簡述煤氣與低壓飽和蒸汽SRT聯(lián)合發(fā)電方案

摘要：隨著國家節(jié)能減排政策逐步落實(shí)，鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排迫在眉睫，剩余煤氣發(fā)電已作為成熟技術(shù)得到廣泛推廣；轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)等低壓飽和蒸汽大部分企業(yè)暫未利用或僅作為采暖期供暖，其利用率較低。SRT技術(shù)是將低壓飽和蒸汽過熱后發(fā)電，以提高蒸汽利用效率，發(fā)電效率顯著提高。如采用煤氣與低壓飽和蒸汽SRT聯(lián)合發(fā)電方案，將低壓飽和蒸汽過熱器布置在煤氣鍋爐中，將既可充分回收煤氣，也過熱了轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)等低壓飽和蒸汽，提高了飽和蒸汽利用率，同時(shí)降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，節(jié)約工程投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)電；低壓飽和蒸汽；SRT；聯(lián)合發(fā)電方案

Abstract : Along with the country’s energy consumption and pollution reduction policy, steel enterprises gradually put energy saving and emission reduction is imminent, residual gas power generation has as a mature technology is widely spread, Converter and sintering process low-pressure saturated steam most enterprise are temporarily unused or only as heating, and its utilization rate is low. SRT technology is by making low saturation steam overheated electricity generation technology, to improve steam utilization efficiency, and generating efficiency is improved significantly. If use gas and low-pressure saturated steam generating scheme joint SRT low-pressure saturated steam superheater in gas boiler, can make sufficient recovery, also for converter gas overheating and sintering process, improving the low-pressure saturated steam utilization, and decrease the system complexity, and save the project investment and operation maintenance costs.

Keywords: Gas power generation, low pressure saturated steam, steam reheated turbine, Joint generating scheme

1、引言

鋼鐵生產(chǎn)是全國耗能大戶，約占全國能耗的十分之一。目前能源緊缺，全球氣候轉(zhuǎn)暖為一個(gè)全球性的難題。節(jié)能降耗則成為當(dāng)勿之急，并且長期堅(jiān)持不變�；厥崭魃�產(chǎn)工藝余熱成為鋼鐵廠節(jié)能降耗的首要問題。剩余高爐煤氣及轉(zhuǎn)爐煤氣大多數(shù)企業(yè)已建成煤氣發(fā)電廠進(jìn)行回收利用。目前轉(zhuǎn)爐加熱爐余熱、燒結(jié)機(jī)余熱等回收利用進(jìn)行發(fā)電成為節(jié)能又一個(gè)值得關(guān)注的課題。部分企業(yè)已嘗試采用直接利用轉(zhuǎn)爐加熱爐余熱及燒結(jié)余熱低壓飽和蒸汽發(fā)電，該系統(tǒng)不穩(wěn)定、效率低。如何利用轉(zhuǎn)爐加熱爐余熱、燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電，某些企業(yè)已探索采用SRT技術(shù)，該技術(shù)已初步成熟，蒸汽過熱后汽輪機(jī)工作穩(wěn)定、效率大幅提高。如采用煤氣與低壓飽和蒸汽SRT聯(lián)合發(fā)電方案將在高效利用低壓飽和蒸汽同時(shí)，降低了SRT技術(shù)的復(fù)雜性，且節(jié)約投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2、工程現(xiàn)狀

某鋼鐵廠現(xiàn)有600 m3高爐兩座，經(jīng)統(tǒng)計(jì)目前該廠平均剩余高爐煤氣量為

70000Nm3 /h，高爐煤氣平均低位發(fā)熱值為Qnet.ar =3200kJ/Nm3。

該廠現(xiàn)有50t/h轉(zhuǎn)爐兩座，轉(zhuǎn)爐已配套余熱鍋爐及蓄熱器，余熱蒸汽經(jīng)過蓄熱器后排汽壓力為P=0.8MPa，兩座轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐平均產(chǎn)汽量為14t/h。該廠現(xiàn)有100m2燒結(jié)機(jī)2套。燒結(jié)余熱已配套0.8MPa飽和蒸汽余熱鍋爐，產(chǎn)汽量為8t/h·臺(tái)。該廠可利用低壓飽和蒸汽合計(jì)為30t/h。

如充分利用該廠剩余高爐煤氣及低壓飽和蒸汽資源，建設(shè)煤氣及余熱發(fā)電項(xiàng)目可為公司節(jié)約大量能源，降低單位產(chǎn)品能耗，對(duì)提高企業(yè)競爭力有著重要意義。

3、發(fā)電方案及比較

高爐煤氣可采用常規(guī)回收方案，建設(shè)燃?xì)怆姀S。根據(jù)目前主機(jī)生產(chǎn)情況，煤氣發(fā)電采用高溫高壓參數(shù)，以提高煤氣發(fā)電效率，剩余70000Nm3 /h高爐煤氣經(jīng)計(jì)算鍋爐蒸發(fā)量為75t/h，對(duì)應(yīng)發(fā)電量為18.7MW。

可利用低壓飽和蒸汽為30 t/h，如采用飽和蒸汽汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電功率僅為2.5MW；如采用SRT技術(shù)將低壓飽和蒸汽加熱至350℃后再進(jìn)汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電量可達(dá)5.3MW。

采用SRT技術(shù)消耗部分高爐煤氣，經(jīng)計(jì)算加熱30 t/h低壓飽和蒸汽耗高爐煤氣為4200Nm3/h。利用剩余65800 Nm3/h高爐煤氣經(jīng)計(jì)算鍋爐蒸發(fā)量為70.5t/h，發(fā)電量為17.6MW。

根據(jù)以上鍋爐蒸發(fā)量及汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電量，擬訂余熱發(fā)電方案如下：

方案一采用煤氣及余熱分別回收，回收高爐煤氣建設(shè)1×75t/h高爐煤氣鍋爐配1×18MW汽輪發(fā)電機(jī)組，回收30 t/h低壓飽和蒸汽建設(shè)3MW低壓飽和汽輪發(fā)電機(jī)組。

方案二采用煤氣及余熱聯(lián)合回收，回收高爐煤氣建設(shè)1×75t/h高爐煤氣鍋爐配1×25MW補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，考慮30 t/h低壓飽和蒸汽采用1×30t/h飽和蒸汽加熱爐過熱后補(bǔ)入汽輪發(fā)電機(jī)組。

方案三采用煤氣及余熱聯(lián)合回收，回收高爐煤氣建設(shè)1×75t/h高爐煤氣鍋爐配1×25MW補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，考慮30t/h低壓飽和蒸汽采用過熱器過熱后補(bǔ)入汽輪發(fā)電機(jī)組，低壓飽和蒸汽過熱器配套在75t/h高爐煤氣鍋爐內(nèi)。

三個(gè)方案發(fā)電量及總投資等指標(biāo)對(duì)比見表3-1。

表3-1發(fā)電量及總投資等指標(biāo)對(duì)比表

方案一采用煤氣及余熱分別回收，獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)簡單，該方案在鋼鐵廠有運(yùn)行實(shí)例較多，但低壓飽和蒸汽利用效率低且飽和汽輪機(jī)工作排汽濕度大，運(yùn)行不穩(wěn)定。

方案二采用煤氣及余熱聯(lián)合回收，低壓飽和蒸汽采用SRT技術(shù)，余熱利用效率高，該方案在有些鋼鐵廠已有運(yùn)行實(shí)例，設(shè)置獨(dú)立蒸汽加熱爐，系統(tǒng)較復(fù)雜。

方案三采用煤氣及余熱聯(lián)合回收，低壓飽和蒸汽采用SRT技術(shù)，余熱利用效率高，低壓飽和蒸汽過熱器布置在煤氣鍋爐內(nèi)，該系統(tǒng)較方案二簡單，占地省，節(jié)約投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

方案三在鋼鐵廠目前還沒有運(yùn)行實(shí)例。主要技術(shù)問題在于高爐煤氣鍋爐配套低壓飽和蒸汽過熱器，該問題經(jīng)咨詢江西江聯(lián)能源環(huán)保有限公司、無錫華光鍋爐股份有限公司等主要煤氣鍋爐生產(chǎn)廠家，均可設(shè)計(jì)生產(chǎn)，且保證系統(tǒng)鍋爐運(yùn)行安全可靠。

余熱蒸汽特點(diǎn)是流量變化隨余熱情況波動(dòng)且不可控。經(jīng)過對(duì)正在運(yùn)行的寬成大成鑄造有限公司等幾座煤氣電廠、SRT余熱電廠運(yùn)行工況及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)研分析，低壓飽和蒸汽過熱器布置在煤氣鍋爐內(nèi)將不會(huì)影響煤氣鍋爐安全運(yùn)行。要求煤氣鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)考慮到余熱蒸汽特點(diǎn)，低壓飽和蒸汽過熱器一定要布置煤氣鍋爐煙氣較低溫區(qū)域（＜580℃），過熱器采用耐高溫的12Cr1MoV材料，以免運(yùn)行中余熱蒸汽“零”流量時(shí)低壓飽和蒸汽過熱器爆管，影響煤氣鍋爐安全運(yùn)行。煤氣鍋爐負(fù)荷率高低也會(huì)影響低壓飽和蒸汽過熱器出口蒸汽溫度，但低壓飽和蒸汽過熱器在鍋爐整個(gè)系統(tǒng)吸熱量較小，可通過調(diào)節(jié)噴水進(jìn)行調(diào)整，完全可控。

綜合比較，方案三采用煤氣發(fā)電與低壓飽和蒸汽SRT聯(lián)合發(fā)電方案是煤氣與低壓飽和蒸汽發(fā)電結(jié)合最優(yōu)方案。

4、結(jié)論

鋼鐵企業(yè)煤氣除自用外基本均有剩余，轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)等生產(chǎn)工藝可回收部分低壓飽和蒸汽，采用煤氣發(fā)電與低壓飽和蒸汽SRT聯(lián)合發(fā)電方案，可大幅提高煤氣及低壓飽和蒸汽利用率，且可提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)占地省，節(jié)約投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。建議鋼鐵企業(yè)采用煤氣與低壓飽和蒸汽聯(lián)合發(fā)電方案，同步建設(shè)，以到高效合理利用煤氣及余熱資源。

主要參考文獻(xiàn)

（1）《中小型熱電聯(lián)產(chǎn)工程設(shè)計(jì)手冊》洪向道主編 中國電力出版社

（2）《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50049-2011 中國電力出版社 注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。