探析高温超高压煤气发电技术研究

探析高温超高压煤气发电技术研究

发表时间：2020-04-09T00:53:27.056Z 来源：《防护工程》2020年1期作者：刘海明1 李高杰2 郭凯迪3 王春雷4 [导读] 分析高温超高压技术高效发电的具体原因，并对比了该技术与燃气蒸汽联合循环发电技术之间的差异。

1、2.浙江铂瑞电力设计有限公司 310000；3、4.铂瑞能源环境工程有限公司 310000

摘要：从钢厂节能减排的角度出发，重点讨论高温超高压煤气发电这种高效发电技术在钢铁企业富裕煤气资源利用方面的优势，分析高温超高压技术高效发电的具体原因，并对比了该技术与燃气蒸汽联合循环发电技术之间的差异。

关键词：钢铁企业；节能；高温超高压；煤气

引言

钢铁企业在生产过程中会产生大量的煤气，如高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气。除去钢铁企业生产自用部分外，仍有约34%的富余煤气，尽管该部分煤气的热值仅有约760kcal/m3，属于一种低附加值燃料，但是若不对该部分煤气加以利用，则会产生严重的能源浪费和环境污染问题。

在节能减排的时代需求下，目前对于钢铁企业的该部分富余煤气有了较为成熟的利用技术，其中钢厂富余煤气发电技术就是一种非常成熟的钢厂余能利用方式。迄今为止，应用较多的煤气发电技术主要有燃气锅炉发电和燃气蒸汽联合发电（Combined Cycle Power Plant，CCPP）2种方式，文中从煤气锅炉发电技术的发展历程重点讨论了高温超高压技术在煤气发电中的应用以及其与CCPP技术的对比。 1煤气锅炉发电技术的发展历程在早期钢厂煤气锅炉发电技术中，尽管能够有效控制钢铁企业的煤气放散率，但是由于受钢厂规模和煤气量的影响，燃气锅炉机组较小，效率偏低，煤气锅炉发电技术并非一种高效的煤气利用方式。随着钢铁行业技术的发展，钢铁生产过程中逐渐减少了生产自用煤气的消耗量，煤气富裕量大大增加，提高煤气发电效率带来的经济效益日益明显。在钢厂企业效益和国家节能减排政策的要求下，钢厂煤气锅炉发电技术也在逐步跟进。到目前为止，钢厂富余煤气发电技术大致经历了早期技术（中温中压或更低），第一代技术（中温中压或次高温次高压），第二代技术（高温高压），第三代技术（高温超高压中间再热）等4个阶段。

钢厂煤气锅炉发电技术的4个发展阶段及主要技术参数如表1所示。从表1中可以看出，随着技术发展，煤气锅炉发电技术的主机参数越来越高；机组规模越来越大，从早期的12MW一直到目前的135MW；全厂热效率越来越高，高温超高压技术的热效率比早期的技术已经提高了近50%；但是每生产1kWh电所消耗的煤气量则越来越低，从最初的4.53m3/kWh降低到目前的2.98m3/kWh。

表1 钢厂煤气锅炉发电技术发展阶段及技术参数

随着技术发展，目前高温超高压煤气发电技术机组规模覆盖也越来越广，武汉都市环保工程技术股份有限公司自主研发的高温超高压机组主机参数已经突破了65MW的限制，可以向更低参数方向发展，该公司已相继在河北、广西、山东等地的钢厂建设了数十台套高温超高压机组。

2高温超高压技术高效发电原理分析高温超高压煤气发电技术之所以高效的原因主要可以归结于：提高蒸汽参数和增加一次中间再热。常规中温中压发电技术的主蒸汽参数为3.82MPa、450℃，高温高压发电技术的主蒸汽参数为9.8MPa、540℃，而高温超高压发电技术的主蒸汽参数已经达到了13.7MPa、540℃。

在保持主蒸汽初温（t0）和机组背压（Pc）不变的情况下，提高主蒸汽压力对机组循环热效率的影响如图1所示。由图1中可以看出：在极限压力范围内，保持初温和背压一定，随着蒸汽压力升高，尽管主蒸汽初始焓值h0有所降低，但是汽轮机组的整个理想比焓降有所升高，因此机组的循环热效率升高。当主蒸汽初压大于极限压力时，随着主蒸汽初压升高，整个汽轮机组的理想比焓降有所降低，循环热效率反而有所降低，但是实际工程中，主蒸汽的压力均小于极限压力，因此在实际工程应用中保持t0和Pc不变时，提高蒸汽初压有利于提高机组循环热效率。

图3 一次中间再热对机组循环热效率的影响

3高温超高压技术与CCPP技术对比

CCPP是一种利用燃气热力循环和蒸汽热力循环发电的技术，具有很高的发电效率。高温超高压技术是目前已有的效率最高的一种煤气锅炉发电技术。尽管高温超高压技术的发电效率（～38%）要低于CCPP的发电效率（～42%），但是高温超高压技术有自己本身的优势，主要体现在以下几个方面：

1）CCPP技术较高温超高压技术设备要求高，主要核心设备需依赖进口，工艺系统复杂，投资高。

2）高温超高压煤气发电技术燃料适应性广，对燃料的热值以及粉尘、污染物含量均没有要求，而CCPP技术对燃料要求较高，要求燃料热值较高、杂质较少。

3）CCPP技术维修成本较高，由于其很多设备均是进口产品，维修周期长，而且其对燃料品质要求高，运行过程中故障率较高；高温超高压技术锅炉煤气发电技术可以保证年发电小时量在8000h以上，机组运行效率高，故障率低，维修周期短。

4结语

高温超高压技术是目前已有的钢厂煤气锅炉发电技术中效率最高的一种钢厂富裕煤气利用技术，该技术的发电效率较已有的高温高压技术提高了近6%，这对钢铁企业来说无疑是一种重要的节能措施。另外，高温超高压技术在建设维修成本以及燃料适应性方面较燃气蒸汽联合循环发电技术也有着自身独特的优势。

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