三菱高爐煤氣燃機在中國市場的應(yīng)用與普及

雍一正 穆克進

1.引言

高爐煤氣（BFG）為低熱值氣體燃料，熱值一般在3400kJ/Nm3左右，是鋼鐵企業(yè)高爐煉鐵工藝的副產(chǎn)品，屬于二次能源。目前鋼廠富余的高爐煤氣大都利用常規(guī)鍋爐或燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCPP）達到節(jié)能減排的目的。近年來，燃用高爐煤氣的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)依靠其啟停方便、效率高以及用水量少等優(yōu)點，在鋼廠得到越來越多的應(yīng)用，并為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益[1,2,3,4]。

三菱作為全球主要的燃氣輪機生產(chǎn)廠商，一直努力在中國市場推廣其世界領(lǐng)先的高爐煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與普及，為廣大鋼鐵用戶變廢為寶，改善環(huán)境，節(jié)能降耗，用有限的資源創(chuàng)造出顯著的效益，為鋼廠實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起到了積極的作用。

2.三菱BFG燃機在國內(nèi)的應(yīng)用

2.1產(chǎn)品系列與業(yè)績

三菱BFG燃機發(fā)展至今共形成四種型號機組，分別為50MW級別M251S型，150MW級別M701SDA型，180MW級別M701SLDA型和300MW級別M701SF型。

M251S燃機的特點是啟停方便，靈活機動，聯(lián)合循環(huán)熱效率38%。由于燃用煤氣熱值2890 Nm3/h-wet~3770Nm3/h-wet，機組起動到達額定轉(zhuǎn)速后，可根據(jù)BFG熱值、N2和COG量，選擇最佳運行熱值。由于運行熱值低，高爐煤氣難以著火，升速中需要COG或輕油值班穩(wěn)焰，在并網(wǎng)后可實現(xiàn)零COG值班運行。

M701SDA燃機具有高可靠性、高效率和高自動化等優(yōu)點，燃用煤氣熱值3100~4396Nm3/h-dry，聯(lián)合循環(huán)熱效率45%。也可實現(xiàn)純燒BFG發(fā)電，但由于空壓機和煤壓機通流限制，純燒BFG時出力和效率將所有下降。

M701SLDA燃機是在M701SDA基礎(chǔ)上專門針對純燒高爐煤氣研發(fā)的新機型，聯(lián)合循環(huán)熱效率46%，在純燒BFG時仍可以達到180MW滿負荷出力和高效率。M701SF燃機是世界上最大容量的燃用BFG機組，燃用煤氣熱值與M701SDA相當，聯(lián)合循環(huán)熱效率50%以上，可消耗鋼廠大量富余的BFG和COG。三菱重工憑借成熟的生產(chǎn)制造技術(shù)和先進的設(shè)計理念，其BFG燃機運行可靠和技術(shù)領(lǐng)先，在全球占有約64%的市場份額，遙遙領(lǐng)先其他的燃機制造商。從2006年三菱重工第一臺M251S BFG燃機進入中國市場至今，中國國內(nèi)已有25臺套三菱BFG燃機投入商業(yè)運行或在建。其中M251S燃機17套，M701SDA燃機7套，M701SF燃機1套。憑借其高可靠性和高效率，三菱BFG機組為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，多家鋼企在投運三菱BFG燃機后又陸續(xù)增設(shè)了新機組，如漣鋼二期、太鋼二期、遷鋼二期和包鋼新體系項目。截止2013年1月，三菱BFG燃機在國內(nèi)市場的份額已遠超其他燃機制造商。

2.2結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點

三菱BFG聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組（CCPP）包括煤氣壓縮機、燃氣輪機、蒸汽輪機、發(fā)電機、余熱鍋爐、煤氣冷卻器以及必要的機械、電氣輔助設(shè)備，相關(guān)儀表和控制系統(tǒng)。其中M251S型CCPP采用雙軸布置，燃氣輪機、發(fā)電機和煤氣壓縮機通過齒輪系統(tǒng)相互耦合。煤氣壓縮機通過增速齒輪與燃氣輪機相連。蒸汽輪機與其發(fā)電機連接，單獨布置。M251S型CCPP采用雙軸布置，布置靈活，啟停快速，適應(yīng)性強，對電網(wǎng)要求低，適合已有煤氣鍋爐的改造。

M701SDA、M701SLDA和M701SF型CCPP采用單軸布置。燃氣輪機、發(fā)電機、蒸汽輪機和煤氣壓縮機連接在一根軸上，通過蒸汽輪機起動，負荷調(diào)節(jié)靈活，可實現(xiàn)純燒BFG運行。M701 BFG機組采用單軸布置，占地小，效率高，工藝系統(tǒng)簡潔；燃氣輪機發(fā)電機、余熱鍋爐及配套輔機控制系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，可實現(xiàn)一鍵啟停，可靠性高。

表1 三菱高爐煤氣機組國內(nèi)運行業(yè)績表 （截止2013年1月）

2.3運行經(jīng)濟效益

依托于先進的設(shè)計理念和豐富的生產(chǎn)制造經(jīng)驗，三菱BFG燃機投入商業(yè)運行后運行可靠性高，尤其M701型機組。對國內(nèi)五臺M701SDA機組從2009年到2012年的運行時間進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)年平均運行率保持在88.3%以上。其中，由于三菱設(shè)備原因?qū)е碌耐C或跳機只占0.5%，也就是說不考慮用戶原因和定期檢修因素，機組的年運行率高達99.5%。隨著用戶操作維護水平的不斷提高和定期檢修周期的延長，三菱BFG機組的年運行率可以得到進一步提高。

安全、高效和可靠的運行是創(chuàng)造良好經(jīng)濟效益的前提條件。在沒有檢修的年份，M701SDA機組年平均運行時間在8500小時以上。如果有定期檢修和煤氣不足的情況，運行時間也在7500小時-8000小時。正是由于年運行時間的充分保證，三菱BFG機組為用戶創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟效益和社會效益。M701SDA機組年平均發(fā)電量在12億度左右，定期檢修年份的發(fā)電量也在10億-11億度之間。

2.4三菱服務(wù)支持

經(jīng)過多年的發(fā)展，三菱BFG燃機在國內(nèi)已形成了較為完善的服務(wù)支撐體系，為廣大用戶的機組高效、安全、穩(wěn)定運行保駕護航。為了進一步降低設(shè)備造價，三菱在國內(nèi)與杭汽和東汽確立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，授權(quán)杭汽生產(chǎn)M251S，和東汽進行M701SDA BFG燃機的制造合作，以提高設(shè)備及輔機的國產(chǎn)化率，降低投資成本。

三菱還在國內(nèi)成立了南京天菱能源技術(shù)服務(wù)公司、南京（三菱）燃機服務(wù)公司）以及三菱燃機廣州公司三家子公司，為BFG燃機在國內(nèi)的新項目咨詢、交流、銷售、設(shè)計、建設(shè)、調(diào)試以及售后服務(wù)提供強有力的技術(shù)服務(wù)和支撐。

近年來，三菱不僅致力于BFG燃機的支撐服務(wù)體系的完善和技術(shù)升級，也在努力通過以下4方面降低BFG燃機的維修成本，并取得了較好的效果。

（1）機組大修周期延長。通過評估機組運行狀況，適當延長大修周期，降低維護成本；（2）補修費用降低。通過升級工藝，降低主要部件的修補費用；（3）高溫熱部件壽命延長。通過升級工藝和材料，延長高溫熱部件的使用壽命；（4）現(xiàn)地采購。包括消耗品國產(chǎn)化、檢修TA國產(chǎn)化、煤壓機和高溫熱部件國內(nèi)維修。

3.結(jié)論

根據(jù)對現(xiàn)有投入商業(yè)運行機組的情況進行評估，可以看到三菱高爐煤氣燃機依托于三菱完善的服務(wù)支持體系和成熟的技術(shù)特點，近年來在中國市場上得到應(yīng)用與普及，為廣大用戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 婁馬寶. 低熱值氣體燃料（包括高爐煤氣）的利用[J]. 燃氣輪機技術(shù), 2000, 13(3): 16–18.

[2] 劉文和, 楊若儀. 低熱值煤氣燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在鋼鐵廠的應(yīng)用[J].燃氣輪機技術(shù), 2004, 17(1): 21-25.

[3] 彭華玉, 楊定斌. 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在漣鋼的應(yīng)用及效果[J]. 金屬材料與冶金工程, 2009, 37(1): 46-49.

[4] 李通, 王琴. 馬鋼新區(qū)電廠燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組概況[J]. ANHUI METALURGY, 2006, 2: 6-9.