论燃气-蒸汽联合循环发电技术在钢铁企业中的应用丛培敏

论燃气-蒸汽联合循环发电技术在钢铁企业中的应用丛培敏

丛培敏

(山东省冶金设计院股份有限公司山东省济南市250101)

摘要：高炉煤气作为钢铁企业实施生产出现的副产品，属于二次能源。将其与高热值燃料相对比，受到燃烧温度低影响，导致利用率较低。而将燃气-蒸汽联合循环发电技术应用到其中，则可以使循环效率得到显著提高，还能够减少大气污染，具有较好的经济效益和环境效益。在本文中，结合燃气-蒸汽联合循环发电技术，对其原理、工艺特点、技术发展状况进行阐述，并对该项技术在钢铁企业中的具体应用展开研究和探讨。

关键词：钢铁企业；燃气-蒸汽联合循环发电；应用；分析

在社会经济和科学技术不断发展背景下，我国市场经济格局也发生巨大改变，钢铁工业采用原来规模效益生产经营模式已经不能适应市场经济发展需求，也迫切需要积极转变发展方式，朝着质量效益方向迈进[1]。新时期下，钢铁工业要充分重视科学技术力量，并利用现代科学技术实现转型升级，而煤气利用技术作为钢铁工业关键技术之一，大力推进和高效利用煤气技术，可以达到节能、减排和增效目的。基于此，对燃气-蒸汽联合循环发电技术在钢铁企业中的应用展开分析和探讨。

1燃气-蒸汽联合循环发电技术基本原理

燃气轮机和蒸汽轮机作为应用比较广泛和成熟的动力机械，随着近几年科学技术不断发展，燃气轮机初温也得到明显提升，相对应的循环热效率也得到提高。而针对蒸汽动力循环，通过回热、再热等措施的应用，热效率虽然得到提升，但是与相同工质相比较，无法对较高吸热和较低放热平均温度进行同时兼顾，将燃气和蒸汽轮机循环联合起来，则可以避免这一问题出现，同时还能够使循环热效率得到进一步提升[2]。

钢铁企业燃气-蒸汽联合循环发电主要是由燃气、蒸汽轮机系统、高炉煤气供给系统、发电机组等构成，涉及到的设备有高炉煤气压缩机、燃气蒸汽轮机、空气压缩机等。整个系统工艺流程为：（1）对高炉煤气进行除尘加压以后，将其与加压空气相互混合，然后送入燃烧室进行燃烧，燃烧过程所产生的高压燃气则进入到透平机组作为功，并通过燃气轮机将其送至发电机组进行发电；（2）在燃气轮机做功以后，所产生排气则进入到余热锅炉中，进而产生蒸汽，在蒸汽进入到蒸汽轮机以后做功，最后实现发电[3]。

2燃气-蒸汽联合循环发电工艺特点及技术发展情况

2.1工艺特点

燃气-蒸汽联合循环发电工艺特点主要体现在以下几方面：（1）减少污染物排放，钢铁企业一直以来都十分关注剩余煤气综合利用，以往通常会将剩余煤气作为锅炉燃料进行利用，使之所产生的蒸汽进行发电，但是热效率只能达到20%，又或者是直接采用焚烧方式对其进行处理，易导致环境出现污染。但是通过燃气-蒸汽联合循环发电技术应用，排烟中存在CO2排放量可以减少50%，并且不会出现飞灰、SO2排放。因此，这项技术的有效应用，使得剩余能源得到二次利用，并对大气环境实施有效保护[4]。（2）热效率和发电效率较高，在不进行外部供热的情况下，对剩余煤气进行燃用，热效率趋近于45%，与天然气、柴油等燃料进行发电水平相当，并且与锅炉蒸汽发电相对比，多发电可达90%。（3）运行简单灵活，在进行联合循环发电过程中，有超过70%是由燃气轮机发出，整个操作比较简便和灵活，相对应调峰性能也较好[4-5]。（4）标准模块化设计，由于燃气-蒸汽联合循环发电系统建设周期比较短，甚至还可以采用分阶段的方式进行建设，可以一年中可以发挥70%的额定负荷，并且占地面积和用水量也比较少。

2.2技术发展情况

现阶段，烧高热值煤气的燃气-蒸汽联合循环发电要高于烧低热值煤气，而仅有少数企业已经完全掌握低热值煤气燃烧技术，如：三菱公司、新比隆公司产品，通过对单管燃烧室燃气轮机和分管燃烧室燃机进行利用，使得煤气热值保持在8004.18~20004.18KJ/m3之间。

3论燃气-蒸汽联合循环发电技术在钢铁企业中的实际应用

3.1应用条件

在实际应用该项技术时，需要满足以下条件：（1）燃料品质较高，进行燃气-蒸汽联合循环发电系统构建，需要钢铁企业保持煤气平衡，以避免出现机组负荷不足情况，进而影响正常效益发挥；（2）煤气指标要求较为严格，实际开展生产工作时，对煤气的热值、压力、清洁度等要求比较高，同时在煤气进行燃烧以后所产生的气体也会对发电设备造成一定影响，因此需要引起高度重视，提前做好相应准备工作；（3）设备控制严格、实施维护难度大，受到高炉煤气燃值较低影响，需要应用流量较大和效率较高的煤气压缩机，并且在对煤气加压之前需要做好除尘工作，同时进行系统调节受到参数众多、设备复杂等因素影响，导致维护管理难度较大，相应轮机备件、耐热备件成本也较高[5]。

3.2实际应用

据统计，我国大型钢铁企业高炉煤气富余量已超过40万m3/h，中型钢铁企业介于9~15万m3/h之间，对这些富余高炉煤气进行充分利用，无论是系统功率，还是整体效率均能够得到提升。与此同时，由于我国钢铁总产量已经处于饱和阶段，钢铁企业想要获得稳定、持续发展，就需要从提高产品质量、环境污染治理、钢产品种多样化等方面出发，而通过燃气-蒸汽联合循环发电技术的应用，可以使循环效率得到提升，同时减少环境污染[6]。结合上表2，透过三种装置技术经济指标，可以发现联合循环机组运用可以取得较好综合效益。

3.3主要结论及存在问题分析

在社会经济持续发展背景下，钢铁企业主要面临的任务是节能、减排和增效。并且伴随着现代科学技术水平不断提升，燃气轮机烧高炉煤气存在问题也已经基本解决，在燃气-蒸汽联合循环配套设备方面也已经取得一定实践经验，也为高炉煤气燃气轮机、燃气-蒸汽联合循环技术应用提供有利条件，可以使钢铁企业整体效益得到进一步提升[6-7]。虽然高炉煤气燃机在钢铁企业中应用较广泛，但是为了使得燃料热值得到提升，需要掺入一定比例焦炉煤气或转炉煤气。同时在冬季对煤气管道调节阀进行设置，非常容易出现管道堵塞、动作不灵敏等情况，因此还需要进一步加强煤气净化、焦炉煤气脱萘等工作。

4结语

在本文中，对燃气-蒸汽联合循环技术在钢铁企业中的应用进行分析，主要是从技术基本原理展开。联合循环作为现阶段钢铁企业充分利用富余煤气量的最佳方案，虽然存在维护难度大、项目投资高等问题，但是依然能够为钢铁企业创造可观经济和社会效益。并且随着低热值高炉煤气运用经验不断丰富，无论是燃料条件，还是燃机性能也会不断改善和优化，使其效能得到充分发挥。

参考文献：

[1]王强.燃气-蒸汽联合循环技术在钢铁企业中的应用[J].冶金能源,2014,(1):41-43,55.

[2]徐迎超.燃气-蒸汽联合循环(CCPP)发电技术的研究与应用[C].//2015炉窑节能技术及标准交流会论文集.首钢国际工程公司,2015:1-4.

[3]张会娟,刘庆,吕世森,等.天然气分布式燃气-蒸汽联合循环发电技术及系统运行策略优化[C].//2014年中国电机工程学会年会论文集.2014:1-10.

[4]樊泳,阎波,徐迎超,等.2×50MW燃气-蒸汽联合循环发电技术及创新应用[Z].北京首钢国际工程技术有限公司,北京首钢股份有限公司.2015.

[5]何群林,罗聪,李社锋,等.武钢燃气-蒸汽联合循环发电(CCPP)系统集成与应用技术研究[Z].武汉钢铁股份有限公司,武汉都市环保工程技术股份有限公司.2016.