低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用

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低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用

刘文和1,杨若仪2

(11通化钢铁股份有限公司热电厂,吉林通化134003;21重庆钢铁设计研究院,重庆400013)

摘 要:燃气轮机联合循环发电效率比常规电厂高10个百分点左右,钢铁厂用的低热值煤气燃气轮机主要有单管燃烧室和分管燃烧室二种类型。容量应按钢铁厂富余煤气量呈正态分布的规律计算确定。还介绍了轴制、煤气预处理、电网联网等特殊问题。50MW 左右的机组已有国产化的实例。关 键 词:燃气轮机;联合循环;低热值煤气;应用

中图分类号:TM611131;TK479+122 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2004)01-0021-05

0 前 言

我国大、中型钢铁厂一般都建有自备发电厂负责工厂供热与提供部份电力。自备发电厂多燃用或掺烧本厂富余煤气提高钢铁厂供电的可靠性,降低用电成本,对节能、环保、提高全厂经济效益都起到良好的作用,所以自备电厂往往是钢铁厂的重要组成部分,也是钢铁厂的重要利润增长点。从全国电力系统的结构调整看,国家不鼓励建设独立的小电厂,但对节能与环保发电项目还是积极支持的。上世纪90年代以前我国建设的自备电厂一般采用朗肯循环,用煤和煤气混烧锅炉,产生中压或高压蒸汽推动汽轮机发电,热电转换效率一般为28%-35%。只有上海B 厂建设的350MW 高蒸汽参数的大机组才有38%的转换效率。1995-1997年B 厂引进一套145MW 的燃气轮机联合循环发电机组(简称CC PP )))Combined C ycle Power Plant),开始了我国钢铁厂建设CC PP 的先河。B 厂CCPP 用高炉煤气作燃料,热电转换效率提高到45152%。2002年通化T 厂采用国内的设计,用高炉煤气掺入少量焦炉煤气的低热值混合煤气作燃料,只从美国GE 公司购买了燃气轮机的关键部件,建成了一套容量50MW 的CCPP,热电转换效率也达到了42%。可以肯定地说,C CPP 技术将很快使钢铁企业自备电厂的工艺技术推进到一个崭新的阶段。

1 低热值煤气燃气轮机联合循环发电

技术

燃气轮机联合循环发电是将煤气与空气压缩到115-215MPa,在燃烧室内燃烧,使高温高压的燃气直接在燃气透平(GT)内膨胀做功并带动空气压缩机(AC)与发电机(GE)完成燃机的单循环发电,燃气透平排出的烟气温度一般在500e 以上,将此高温烟气通过余热锅炉(HRSG)生产中压蒸汽,推动蒸汽轮机(ST)发电,蒸汽轮机发电是燃机发电的补充,并完成联合循环,进一步提高系统的热效率。CCPP 的汽机还可以外供蒸汽,使联合循环可以灵活组成热电联产的电厂。在CCPP 系统中还有一个煤气压缩机(GC)单元,特别在低热值煤气发电中,煤气压缩机比较大。众所周知,余热锅炉加蒸汽轮机发电是常规技术,所以CCPP 的技术核心是燃气轮机(见图1)。

电力工业采用的CCPP 常用天然气、燃油等高热值燃料。钢铁厂的CC PP 以燃高炉煤气为主、有的工厂可能掺入少量焦炉煤气或转炉煤气,用于发电的煤气热值(800-1350)@4118kJ/m 3,只是天然气的1/10-1/6。低热值煤气燃烧不易稳定,增加了CCPP 技术的难度。低热值煤气体积庞大,煤气压缩功增加。另外,高热值煤气与低热值煤气燃烧的空燃比不一样,加之低热值煤气使用场合较少,工程

X 收稿日期:2003-12-04

第17卷 第1期2004年3月5燃 气 轮 机 技 术6GAS TURBINE TECHNOLOGY

Vol 117 No.1M ar.,2004

图1 T 厂的低热值煤气CC PP 流程示意图

应用中往往套用高热值气体燃料的成功机型,使机组的参数匹配不尽如意,从而使低热值煤气的热电转换效率不如高热值气体燃料高。当今世界烧天然气的大型CC PP 的热电转换效率高达50-58%,而烧低热值煤气的只有45152%左右。低热值煤气的燃烧技术只有少数几个公司掌握,主要有二种技术流派。一种是采用单管燃烧室的燃气轮机,使用的煤气热值可在800@4118kJ/m 3

~1350@4118kJ/m

3

左右,如ABB 、新比隆公司的产品,B 厂145MW 的CCPP 是日本川崎成套ABB 的技术。另一种是分管燃烧室的燃机,多用于煤气化联合循环发电(I GCC),煤气(常称合成气Syngas)热值在2000@4118kJ/m 3

以上,如GE 公司与三菱公司的产品,T 厂的CCPP 采用了这种机组的改进型。表1列出了几种低热值煤气燃气轮机的主要机型。表2列出了国内仅有的两套低热值CCPP 的主要技术参数。

表1 主要低热值煤气燃气轮机机型

项目单位

GE

三菱

川崎ABB 新比隆MS9001FA 6B MW-701D MW-251GT11N2PGT10B 燃烧室环管分管分管分管单管单管燃料天然气

合成气高炉煤气高炉煤气或混合煤气高炉煤气合成气热值kJ/m 38000@41182000@4118(965-1390)@4118

(700-1800)@4118

780@41187350

入口温度e 13271140115011501158压比14172119151414单循环出力k W 255600450001248003200013000

联合循环出力k W 39080062000149000

67400

145000排气温度e 610525540

488单循环效率

%

3615343412联合循环效率%561745>4645152运转时间小时/年800075008000NO X 排放ppm

<25

42

20

30

60 注:表列MS9001FA 燃机烧天然气时的性能参数仅作参照对比用,目前该燃机也可烧低热值的合成气。

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燃气轮机技术第17卷