某鋼廠高爐煤氣發電改造方案研究

嵇迎梅

某鋼廠高爐煤氣發電改造方案研究

嵇迎梅

（金通靈科技集團股份有限公司，江蘇 南通 226000）

在高爐煤氣的利用方面，較好的方法是選擇高效的燃氣輪機聯合循環發電。基于某省工業園區中鋼廠擁有的多座中溫中壓及次高溫次高壓參數燃氣鍋爐發電機組，熱效率較低，綜合自發電率僅為36%，且尚有部分煤氣存在放散情況。提出了新建高爐煤氣燃氣輪機聯合循環發電機組技術方案，闡述了燃氣系統、熱力系統、電力系統等系統內容，對新建機組進行了經濟型分析，項目改造能顯著提高鋼廠能源的綜合利用率和鋼廠的綜合效益。

高爐煤氣；發電改造；燃氣輪機；聯合循環

隨著鋼鐵市場競爭的加劇，如何高效利用高爐煤氣成為各鋼企關注的重點。高效利用鋼鐵企業高爐煤氣資源，不僅可以提高企業利潤，而且可以降低區域環境污染。

長期以來，鋼鐵企業對高爐煤氣資源使用大多采用鍋爐燃燒方式（蒸汽參數多選擇中溫中壓）將煤氣化學能轉化為電力，由于該種方式多了鍋爐換熱環節，使得煤氣的化學能利用效率低下。在高爐煤氣的利用方面，較好的方法是選擇高效的燃氣輪機聯合循環發電。

1 項目背景

該項目位于某省工業園區中，目前具備2×180 m2燒結機、2×1 780 m3高爐、2×120 t轉爐等裝備，具有年產約400萬噸鋼、400萬噸材的生產能力。該廠為積極響應國家產業結構優化升級的要求，在分公司老廠區內拆除了現有的小高爐、小轉爐和小燒結機等能耗高的設備，產生的高爐煤氣、轉爐煤氣除供煉鐵熱風爐、汽動鼓風機站和噴煤自用以及棒、線材軋鋼車間加熱爐使用外，目前剩余部分高爐煤氣和轉爐煤氣。該工程建設技術方案為新建一套高爐煤氣燃氣輪機聯合循環發電機組，發電容量為51 MW，其中燃氣輪機發電容量為28.5 MW，汽輪機發電容量為22 MW。現有中溫中壓余熱發電機組進行利舊，發電容量暫按25 MW評估。

2 技術方案

該發電改造工程由燃氣輪機、高爐煤氣壓縮機、燃機發電機、余熱鍋爐、汽輪機、汽輪發電機等主機模塊組成，燃料使用高爐煤氣，焦爐煤氣作為點火及煤氣熱值過低時的增熱輔助燃料。

高爐煤氣經過煤氣混合器、濕式電除塵器后進入煤氣壓縮機加壓，加壓后的煤氣送入燃燒室，與壓氣機加壓后進入燃燒室的空氣混合燃燒，煙氣在燃氣輪機膨脹做功，通過齒輪系統驅動發電機，將機械能轉換為電能輸出。送入燃機的煤氣通過煤氣旁路上的流量調節閥控制，實現燃機負荷調節（0%～100%負荷無級調節），旁路的高溫煤氣經過直接冷卻式的煤氣冷卻器冷卻后回到主煤氣管道。燃氣輪機排出的廢熱煙氣通過余熱鍋爐產生次高溫次高壓及低壓的蒸汽，利用汽輪機發電，實現聯合循環發電。

3 燃氣系統

燃氣系統主要包含焦爐煤氣凈化及壓縮、高爐煤氣噴霧冷卻降溫設施、高爐煤氣、焦爐煤氣、氮氣供應。

燃氣-蒸汽聯合循環發電機組使用高爐煤氣作為主燃料。低熱值的主燃料高爐煤氣（BFG）經過電動蝶閥、全封閉電動插板閥、煤氣噴霧冷卻裝置、煤氣混合器、氮氣混合器、濕式電除塵器（再凈化）、送入燃機的主煤氣壓縮機升壓后進入燃機燃燒室，主燃燒器與空氣混合燃燒。

廠區傳輸的焦爐煤氣分成兩路，一路用于主燃料高爐煤氣增熱，另一路用于燃機燃燒器值班點火穩燃用。

焦爐煤氣（COG）含有較多有害雜質（硫化氫、奈、焦油、苯等），當焦爐煤氣用于燃機燃燒器值班時，需要凈化處理，凈化采用吸附方式，對焦爐煤氣進行分離凈化，將上述有害雜質降至合理水平。凈化后的值班焦爐煤氣經壓縮機加壓后，再經流量控制閥及隔離閥再送入燃機燃料噴嘴值班燃燒。當燃氣輪機啟動或者部分負荷時，利用值班COG流量控制閥來控制值班COG流量，使燃燒穩定。燃氣輪機并網以后根據運行條件，值班COG可以自動切換到零值班模式運行，實現焦爐煤氣零消耗。

主煤氣壓縮機出口設有旁通管路，當機組啟動或低負荷調節時，可將煤氣壓縮機出口部分煤氣經旁通閥、直冷式煤氣冷卻器減溫減壓后送入濕式電除塵器進口形成煤氣再循環，避免了煤氣放散，保證了煤氣壓縮機安全穩定運轉。

4 熱力系統

熱力系統主要包括燃機本體（包含燃機、高爐煤氣壓縮機、空氣壓縮機、啟動裝置）、余熱鍋爐、汽輪機、熱力管道等。主燃煤氣壓縮機（由燃機驅動）升壓后進入燃機燃燒室主燃燒器與空氣混合燃燒。

為了保障燃氣輪機啟動時燃燒室點火成功及可靠，設有高熱值輔助燃料供給系統。焦爐煤氣經電動蝶閥、電動插板閥、精制系統，壓縮機、流量控制閥以及隔離閥送入燃機燃燒室值班燃燒器燃燒，確保燃燒室安全穩定工作。系統在滿足條件時能自動切換至零值班模式運行，實現焦爐煤氣零消耗。

為了確保燃燒室高爐煤氣穩定燃燒，還配置有熱值調整用COG、N2供給系統。焦爐煤氣經煤氣加壓機、煤氣控制閥送入煤氣混合器，N2經調節閥送入氮氣混合器，以調整主燃料熱值，提高機組運行的可靠性。

主燃煤氣壓縮機出口設有旁通管路，當機組啟動或低負荷調節時，可將壓縮機出口部分煤氣經旁通閥、直冷式煤氣冷卻器后送入濕式電除塵器進口形成煤氣再循環，避免了煤氣放散，保證了煤氣壓縮機的安全穩定運轉。

空氣進氣系統壓氣機與燃氣輪機同軸，進氣系統設有一套自潔式空氣進口過濾消音裝置。過濾裝置具有過濾、防水、防雜質進入的功能，并配有反沖清吹裝置，不考慮進氣冷卻裝置。

氣體燃料供應系統的設備、閥門管件和管道還附設有N2及輔助蒸汽密封、吹掃管線。

燃氣輪機軸向排氣進入余熱鍋爐，余熱鍋爐采用帶緊身封閉，次高溫次高壓等級，雙壓形式，余熱鍋爐產生的次高壓和低壓蒸汽進入凝汽補汽汽輪機，膨脹做功。

5 電站經濟技術分析

改造前的多座中溫中壓及次高溫次高壓參數燃氣鍋爐發電機組熱效率較低，綜合自發電率僅為36%，且尚有部分煤氣存在放散，與國內同行業相比經濟效益較差。新建燃氣-蒸汽聯合循環發電站工程總造價約2.5億元，機組發電容量為51 MW，按年利用8 000 h測算，年外供發電量約4億千瓦時/年，供電銷售收入約2.36億元，利潤總額2.134億元/年，投資回收期僅需1.47年，如表1所示。

表1 新建燃氣-蒸汽聯合循環發電站工程情況

序號項目單位數值 1容量MW51 2年發電利用時間h8 000 3發電量億千瓦時/年4.08 4年外供電量億千瓦時/年3.937 5工程投資造價億元2.5 6供電銷售收入萬元/年23 623 7總成本費用萬元/年2 278 8稅前利潤總額億元/年2.134 9投資回收期（未計煤氣成本）年1.47

6 結論

高爐煤氣發電改造是國家鼓勵發展的通用節能技術，符合國家的節能減排政策，不僅能幫助節能降耗、提升能源綜合利用水平，更能創造可觀的經濟效益，能顯著提高鋼廠能源的綜合利用率和鋼廠的綜合效益。

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［2］劉文和，楊若儀.低熱值煤氣燃氣輪機聯合循環發電在鋼鐵廠的應用［J］.燃氣輪機技術，2004（1）：21-25.

［3］彭華玉，楊定斌.燃氣-蒸汽聯合循環發電在漣鋼的應用及效果［J］.金屬材料與冶金工程，2009（1）：46-49.

［4］宋思遠.楊銳M251S型燃氣輪機工程計算及經濟性分析［J］.機電工程，2009（8）：9-12.

TK472

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.056

2095－6835（2020）09－0132－01

嵇迎梅，女，工程師，主要從事動力工程技術研究。

〔編輯：張思楠〕