燃气—蒸汽联合循环机组在某钢厂的应用研究

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摘 要：本文阐述了CCPP燃气-蒸汽联合循环机组在某钢铁厂利用的高效性和必要性，并针对现有富余煤气状况，对机组做了选型方案的比较。

关键词：CCPP；燃气-蒸汽联合循环；高炉煤气；高效

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.056

1 概述

近几年全国钢铁行业产能过剩，效益下滑。钢铁企业只有通过节能改造，降低能耗，提高产品竞争力，扩大发展空间。在钢铁主业面临市场激烈竞争情况下，煤气发电给钢铁公司贡献较好利润。

1.1 CCPP机组可更高效地利用高炉煤气

CCPP燃气-蒸汽联合循环机组额定工况发电效率可以达到45%，较常规BTG机组高出约50%。采用世界先进的燃低热值燃料（高炉、转炉混合煤气）的燃气-蒸汽联合循环发电技术，具有效率高、水耗少、充分利用煤气等二次能源的优点，符合国家当前鼓励推广的循环经济政策，是国家重点鼓励推广的钢铁产业节能技术。CCPP燃气-蒸汽联合循环机组建成后，可以更大地提高企业的效益。

1.2 CCPP机组可提高环保效益

额定发电功率154MW的CCPP燃气-蒸汽联合循环机组：

（1）高炉煤气进入燃机前通过电除尘器预净化，每年减排19.1吨粉尘。

（2）相比常规BTG机组，每年多发电3.4亿kWh，折合每年减排9.17万吨粉尘、33.7万吨CO2、1.01万吨SO2、0.56万吨NOX。

2 机组选型与方案比较

2.1 装机方案选择的原则

CCPP燃气-蒸汽联合循环机组属环保节能型能源综合利用项目，装机方案选择的原则是：

（1）以气定电，最大可能地利用富余的煤气，以减少污染和浪费，降低成本，提高效益；

（2）根据燃料的特点来选择成熟可靠的机组，确保电厂安全运行；

（3）选择高效率的机组，实现能源的最高效的利用，创造最佳经济效益；

（4）减少氮氧化物等有害气体的排放，以减少对周边地区的大气环境污染。

2.2 机组选型

用煤气来发电一般有两种方式，一种是常规（BTG）火力发电厂，另一种是燃气-蒸汽联合循环发电厂（简称CCPP）。目前，国内大多数钢铁厂都是将剩余的高、转炉煤气作为煤气锅炉的燃料，由锅炉产生蒸汽，再送给汽轮发电机组发电，即常规火力发电厂。这种常规火力发电厂在技术上已经很成熟，可靠性也很高，但其效率只能达到30%左右。

随着燃气轮机技术的不断进步，以燃烧低热值煤气的燃气-蒸汽联合循环发电机组得到了迅猛的发展，在国内外均有很多的成功业绩，技术上日趋成熟。目前，国内多家钢厂均已建设投产了CCPP发电机组。

CCPP与常规火力发电厂比较具有以下诸多优点：

（1）电厂热效率高。常规火力发电厂一般只有30%左右，而CCPP可达45%左右，这对我们这样一个能源紧缺的国家来说尤为重要。

（2）占地、用水少。CCPP所发电的大部分是由燃气轮机完成的，约占三分之二，剩下的三分之一由蒸汽轮机完成，机组布置紧凑，循环水量少。

（3）厂自用电率低。常规高炉煤气火力发电厂一般需7%左右，而CCPP只要3%左右。

（4）自动化程度高，运行管理人员少。

2.3 燃机选择方案比较

国际上燃机供应商主要有GE、SIMENS、MHI、ALSTOM等，其中日本三菱（MHI）公司在低热值CCPP机组上技术领先，市场占有率高，以下按三菱燃机考虑。

三菱9E级低热值燃机有：

M701SDA、M701S（DA）X和M701SLDA三个型号。其中：

（1）该钢厂现有的一台CCPP机组为M701SDA机型，额定功率150MW。该机型为基本型，设计环境温度 15℃。该钢厂所处地区冬冷夏热，在夏季环境温度较高时不能达到额定功率150MW，只能发135MW。额定燃料热值为1050kCal/Nm3，全燃高炉煤气（热值约860kCal/Nm3）时，发电功率约120MW。在夏季全燃高炉煤气时只能发95～100MW。

（2）M701S（DA）X是改进型，主要增大了煤气压缩机、空气压缩机容量，燃机除燃烧器稍作改进外，其他部分没有变化。

（3）M701SLDA是升级型，不但增大了煤气压缩机、空气压缩机的容量，同时也增大了汽轮机、发电机的容量，燃机除燃烧器稍作改进外，其他部分没有变化。

经过改进的M701S（DA）X和M701SLDA更贴近中国钢铁企业的需求（煤气热值低、环境温度高），在纯高炉煤气条件下可以长期在额定负荷稳定运行。

结合该钢厂现有煤气资源、电力系统条件，比较三种机组的适应性，推荐三菱公司 M701S（DA）X机型。

2.4 M701S（DA）X主要设备型号及技术数据

（1）M701S（DA）X燃气-蒸汽联合循环发电机组（进口）：1套

包括煤气压缩机、蒸汽轮机、空气压缩机、发电机及燃气轮机，一轴式布置 （表1）。

蒸汽轮机、空气压缩机、发电机及燃气轮机采用同一轴系，煤气压缩机通过一变速箱与蒸汽轮机相连，以上设备均安装在一共用底板上。

（下转第55页）（上接第62页）

（2）余热锅炉（国产）：1台，余热锅炉采用双压自然循环，卧式室外布置（表2）。

（3）主要辅助设备

进口部分：CCPP机组配套（表3）。

国产部分：（表4）

4 结论

综合所述，燃气-蒸汽联合循环机组可以更高效地利用该钢厂富余的高炉煤气，最大限度地实现资源的综合利用，减少煤气的放散对环境造成的污染，并为该钢厂提供用电保证，提高企业的经济效益的同时也起到了改善环境的作用。针对该钢厂现有煤气状况，通过新上一台M701S（DA）X燃气-蒸汽联合循环发电机组来高效利用高炉煤气发电的方式是十分必要的。

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