顯高于采用BTG的方案B和方案C，而方案C因?yàn)殡妱庸娘L(fēng)機(jī)組的影響而低于方案B。

3.3 靈活性

由四個方案的不同配置，可以看出：方案A單機(jī)容量大，沒有備用容量，一旦某臺燃?xì)廨啓C(jī)故障停機(jī)，將導(dǎo)致煤氣大量放散。推薦方案充分考慮了機(jī)組調(diào)配的靈活性，同時留有一定備用容量，當(dāng)某臺主機(jī)故障時可有效調(diào)節(jié)波動，做到煤氣和蒸汽不放散。方案B、C機(jī)組調(diào)配也較靈活，但備用容量有效，當(dāng)某臺主機(jī)故障時，煤氣有少量放散。

3.4 運(yùn)行成本與收益

運(yùn)行主要成本在于原燃料價格 （即煤氣價格和電價），其直接影響整個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)常規(guī)的原燃料條件，各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表3～5。

表3 發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

表4 鼓風(fēng)機(jī)組主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

從年總利潤來看：方案A最優(yōu)，依次是推薦方案、方案B、方案C；從投資回收期來看：推薦方案與方案A、方案B差別不大，方案C最長。

3.5 結(jié)論

綜上分析，推薦方案具有利用效率高、配置靈活、運(yùn)行可靠、煤氣不放散、投資適中的特點(diǎn)，相對于A、B、C三個方案具有明顯的優(yōu)勢。

表5 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

4 項(xiàng)目推廣

（1）新建鋼鐵企業(yè)應(yīng)優(yōu)先考慮帶燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)；

（2）現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況逐步淘汰小鍋爐，采用燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐替換常規(guī)的燃?xì)忮仩t，保留較新的汽輪發(fā)電機(jī)組。

5 結(jié)論與展望

在鋼鐵企業(yè)采用燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)站具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t、汽動鼓風(fēng)相結(jié)合的煤氣綜合利用方式，既能保障高爐的可靠供風(fēng)，又能高效利用煤氣發(fā)電，對煤氣波動的適應(yīng)性強(qiáng)。

（2）汽輪發(fā)電機(jī)組選型考慮一定富余，即能滿足拖動鼓風(fēng)機(jī)蒸汽量波動的要求，又能作為主機(jī)故障備用的容量，可有效消耗富余煤氣，基本可以做到煤氣無放散。

（3）采用汽動鼓風(fēng)可以大量節(jié)省電力消耗，減少外購電量且不受電力調(diào)度、市場波動等因素的沖擊，增強(qiáng)了企業(yè)抗能源市場漲價的能力。

（4）采用燃?xì)廨啓C(jī)與汽動鼓風(fēng)相結(jié)合的方式，可以有效提高煤氣資源綜合利用率，同時減少NOX和溫室氣體的排放。

綜上所述，在資源制約和環(huán)保壓力日益加大的今天，采用燃?xì)廨啓C(jī)的熱電鼓風(fēng)站是鋼鐵企業(yè)合理利用剩余煤氣資源、節(jié)能減排、保護(hù)及改善環(huán)境污染問題的首選方案，具有極大的市場及節(jié)能潛力，值得大力推廣。

TM621

A

2095-2066（2016）15-0259-02

2016-5-10

姜 茂（1982-），男，工程師，研究生，主要從事鋼鐵行業(yè)工程設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理工作。