钢铁厂燃用低热值煤气燃气蒸汽联合循环发电装置探讨VIP免费

第83页共18页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第83页共18页钢铁厂燃用低热值煤气燃气—蒸汽联合循环发电装置探讨中冶集团重庆钢铁设计研究总院刘旭孙明庆[内容提要]本文着重讨论燃气—蒸汽联合循环发电装置在钢铁厂的应用，首先从钢铁厂副产煤气的波动规律入手，初步确定燃气轮机的副产煤气消耗量和剩余煤气放散量，确定联合循环发电装置燃用低热值煤气时的利用方案以及机组的配置和改造方案。[关键词]副产煤气燃气轮机单循环联合循环热电联产前言钢铁厂常常存在这样的状况：一方面低热值高炉煤气大量排放，所含能量流失和环境污染。1998年，我国生铁年产量超过1亿吨，全行业高炉煤气放散率仍达11.3%。年放散高炉煤气量200亿m3以上，年放散高炉煤气热值折合标煤达240万吨。如按标煤270元/吨计，其热量价值6.5亿元。另一方面钢铁厂又是用电大户，吨钢耗电量在500kW·h左右，钢铁厂需从电网上大量购电，由于购电费用高，钢铁产品的电力成本相当高。此外，高炉煤气的大量放散，严重污染环境。高炉煤气的主要成分是CO和N2。其中CO是无色，无味的的有毒气体。每m3高炉煤气CO的含量约为0.5kg。按现行GB3095－96《环境空气质量标准》，其三级空气质量标准规定的CO日平均浓度为6mg/m3。每m3高炉煤气足以使2万m3空气的CO含量超过三级空气质量标准，严重污染环境影响人体健康。钢铁厂燃用低热值煤气燃气-蒸汽联合循环发电装置（简称CCPP，为英文CombinedCyclePowerPlant的缩写），可回收放散的低热值煤气用于发电、供热，且热电转换效率在40－46％。具有显著的高效节能和环保效果。在钢铁厂有着广阔的前景。1997年，我国钢铁行业第一套全烧高炉煤气CCPP在宝钢建成投产。该套第84页共18页第83页共18页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第84页共18页CCPP由重庆钢铁设计研究院设计，日本川崎－瑞士ABB公司制造。机组输出电功率145MW，供蒸汽量180t/h，燃用热值为3266kJ/m3的高炉煤气36.2万m3/h。热电转换效率达46.52%。投产后年发电量11亿kW·h。为宝钢创造了良好的经济效益，同时为我国钢铁厂回收放散的高炉煤气发电走出了一条新路。1.CCPP及钢铁厂CCPP简介1.1CCPP简介CCPP是由燃气轮机发电和蒸汽轮机发电叠加组合起来的联合循环发电装置我们知道：在常规蒸汽发电中，锅炉产生蒸汽用来发电是利用蒸汽朗肯热力循环来作功，作功发电是利用蒸汽的状态变化来完成的。燃料燃烧产生的高温烟气（1200～1600℃）只用于加热蒸汽（蒸汽一般加热到450～560℃），然后由蒸汽驱动汽轮机来发电。此时，高温烟气的作功能力（温度差和压力能）（即燃气勃莱敦热力循环的作功能力）被浪费掉了。在CCPP装置中，有燃气－蒸汽两个热力循环，即：燃气勃莱敦热力循环和蒸汽朗肯热力循环（见图1燃气－蒸汽联合循环焓熵图）。图1燃气－蒸汽联合循环焓熵图1～2为空气在压气机中的压缩过程；2～3为空气和燃料在燃烧室内的燃烧过程(工质吸热)；3～4为燃气在燃气透平中的膨胀做功过程；第85页共18页第84页共18页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第85页共18页4～1为燃气轮机排气放热过程。在燃气勃莱敦热力循环中，燃料燃烧产生的高温高压烟气在状态变化时可以作功发电。而燃气勃莱敦循环排出的较高温度烟气（500～600℃）仍然可以用来加热蒸汽至450～540℃用于发电。因此，将燃气勃莱敦热力循环和蒸汽朗肯热力循环叠加组合起来，先用高温高压烟气驱动燃气轮机发电；再将排出的500～600℃的烟气用于余热锅炉产生蒸汽，产生的蒸汽驱动汽轮机发电。这就组成了燃气—蒸汽联合循环发电。这样，燃料的热能，既参与了燃气轮机的勃莱敦循环又参与了蒸汽轮机和锅炉组成的郎肯循环，既利用了烟气的作功能力发电，又利用了蒸汽的作功能力发电。使之达到很高的热电转换效率。目前，世界上最高的CCPP热电转换效率达58％以上。从图1中可见，燃气勃莱敦循环和蒸汽郎肯循环分别围成的面积即是两个循环分别作的功，燃气－蒸汽联合循环所作的功，是这两块面积之和。可见，它远大于蒸汽郎肯循环（蒸汽发电）所作的功。CCPP的工艺流程为：燃料（油...