高炉煤气联合循环发电CombinedCyclePowerPlant(CCPP)在太钢的应用研究
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冶金动力
2009年第 5 期
52
METALLURGICAL POWER
总 第 135 期
高炉煤气联合循环发电在太钢的应用研究
高晔明
(太钢设计院,山西太原 030009)
【 摘 要】 通过对高炉煤气联合循环发电系统构成、原理进行介绍，从联合循环发电机组的发展历史出
发，综合分析通过大量调查得到的世界各主要生产厂家相关机型情况及其特点，进一步提出针对企业实际情
GT2 1991 2.043 24.9 11.4 9.58
Байду номын сангаас575 3.8
GT5 1994 2.65 27.2
12 15.21 950 445 2.5
GT8C 1994 52.8 34.4 15.7 179.3 1100 517 95
GT13E2 1993 165.1 35.7 14.6 532.5 1100 524 330
PG6581B 1999 42.1 32.1 12.2 169.5 1140 544 381
PG6101FA 1993 70.14 34.2 15 196.6 1288 597 499
PG9171E 1987 123.4 33.8 12.3 404 1124 538 862
PG9231EC 1994 169.2 34.9 14.2 499 1204 558 772
况，采用低热值的高炉煤气采用联合循环发电机组的必要性和可行性。 经过优化比选确定高炉煤气联合发电
机组机型、两轴式系统配置，对太钢高炉煤气联合发电机组工艺流程及其主要设备性能参数进行介绍。 对项目
本身的经济效益和环保效益进行了总结。
【 关键词】 高炉煤气联合循环发电；燃气轮机；汽轮发电机；
【中图分类号】 TM61
表 1 世界燃气轮机技术与性能发展进程一览表
年代 80 年 代 以 前 80~90 年 代 2000 年 前 后
21 世 纪
燃气初温 /℃ 600~1000 1050~1300 1400~1500 1600~1800
压缩比 4~10 15~30 ~30
功率 /kW ＜100
100~226 250~350
GT26 1994 251 38.3
30 562.1 1235 610 335
表 4 S ie me ns 公司 50Hz 燃机性能表
型号 第一台年份 功率 /MW
4 太钢建设高炉煤气联合循环发电装置的 研究
4.1 项目建设的必要性 （ 1） 利用二次能源，降低电力成本 根据太钢实际情况， 太钢年产 150 万 t 不锈钢
工程投产后，全厂总用电负荷约 450 MW，年耗电总 量 约 35.37 ×108 kWh。 太 钢 电 厂 现 有 1 ×25+4 × 12+1×6+1×3 MW 共 7 台小发电机组，年发电量约 为 5.87 ×108 kWh，因此还有约 29.5×108 kWh 电力 需要从地区电网购买，电力缺口巨大。
PG9351FA 1996 250.4 36.5 15.4 645 1316 609 1089
型号 第一台年份 功率 /MW
热效率% 压比
空气流量 /(kg/s) 初温 /℃
排气温 /℃ 重量 /t
GT1 1989 1.473 23.9 9.4 8.13
518 3.4
表 3 ABB 公司 50Hz 燃气轮机性能表
【Key words】blast furnace gas combined cycle generation；gas turbine；steam turbo generator
1 引言
随着人民生活水平的不断提高和社会生产建 设的不断发展，我国越来越表现为对能源的巨大需 求，到目前为止的一系列数据表明：我国既是能源 世界能源生产大国，又是仅次于美国的能源消费大 国，我国在 1980 年至 2000 年的 20 年间，能源增长 不到翻一番前提下，保证了国民经济翻两番，能源 利 用 效 率 显 著 提 高 ，从 2000 年 到 2004 年 ，能 源 消 费弹性系数明显回升，2003 年 开始能源全 面短缺， 能源供需矛盾日益突出，并且面临资源、环境、交通 和安全的严峻挑战。 山西地处我国中部，由于地下 蕴藏有巨大的煤炭资源，导致长期以来对能源的合 理、高效、清洁使用缺乏应有的重视。 为此，我们必 须在利用本地优势发展清洁能源， 改变能源结构、 重视城市可持续发展，建立区域优化的能源供应体
高炉煤气联合循环发电正是将上述两种装置 有机结合后的一种新的发电方式。
2009年第 5 期
冶金动力
总 第 135 期
METALLURGICAL POWER
53
3 煤气联合循环发电的历程
自从 1939 年瑞士 BBC 公司制成世界上第一台 4MW 的工业型燃气轮机以来，至今已经历了 70 年。 随着热力学、气体动力学、高温材料、冷却技术和制 造工艺的进步，燃气轮机也取得了极大的进展。 当 前，工业燃气轮机的单机最大功率已达 500MW。 随
太钢新建高炉煤气联合发电工程年发电量约为 3.942 ×108 kWh， 按供电成本价 0.2494 元 /kWh 计 算 ，比 外 购 电 价 0.40 元 /kWh 便 宜 近 38％，可 减 少 大量外购电力、有效降低生产成本、经济效益显著。
（ 2） CCPP 技术先进可靠，发电效率高 在相同的煤气量及热值条件下， 采用 CCPP 发 电热效率达 37.36％，而常规的蒸汽轮机发电机发电
着技术的日益成熟，燃气轮机在世界范围内得以迅 猛发展和普及。
1970 年 ， 全 世 界 发 电 用 燃 气 轮 机 容 量 约 为 3300 万 kW； 1968～2000 年新增发电燃气轮机总容 量约 57890 万 kW；
表 1 为世界燃气轮机技术与性能发展进程。
技术代别 第一代 第二代 第三代 第四代
热效率约为 23％ 左右，CCPP 机组要比常规的蒸汽 轮机发电机组多发出约 60％的电。
（ 3） 燃气轮机能适应煤气波动变化 钢铁厂的煤气量具有变化大和快的特点， 发电 厂现有的 2×130 t/h 煤气锅炉启动时间长， 适应负 荷变化慢，不宜作为适应煤气变化的机组 ，而 CCPP 具有启动时间短， 在一定程度上能适应负荷变化较 快、范围宽的性能 ，因此，建设 CCPP 能 利用设备不 同的特点取长补短，适应钢铁厂煤气变化，从而达到 最大限度地利用煤气。 （ 4） 燃气轮机采用低氮燃烧技术，节能环保 燃气轮机采用低氮燃烧技术， 能有效抑止 NOx 的生成，降低 NOx 排放浓度，保护环境。 4.2 项目建设方案优化比选 联合循环发电技术的核心是燃气轮机， 该技术 发源于瑞士 BBC，发展于美国西屋、GE，后来被日本 川崎、三菱引进消化、改进，近年来，国内的南京汽轮 电机集团采用 GE 技术也开始生产， 各公司技术上 各有千秋，销售份额各有不同。如何选择适合太钢实 际情况，满足用户要求的最优机型，是我们首先考虑 的问题， 就此我们对世界上相关主要生产厂家的销 售生产份额以及各主要生产厂商产品技术特点进行 分析研究。 4.2.1 世界燃气轮机主要生产厂家产品性能 由于我国电力供应是以 50 Hz 为标准， 所以我 们仅以各公司 50 Hz 产品进行其性能比选。 ⑴GE 公司 50 Hz 燃机性能（ 见表 2） ⑵ABB 公司 50 Hz 燃气轮机（ 见表 3） ⑶Siemens 公司 50 Hz 燃机性能（ 见表 4） ⑷三菱重工燃机性能（ 见表 5）
＞350
热效率 /% 10~30 30~40 ＞40 ＞45
上述我们谈到的燃气轮机主要燃料为：天然气、 焦炉煤气等高品质的燃料。随着技术的进步，以及对 低品质的高炉煤气高效利用要求的高涨， 以日本川 崎、三菱、美国西屋等公司为代表的生产企业，逐步 开发出能够适应要求的相关产品， 其对于热值的满 足甚至可以低到 700 kcal/Nm3 左右， 世界上第一台 纯粹以高炉煤气为工质的联合循环发电装置， 首先 在中国宝钢投运，由于该工程取得的成功，极大地促 进这一技术在中国的发展，国内先后有：通化钢厂、 鞍钢、沙钢、马鞍山钢厂、济南钢厂引进、建设了高炉 煤气联合循环发电装置，并且取得了较好的业绩。基 于节能减排的要求，太钢 2001 年起利用日本政府对 华环境保护特别贷款，开始筹建相关项目。
【Abstract】In this paper, the author introduced the composition and principle of a blast furnace gas combined cycle generation system，gained the interrelated types and features of major manufacturers in the world according to the developmental history of combined cycle generating sets，through comprehensive analysis and a great deal of investigations. Further, the author presented the essentiality and feasibility that the blast furnace gas with lower calorific value should be adopted in a combined cycle generating set according to producers' practical situation. Through optimization, the author determined the types of blast furnace gascombined cycle generating sets and two- shaft- type of system configuration，and introduced the process flow, major equipment and performance parameters of TISCO's blast furnace gascombined cycle generating sets. The author also summarized both economic and environmental protection benefits of this project.
系、重视解决好农村能源问题的同时，高度重视节 能大力推广节能新技术。 本文正是在此思想指导下 提出的一种实现低品位能源高效利用的方法。
2 高炉煤气联合循环发电原理
高 炉 煤 气 联 合 循 环 发 电（ 简 称 ：CCPP，它 是 英 文 Combined Cycle Power Plant 的 简 称 ） CCPP 是 由 燃气轮机与汽轮发电机组共同构成一套完整的发 电装置。 燃气轮机是以高炉煤气工质，经压缩、燃烧 后在透平中膨胀，将部分热能转换为机械能的旋转 式动力机械。 燃气轮机一般由压气机、 燃烧室、透 平、控制系统及必要的辅助设备组成。 而汽轮发电 机组是以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转换为机械 能的旋转式热能动力机械。
【文献标识码】 B
【文 章 编 号 】1006-6764（2009）05-0052-05
Application Study of Blast Furnace Gas Combined Cycle Generation in TISCO
Gao Yeming
(Taiyuan Iron and Steel(Group)Design Institute Co.Ltd,Taiyuan,Shanxi 030009, China)
冶金动力
2009年第 5 期
54
METALLURGICAL POWER
总 第 135 期
型号 第一台年份 功率 /MW
热效率% 压比
空气流量 /(kg/s) 初温 /℃
排气温 /℃ 重量 /t
PG5371PA 1987 26.3 28.5 10.5 122.5 963 487 259
表 2 GE 公司 50Hz 燃机性能表
2009年第 5 期
52
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总 第 135 期
高炉煤气联合循环发电在太钢的应用研究
高晔明
(太钢设计院,山西太原 030009)
【 摘 要】 通过对高炉煤气联合循环发电系统构成、原理进行介绍，从联合循环发电机组的发展历史出
发，综合分析通过大量调查得到的世界各主要生产厂家相关机型情况及其特点，进一步提出针对企业实际情
GT2 1991 2.043 24.9 11.4 9.58
Байду номын сангаас575 3.8
GT5 1994 2.65 27.2
12 15.21 950 445 2.5
GT8C 1994 52.8 34.4 15.7 179.3 1100 517 95
GT13E2 1993 165.1 35.7 14.6 532.5 1100 524 330
PG6581B 1999 42.1 32.1 12.2 169.5 1140 544 381
PG6101FA 1993 70.14 34.2 15 196.6 1288 597 499
PG9171E 1987 123.4 33.8 12.3 404 1124 538 862
PG9231EC 1994 169.2 34.9 14.2 499 1204 558 772
况，采用低热值的高炉煤气采用联合循环发电机组的必要性和可行性。 经过优化比选确定高炉煤气联合发电
机组机型、两轴式系统配置，对太钢高炉煤气联合发电机组工艺流程及其主要设备性能参数进行介绍。 对项目
本身的经济效益和环保效益进行了总结。
【 关键词】 高炉煤气联合循环发电；燃气轮机；汽轮发电机；
【中图分类号】 TM61
表 1 世界燃气轮机技术与性能发展进程一览表
年代 80 年 代 以 前 80~90 年 代 2000 年 前 后
21 世 纪
燃气初温 /℃ 600~1000 1050~1300 1400~1500 1600~1800
压缩比 4~10 15~30 ~30
功率 /kW ＜100
100~226 250~350
GT26 1994 251 38.3
30 562.1 1235 610 335
表 4 S ie me ns 公司 50Hz 燃机性能表
型号 第一台年份 功率 /MW
4 太钢建设高炉煤气联合循环发电装置的 研究
4.1 项目建设的必要性 （ 1） 利用二次能源，降低电力成本 根据太钢实际情况， 太钢年产 150 万 t 不锈钢
工程投产后，全厂总用电负荷约 450 MW，年耗电总 量 约 35.37 ×108 kWh。 太 钢 电 厂 现 有 1 ×25+4 × 12+1×6+1×3 MW 共 7 台小发电机组，年发电量约 为 5.87 ×108 kWh，因此还有约 29.5×108 kWh 电力 需要从地区电网购买，电力缺口巨大。
PG9351FA 1996 250.4 36.5 15.4 645 1316 609 1089
型号 第一台年份 功率 /MW
热效率% 压比
空气流量 /(kg/s) 初温 /℃
排气温 /℃ 重量 /t
GT1 1989 1.473 23.9 9.4 8.13
518 3.4
表 3 ABB 公司 50Hz 燃气轮机性能表
【Key words】blast furnace gas combined cycle generation；gas turbine；steam turbo generator
1 引言
随着人民生活水平的不断提高和社会生产建 设的不断发展，我国越来越表现为对能源的巨大需 求，到目前为止的一系列数据表明：我国既是能源 世界能源生产大国，又是仅次于美国的能源消费大 国，我国在 1980 年至 2000 年的 20 年间，能源增长 不到翻一番前提下，保证了国民经济翻两番，能源 利 用 效 率 显 著 提 高 ，从 2000 年 到 2004 年 ，能 源 消 费弹性系数明显回升，2003 年 开始能源全 面短缺， 能源供需矛盾日益突出，并且面临资源、环境、交通 和安全的严峻挑战。 山西地处我国中部，由于地下 蕴藏有巨大的煤炭资源，导致长期以来对能源的合 理、高效、清洁使用缺乏应有的重视。 为此，我们必 须在利用本地优势发展清洁能源， 改变能源结构、 重视城市可持续发展，建立区域优化的能源供应体
高炉煤气联合循环发电正是将上述两种装置 有机结合后的一种新的发电方式。
2009年第 5 期
冶金动力
总 第 135 期
METALLURGICAL POWER
53
3 煤气联合循环发电的历程
自从 1939 年瑞士 BBC 公司制成世界上第一台 4MW 的工业型燃气轮机以来，至今已经历了 70 年。 随着热力学、气体动力学、高温材料、冷却技术和制 造工艺的进步，燃气轮机也取得了极大的进展。 当 前，工业燃气轮机的单机最大功率已达 500MW。 随
太钢新建高炉煤气联合发电工程年发电量约为 3.942 ×108 kWh， 按供电成本价 0.2494 元 /kWh 计 算 ，比 外 购 电 价 0.40 元 /kWh 便 宜 近 38％，可 减 少 大量外购电力、有效降低生产成本、经济效益显著。
（ 2） CCPP 技术先进可靠，发电效率高 在相同的煤气量及热值条件下， 采用 CCPP 发 电热效率达 37.36％，而常规的蒸汽轮机发电机发电
着技术的日益成熟，燃气轮机在世界范围内得以迅 猛发展和普及。
1970 年 ， 全 世 界 发 电 用 燃 气 轮 机 容 量 约 为 3300 万 kW； 1968～2000 年新增发电燃气轮机总容 量约 57890 万 kW；
表 1 为世界燃气轮机技术与性能发展进程。
技术代别 第一代 第二代 第三代 第四代
热效率约为 23％ 左右，CCPP 机组要比常规的蒸汽 轮机发电机组多发出约 60％的电。
（ 3） 燃气轮机能适应煤气波动变化 钢铁厂的煤气量具有变化大和快的特点， 发电 厂现有的 2×130 t/h 煤气锅炉启动时间长， 适应负 荷变化慢，不宜作为适应煤气变化的机组 ，而 CCPP 具有启动时间短， 在一定程度上能适应负荷变化较 快、范围宽的性能 ，因此，建设 CCPP 能 利用设备不 同的特点取长补短，适应钢铁厂煤气变化，从而达到 最大限度地利用煤气。 （ 4） 燃气轮机采用低氮燃烧技术，节能环保 燃气轮机采用低氮燃烧技术， 能有效抑止 NOx 的生成，降低 NOx 排放浓度，保护环境。 4.2 项目建设方案优化比选 联合循环发电技术的核心是燃气轮机， 该技术 发源于瑞士 BBC，发展于美国西屋、GE，后来被日本 川崎、三菱引进消化、改进，近年来，国内的南京汽轮 电机集团采用 GE 技术也开始生产， 各公司技术上 各有千秋，销售份额各有不同。如何选择适合太钢实 际情况，满足用户要求的最优机型，是我们首先考虑 的问题， 就此我们对世界上相关主要生产厂家的销 售生产份额以及各主要生产厂商产品技术特点进行 分析研究。 4.2.1 世界燃气轮机主要生产厂家产品性能 由于我国电力供应是以 50 Hz 为标准， 所以我 们仅以各公司 50 Hz 产品进行其性能比选。 ⑴GE 公司 50 Hz 燃机性能（ 见表 2） ⑵ABB 公司 50 Hz 燃气轮机（ 见表 3） ⑶Siemens 公司 50 Hz 燃机性能（ 见表 4） ⑷三菱重工燃机性能（ 见表 5）
＞350
热效率 /% 10~30 30~40 ＞40 ＞45
上述我们谈到的燃气轮机主要燃料为：天然气、 焦炉煤气等高品质的燃料。随着技术的进步，以及对 低品质的高炉煤气高效利用要求的高涨， 以日本川 崎、三菱、美国西屋等公司为代表的生产企业，逐步 开发出能够适应要求的相关产品， 其对于热值的满 足甚至可以低到 700 kcal/Nm3 左右， 世界上第一台 纯粹以高炉煤气为工质的联合循环发电装置， 首先 在中国宝钢投运，由于该工程取得的成功，极大地促 进这一技术在中国的发展，国内先后有：通化钢厂、 鞍钢、沙钢、马鞍山钢厂、济南钢厂引进、建设了高炉 煤气联合循环发电装置，并且取得了较好的业绩。基 于节能减排的要求，太钢 2001 年起利用日本政府对 华环境保护特别贷款，开始筹建相关项目。
【Abstract】In this paper, the author introduced the composition and principle of a blast furnace gas combined cycle generation system，gained the interrelated types and features of major manufacturers in the world according to the developmental history of combined cycle generating sets，through comprehensive analysis and a great deal of investigations. Further, the author presented the essentiality and feasibility that the blast furnace gas with lower calorific value should be adopted in a combined cycle generating set according to producers' practical situation. Through optimization, the author determined the types of blast furnace gascombined cycle generating sets and two- shaft- type of system configuration，and introduced the process flow, major equipment and performance parameters of TISCO's blast furnace gascombined cycle generating sets. The author also summarized both economic and environmental protection benefits of this project.
系、重视解决好农村能源问题的同时，高度重视节 能大力推广节能新技术。 本文正是在此思想指导下 提出的一种实现低品位能源高效利用的方法。
2 高炉煤气联合循环发电原理
高 炉 煤 气 联 合 循 环 发 电（ 简 称 ：CCPP，它 是 英 文 Combined Cycle Power Plant 的 简 称 ） CCPP 是 由 燃气轮机与汽轮发电机组共同构成一套完整的发 电装置。 燃气轮机是以高炉煤气工质，经压缩、燃烧 后在透平中膨胀，将部分热能转换为机械能的旋转 式动力机械。 燃气轮机一般由压气机、 燃烧室、透 平、控制系统及必要的辅助设备组成。 而汽轮发电 机组是以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转换为机械 能的旋转式热能动力机械。
【文献标识码】 B
【文 章 编 号 】1006-6764（2009）05-0052-05
Application Study of Blast Furnace Gas Combined Cycle Generation in TISCO
Gao Yeming
(Taiyuan Iron and Steel(Group)Design Institute Co.Ltd,Taiyuan,Shanxi 030009, China)
冶金动力
2009年第 5 期
54
METALLURGICAL POWER
总 第 135 期
型号 第一台年份 功率 /MW
热效率% 压比
空气流量 /(kg/s) 初温 /℃
排气温 /℃ 重量 /t
PG5371PA 1987 26.3 28.5 10.5 122.5 963 487 259
表 2 GE 公司 50Hz 燃机性能表