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燃气—蒸汽联合循环(CombinedCyclePowerPlant)发电机组,简称CCPP。燃气轮机是从飞机喷气式发动机的技术演变而来的,它通过压气机涡轮将空气压缩,高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧,使空气急剧膨胀做功,推动动力涡轮旋转做功驱动发电机发电。燃气轮机自身的发电效率不算很高,一般在30%—35%,但是其产生的废热烟气温度高达450—550℃,可以通过余热锅炉再次回收热能转换成蒸汽,驱动蒸汽轮机再发一次电,从而形成燃气轮机—蒸汽轮机联合循环发电,发电效率可以达到58%—60%,一些大型机组甚至可以超过60%。因为燃气轮机为旋转持续做功,可以利用热值比较低的燃料气体,同时,还具有开、停机快,运行负荷调节幅度大、速度快等特点,该技术在钢铁行业中得到快速应用,用于回收其高炉、焦炉生产过程中产生的大量气体燃料副产品(高炉煤气、焦炉煤气)进行发电,提高了发电效率,又能很好地满足钢铁企业煤气动态平衡的需要,减少放散。
CCPP中的锅炉和汽机都可以外供蒸汽,联合循环可以灵活组成热电联产工厂。在CCPP系统中有一个煤气压缩机(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,CCPP的技术核心是燃气轮机,燃气轮机一般是透平空压机、燃烧器与燃气透平机组合的总称。电力工业采用的CCPP常用天然气、重油等高热值燃料,钢铁厂CCPP以燃高炉煤气为主,有的工厂有可能掺入少量焦炉煤气,用于发电的煤气热值(800—1350)×4.18kJ/m3,只是天然气的1/10—1/6。低热值煤气燃烧不稳定,煤气体积庞大,煤气压缩功增加,增加了低热值CCPP技术的难度。
低热值煤气的燃烧技术主要有两种技术流派:一种是采用单筒燃烧器的燃气轮机,使用的煤气热值可在800×4.18kJ/m3左右,如ABB、新比隆公司的产品;另外一种是多筒燃烧器的燃机,多用于煤气化联合循环发电(IGCC),煤气热值1334×4.18kJ/m3,煤气H2含量10%左右,如GE公司与三菱公司的产品,通钢、马钢采用了这种机组。
CCPP从设备布置方面分为两种:一种为单轴布置,即煤气压缩机、汽轮机、发电机、燃气轮机在同一轴上,单轴布置工作效率高,布置紧凑,占地面积小;另一种为双轴布置,即煤气压缩机、燃气轮机、发电机共轴,蒸汽轮机、发电机共轴,这种设备布置方式需要2台发电机,分轴布置工作效率较低,占地大,但可以分开建设。
CCPP技术在迁钢工程中的应用
随着迁钢公司4000m3高炉及配套设施的建设,在钢铁厂生产时产生大量的高炉煤气和焦炉煤气,进行煤气平衡后,高炉煤气富余26万m3/h(低位热值为3050kJ/Nm3),焦炉煤气富余3.0万m3/h(低位热值为16410kJ/Nm3)。为响应国家节能减排,低碳生产的政策号召,同时提高经济效益,这部分能源必须充分利用。
目前国内对高炉煤气的利用方式主要有两种:一种是以高炉煤气作为锅炉燃料,产生蒸汽来驱动汽轮机发电,其热效率只能达25%左右;另一种是建燃气—蒸汽联合循环电站,这项技术目前在国内大型钢厂中均已采用,其主要优点如下:供电效率远远超过燃煤的蒸汽轮机电站;运行高度自动化,每天都能启停;单位投资低;占地少,用水少;建厂周期短,且可分期投产,一年内可发电运行;运行的可用率高达85%—95%;燃气—蒸汽联合循环发电机组在空负荷到满负荷范围内可连续运行,因此很容易适应高炉煤气的变化等优点。
迁钢公司为更大地提高高炉煤气和焦炉煤气的利用率,降低钢厂运行成本,决定建1套150MW燃气—蒸汽联合循环发电机组。
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