某鋼廠高爐煤氣發(fā)電改造方案研究

嵇迎梅

某鋼廠高爐煤氣發(fā)電改造方案研究

嵇迎梅

（金通靈科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南通 226000）

在高爐煤氣的利用方面，較好的方法是選擇高效的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。基于某省工業(yè)園區(qū)中鋼廠擁有的多座中溫中壓及次高溫次高壓參數(shù)燃?xì)忮仩t發(fā)電機(jī)組，熱效率較低，綜合自發(fā)電率僅為36%，且尚有部分煤氣存在放散情況。提出了新建高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組技術(shù)方案，闡述了燃?xì)庀到y(tǒng)、熱力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等系統(tǒng)內(nèi)容，對新建機(jī)組進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)型分析，項(xiàng)目改造能顯著提高鋼廠能源的綜合利用率和鋼廠的綜合效益。

高爐煤氣；發(fā)電改造；燃?xì)廨啓C(jī)；聯(lián)合循環(huán)

隨著鋼鐵市場競爭的加劇，如何高效利用高爐煤氣成為各鋼企關(guān)注的重點(diǎn)。高效利用鋼鐵企業(yè)高爐煤氣資源，不僅可以提高企業(yè)利潤，而且可以降低區(qū)域環(huán)境污染。

長期以來，鋼鐵企業(yè)對高爐煤氣資源使用大多采用鍋爐燃燒方式（蒸汽參數(shù)多選擇中溫中壓）將煤氣化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電力，由于該種方式多了鍋爐換熱環(huán)節(jié)，使得煤氣的化學(xué)能利用效率低下。在高爐煤氣的利用方面，較好的方法是選擇高效的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

1 項(xiàng)目背景

該項(xiàng)目位于某省工業(yè)園區(qū)中，目前具備2×180 m2燒結(jié)機(jī)、2×1 780 m3高爐、2×120 t轉(zhuǎn)爐等裝備，具有年產(chǎn)約400萬噸鋼、400萬噸材的生產(chǎn)能力。該廠為積極響應(yīng)國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級的要求，在分公司老廠區(qū)內(nèi)拆除了現(xiàn)有的小高爐、小轉(zhuǎn)爐和小燒結(jié)機(jī)等能耗高的設(shè)備，產(chǎn)生的高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣除供煉鐵熱風(fēng)爐、汽動鼓風(fēng)機(jī)站和噴煤自用以及棒、線材軋鋼車間加熱爐使用外，目前剩余部分高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣。該工程建設(shè)技術(shù)方案為新建一套高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，發(fā)電容量為51 MW，其中燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電容量為28.5 MW，汽輪機(jī)發(fā)電容量為22 MW?，F(xiàn)有中溫中壓余熱發(fā)電機(jī)組進(jìn)行利舊，發(fā)電容量暫按25 MW評估。

2 技術(shù)方案

該發(fā)電改造工程由燃?xì)廨啓C(jī)、高爐煤氣壓縮機(jī)、燃機(jī)發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)等主機(jī)模塊組成，燃料使用高爐煤氣，焦?fàn)t煤氣作為點(diǎn)火及煤氣熱值過低時(shí)的增熱輔助燃料。

高爐煤氣經(jīng)過煤氣混合器、濕式電除塵器后進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)加壓，加壓后的煤氣送入燃燒室，與壓氣機(jī)加壓后進(jìn)入燃燒室的空氣混合燃燒，煙氣在燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，通過齒輪系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出。送入燃機(jī)的煤氣通過煤氣旁路上的流量調(diào)節(jié)閥控制，實(shí)現(xiàn)燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)（0%～100%負(fù)荷無級調(diào)節(jié)），旁路的高溫煤氣經(jīng)過直接冷卻式的煤氣冷卻器冷卻后回到主煤氣管道。燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢熱煙氣通過余熱鍋爐產(chǎn)生次高溫次高壓及低壓的蒸汽，利用汽輪機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

3 燃?xì)庀到y(tǒng)

燃?xì)庀到y(tǒng)主要包含焦?fàn)t煤氣凈化及壓縮、高爐煤氣噴霧冷卻降溫設(shè)施、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、氮?dú)夤?yīng)。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組使用高爐煤氣作為主燃料。低熱值的主燃料高爐煤氣（BFG）經(jīng)過電動蝶閥、全封閉電動插板閥、煤氣噴霧冷卻裝置、煤氣混合器、氮?dú)饣旌掀?、濕式電除塵器（再凈化）、送入燃機(jī)的主煤氣壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入燃機(jī)燃燒室，主燃燒器與空氣混合燃燒。

廠區(qū)傳輸?shù)慕範(fàn)t煤氣分成兩路，一路用于主燃料高爐煤氣增熱，另一路用于燃機(jī)燃燒器值班點(diǎn)火穩(wěn)燃用。

焦?fàn)t煤氣（COG）含有較多有害雜質(zhì)（硫化氫、奈、焦油、苯等），當(dāng)焦?fàn)t煤氣用于燃機(jī)燃燒器值班時(shí)，需要凈化處理，凈化采用吸附方式，對焦?fàn)t煤氣進(jìn)行分離凈化，將上述有害雜質(zhì)降至合理水平。凈化后的值班焦?fàn)t煤氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓后，再經(jīng)流量控制閥及隔離閥再送入燃機(jī)燃料噴嘴值班燃燒。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)啟動或者部分負(fù)荷時(shí)，利用值班COG流量控制閥來控制值班COG流量，使燃燒穩(wěn)定。燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)以后根據(jù)運(yùn)行條件，值班COG可以自動切換到零值班模式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣零消耗。

主煤氣壓縮機(jī)出口設(shè)有旁通管路，當(dāng)機(jī)組啟動或低負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，可將煤氣壓縮機(jī)出口部分煤氣經(jīng)旁通閥、直冷式煤氣冷卻器減溫減壓后送入濕式電除塵器進(jìn)口形成煤氣再循環(huán)，避免了煤氣放散，保證了煤氣壓縮機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 熱力系統(tǒng)

熱力系統(tǒng)主要包括燃機(jī)本體（包含燃機(jī)、高爐煤氣壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)、啟動裝置）、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、熱力管道等。主燃煤氣壓縮機(jī)（由燃機(jī)驅(qū)動）升壓后進(jìn)入燃機(jī)燃燒室主燃燒器與空氣混合燃燒。

為了保障燃?xì)廨啓C(jī)啟動時(shí)燃燒室點(diǎn)火成功及可靠，設(shè)有高熱值輔助燃料供給系統(tǒng)。焦?fàn)t煤氣經(jīng)電動蝶閥、電動插板閥、精制系統(tǒng)，壓縮機(jī)、流量控制閥以及隔離閥送入燃機(jī)燃燒室值班燃燒器燃燒，確保燃燒室安全穩(wěn)定工作。系統(tǒng)在滿足條件時(shí)能自動切換至零值班模式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)焦?fàn)t煤氣零消耗。

為了確保燃燒室高爐煤氣穩(wěn)定燃燒，還配置有熱值調(diào)整用COG、N2供給系統(tǒng)。焦?fàn)t煤氣經(jīng)煤氣加壓機(jī)、煤氣控制閥送入煤氣混合器，N2經(jīng)調(diào)節(jié)閥送入氮?dú)饣旌掀?，以調(diào)整主燃料熱值，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

主燃煤氣壓縮機(jī)出口設(shè)有旁通管路，當(dāng)機(jī)組啟動或低負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，可將壓縮機(jī)出口部分煤氣經(jīng)旁通閥、直冷式煤氣冷卻器后送入濕式電除塵器進(jìn)口形成煤氣再循環(huán)，避免了煤氣放散，保證了煤氣壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

空氣進(jìn)氣系統(tǒng)壓氣機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)同軸，進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)有一套自潔式空氣進(jìn)口過濾消音裝置。過濾裝置具有過濾、防水、防雜質(zhì)進(jìn)入的功能，并配有反沖清吹裝置，不考慮進(jìn)氣冷卻裝置。

氣體燃料供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備、閥門管件和管道還附設(shè)有N2及輔助蒸汽密封、吹掃管線。

燃?xì)廨啓C(jī)軸向排氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐采用帶緊身封閉，次高溫次高壓等級，雙壓形式，余熱鍋爐產(chǎn)生的次高壓和低壓蒸汽進(jìn)入凝汽補(bǔ)汽汽輪機(jī)，膨脹做功。

5 電站經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

改造前的多座中溫中壓及次高溫次高壓參數(shù)燃?xì)忮仩t發(fā)電機(jī)組熱效率較低，綜合自發(fā)電率僅為36%，且尚有部分煤氣存在放散，與國內(nèi)同行業(yè)相比經(jīng)濟(jì)效益較差。新建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站工程總造價(jià)約2.5億元，機(jī)組發(fā)電容量為51 MW，按年利用8 000 h測算，年外供發(fā)電量約4億千瓦時(shí)/年，供電銷售收入約2.36億元，利潤總額2.134億元/年，投資回收期僅需1.47年，如表1所示。

表1 新建燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站工程情況

序號項(xiàng)目單位數(shù)值 1容量MW51 2年發(fā)電利用時(shí)間h8 000 3發(fā)電量億千瓦時(shí)/年4.08 4年外供電量億千瓦時(shí)/年3.937 5工程投資造價(jià)億元2.5 6供電銷售收入萬元/年23 623 7總成本費(fèi)用萬元/年2 278 8稅前利潤總額億元/年2.134 9投資回收期（未計(jì)煤氣成本）年1.47

6 結(jié)論

高爐煤氣發(fā)電改造是國家鼓勵發(fā)展的通用節(jié)能技術(shù)，符合國家的節(jié)能減排政策，不僅能幫助節(jié)能降耗、提升能源綜合利用水平，更能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，能顯著提高鋼廠能源的綜合利用率和鋼廠的綜合效益。

［1］婁馬寶.低熱值氣體燃料（包括高爐煤氣）的利用［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2000（3）：16-18.

［2］劉文和，楊若儀.低熱值煤氣燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在鋼鐵廠的應(yīng)用［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2004（1）：21-25.

［3］彭華玉，楊定斌.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在漣鋼的應(yīng)用及效果［J］.金屬材料與冶金工程，2009（1）：46-49.

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TK472

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.056

2095－6835（2020）09－0132－01

嵇迎梅，女，工程師，主要從事動力工程技術(shù)研究。

〔編輯：張思楠〕