高爐煤氣發(fā)電

1、煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目有關(guān)問(wèn)題的探討 劉韶山，韓晰宇 （濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司 發(fā)展規(guī)劃部，山東 濟(jì)南 250101） 摘要：煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程利用回收的高爐煤氣為能源發(fā)電，可合理利用資源，起到能源優(yōu)化，減少環(huán)境污染的作用。通過(guò)對(duì)寶鋼、太鋼CCPP項(xiàng)目進(jìn)行分析，提出了項(xiàng)目的可行性及存在的風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)決策提供依據(jù)。 關(guān)鍵詞：煤氣蒸汽聯(lián)合發(fā)電；技術(shù)分析；經(jīng)濟(jì)分析；環(huán)保；能源利用 中圖分類(lèi)號(hào)：TM611.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B Discuss on Combination Circulating Power Project with Gas-steam LIU Shao-shan, HAN Xi-

2、yu (The Developing and Programing Department of Jinan Iron and Steel Group, Jinan 250101, China) Abstract： Combination electric power with gas-steam is to apply gas recovered from blast furnace as energy resources, main features of this way are reasonable application resources, energy resources opti

3、mization and reducing environment pollution. Through analyzing to same item of Baogang and Taigang,the possibility and risk have been put forward and these are basis for enterprises decision. Keywords： combination circulating power project with gassteam; technical analysis; economic analysis; enviro

4、nmental protection; energy resources application 1 前言鋼鐵企業(yè)在煉鐵過(guò)程中，要產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品高爐煤氣。一般情況下，高爐煤氣除了在熱風(fēng)爐中自用和供煉焦?fàn)t加熱外，還用于鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，以及利用本身的壓力，通過(guò)膨脹透平拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（簡(jiǎn)稱(chēng)TRT）等。但還有一部分多余的高爐煤氣未能回收利用而排放，造成能源的浪費(fèi)和環(huán)境污染。煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程（簡(jiǎn)稱(chēng)CCPP）是利用回收的高爐煤氣為能源發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)合理利用資源，起到能源優(yōu)化，減少環(huán)境污染的作用，它具有熱效率高，可以電力、蒸汽并供，啟動(dòng)迅速，操作方便，調(diào)節(jié)靈活，占地少，建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外各

5、鋼鐵企業(yè)都積極建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)這一項(xiàng)目，以改善企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，降低有害氣體的排放，改善居民生存環(huán)境，充分利用低熱值資源，節(jié)能降耗，降低成本。2 CCPP工藝特點(diǎn)2.1 基本原理燃?xì)廨啓C(jī)是一種應(yīng)用廣泛的動(dòng)力機(jī)械，近年來(lái)隨著材料和冷卻技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)的初溫不斷提高，從而使燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率得到進(jìn)一步提高。而對(duì)于純蒸汽動(dòng)力循環(huán)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代蒸汽動(dòng)力循環(huán)采取了回?zé)嵩贌岬却胧┮彩辜冋羝h(huán)的熱效率有較大地提高。對(duì)同一種工質(zhì)來(lái)說(shuō)，較高的吸熱平均溫度和較低的放熱平均溫度是不可兼得的。但采用多種工質(zhì)組成的聯(lián)合循環(huán)裝置則可以達(dá)到高的吸熱平均溫度和低的放熱平均溫度。燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)吸熱平均溫度高，純蒸汽動(dòng)力循環(huán)放熱平均溫

6、度低，把這兩種循環(huán)聯(lián)合起來(lái)組成煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)顯然可以提高循環(huán)熱效率。其原理如圖1所示。圖1 煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電原理CCPP一般由高爐煤氣供給系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)組成。主要設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、高爐煤氣壓縮機(jī)、空氣預(yù)熱器、煤氣預(yù)熱器、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)等，一般分為單軸和多軸布置形式。CCPP工藝流程為：經(jīng)除塵加壓的高爐煤氣與加壓的空氣混合后進(jìn)入燃燒室并燃燒，所產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙綑C(jī)組膨脹作功，燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)減速齒輪傳遞到汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；燃?xì)廨啓C(jī)作功后的排氣進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽后進(jìn)入蒸汽輪機(jī)作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，這就組成煤氣蒸

7、汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。2.2 工藝特點(diǎn) 降低污染物排放，提高環(huán)保效益  高爐煤氣綜合利用一直是鋼鐵企業(yè)能源利用的難點(diǎn)，過(guò)去作為鍋爐的燃料產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，其熱效率只能達(dá)25左右，或者直接焚燒排放到大氣中，造成對(duì)大氣的污染。而CCPP排煙中CO2排放比常規(guī)火力電廠減少4550，沒(méi)有SO2、飛灰及灰渣排放，NOx排放很低，目前已達(dá)到小于25 mgkg，今后有望達(dá)到59 mgkg。CCPP真正的效益在于回收了大量浪費(fèi)的能源，替代了一定量的燃煤，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的環(huán)保效益。 熱效率高，發(fā)電效率高  CCPP技術(shù)先進(jìn)，發(fā)電率高。在不外供熱時(shí)高達(dá)40%45，已接近以天然氣

8、和柴油為燃料的相近型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電水平；而常規(guī)的鍋爐蒸汽發(fā)電僅為23左右。相同的煤氣量，CCPP 要比常規(guī)的鍋爐蒸汽發(fā)電多發(fā)出7090的電。 運(yùn)行靈活，調(diào)峰性能好  由于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中70由啟停靈活的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)出，故調(diào)峰性能好。一般在20min以?xún)?nèi)，聯(lián)合循環(huán)裝置可帶2/3額定負(fù)荷。 標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)  CCPP建設(shè)周期短，可分階段建設(shè)，一年內(nèi)即可發(fā)揮6070額定負(fù)荷，占地少，僅為PCFGD常規(guī)燃煤火力發(fā)電廠占地的1/3，節(jié)約了大量的土地資源，這對(duì)于地少人多的中國(guó)也是非常重要的。 節(jié)水效果顯著  CCPP為同容量常規(guī)燃煤電廠用水量的1/3左右。對(duì)于嚴(yán)重缺水

9、的華北、山東和西北地區(qū)是重要的優(yōu)勢(shì)條件。2.3 技術(shù)要求 對(duì)燃料品質(zhì)要求高  CCPP建設(shè)的前提條件是企業(yè)必須具有足夠的煤氣平衡，這要求有一個(gè)好的煤氣平衡計(jì)劃，否則將會(huì)導(dǎo)致CCPP因煤氣流量不足而使機(jī)組負(fù)荷不足，難以發(fā)揮效益。如因高爐煤氣不足而過(guò)量用焦?fàn)t煤氣補(bǔ)充，從經(jīng)濟(jì)上是不合算的，但技術(shù)上存在難度，不能無(wú)限制補(bǔ)充進(jìn)去。 對(duì)煤氣的各項(xiàng)指標(biāo)要求嚴(yán)格  如熱值、壓力、H2含量、O2含量、清潔度等，特別是燃燒高爐煤氣的機(jī)組，這在生產(chǎn)中對(duì)燃料要求不允許有很大的波動(dòng)。另外，煤氣燃燒后產(chǎn)生的氣體會(huì)對(duì)發(fā)電設(shè)備有比較大的影響，比如對(duì)后部煙道和余熱鍋爐有很強(qiáng)的腐蝕性、煤氣管道產(chǎn)生口香糖似的膠

10、狀物，因此必須做好詳細(xì)的化學(xué)分析，避免以后產(chǎn)生意想不到的問(wèn)題。 設(shè)備復(fù)雜，控制嚴(yán)格，維護(hù)困難費(fèi)用高  由于高爐煤氣熱值低，需要大流量高效率的煤氣壓縮機(jī)，同時(shí)高爐煤氣中含塵量大，在進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)之前需要進(jìn)行除塵。與常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)相比，CCPP的燃料系統(tǒng)增加了壓縮機(jī)、除塵器，因而其調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復(fù)雜，調(diào)節(jié)的參數(shù)多，調(diào)節(jié)的精度要求高。同時(shí)由于設(shè)備復(fù)雜，造成CCPP維修費(fèi)用很高，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的備件因?qū)倌蜔醾浼r(jià)格非常昂貴，大大超出常規(guī)發(fā)電機(jī)組。 技術(shù)水平需求高  CCPP燃燒的是低熱值煤氣，雖然目前已有寶山鋼鐵公司（簡(jiǎn)稱(chēng)寶鋼）建成的先例，但仍然存在一定的技術(shù)問(wèn)題和安全風(fēng)險(xiǎn)。高爐煤氣C

11、CPP發(fā)電技術(shù)時(shí)間不長(zhǎng)，成熟設(shè)備也不多，機(jī)組的可靠性還有待提高。3 CCPP經(jīng)濟(jì)分析3.1 投資較高一般CCPP項(xiàng)目單位投資費(fèi)用在800美元/kW左右。如寶鋼145MW高爐煤氣聯(lián)合發(fā)電項(xiàng)目預(yù)算總投資在10.5億元（折合1.26億美元），單位投資費(fèi)用約870美元/kW。3.2 經(jīng)濟(jì)效益需要的支持條件CCPP發(fā)電成本的高低與上網(wǎng)電價(jià)的高低這兩個(gè)因素，是決定CCPP企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。以寶鋼2000年CCPP的發(fā)電成本與太原鋼鐵公司（簡(jiǎn)稱(chēng)太鋼）CCPP可研報(bào)告的發(fā)電設(shè)計(jì)成本為例進(jìn)行分析比較。投資分析： 寶鋼設(shè)計(jì)預(yù)算單位投資為9186元/kW，實(shí)際決算單位投資7228元/kW；太鋼設(shè)計(jì)單位投資僅為66

12、58元/kW，見(jiàn)表1。表1 寶鋼與太鋼CCPP項(xiàng)目投資分析項(xiàng)目寶鋼太鋼可研設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì)實(shí)際(2000年)容量/MW14514581.4發(fā)電量/億kW.h9.45.865.41總投資/億元13.3210.48 5.42 單位投資費(fèi)用/元/（kW）-1918672286658成本分析： 寶鋼設(shè)計(jì)發(fā)電量為9.4億kW.h，單位制造成本為0.1558元/kW.h，其中燃料費(fèi)為00017元/kW.h，占制造成本的1.09。成本中大部分是修理費(fèi)、材料費(fèi)和折舊費(fèi)，這三項(xiàng)加起來(lái)占92.75。詳見(jiàn)表2。表2 寶鋼及太鋼可研設(shè)計(jì)發(fā)電成本比較項(xiàng)目寶鋼太鋼可研設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)際(2000年)制造成本/元(

13、kW.h)-1比例/制造成本/元(kW.h)-1比例/制造成本/元(kW.h)-1比例/燃料費(fèi)0.00171.090.00170.700.08545.41公用設(shè)施費(fèi)0.00352.250.00351.430.019710.52工資費(fèi)0.00161.030.00251.020.00090.48材料費(fèi)0.058737.680.094238.60修理費(fèi)0.028418.230.045618.690.02915.50折舊費(fèi)0.057436.840.09237.700.045824.47其他0.00452.890.00451.840.00683.63合計(jì)0.15581000.2441000.187210

14、0寶鋼2000年由于受到城市電網(wǎng)的限制，發(fā)電量?jī)H為5.86億kW.h，因此單位固定費(fèi)用上升。每度電的高爐煤氣費(fèi)用比例降低，相當(dāng)于成本的0.7，發(fā)電成本達(dá)0.24元/kW.h，比設(shè)計(jì)成本升高了0.0842元/kW.h。太鋼CCPP設(shè)計(jì)成本高于寶鋼CCPP設(shè)計(jì)成本，而低于寶鋼實(shí)際成本。太鋼CCPP單位發(fā)電成本為0.187元/kW.h。分析太鋼CCPP發(fā)電成本構(gòu)成發(fā)現(xiàn)，太鋼高爐煤氣收費(fèi)0.085元/kW.h，折舊和修理費(fèi)用（包括材料費(fèi)）兩項(xiàng)為0.075元/kW.h，這兩項(xiàng)費(fèi)用占全部發(fā)電成本的39.97，可見(jiàn)太鋼修理及材料費(fèi)用因無(wú)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)得較低。上述分析表明，寶鋼和太鋼的發(fā)電成本在0.15580

15、.244元/kW.h。如果使用寶鋼設(shè)計(jì)的固定費(fèi)用0.1541元/kW.h（因它具有代表性），使用太鋼的煤氣消耗量，并使用焦?fàn)t煤氣0.5元/m3（28.5元/GJ）和高爐煤氣0.035元/m3（10元/GJ），對(duì)不同焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣配比進(jìn)行測(cè)算發(fā)電制造成本見(jiàn)表3。表3 不同高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣配比成本分析 元/kW.h項(xiàng)目單價(jià)焦?fàn)t煤氣配比5204060焦?fàn)t煤氣0.5元/m3(28.5元/GJ)0.0110.0450.090.135高爐煤氣0.035元/m3(10元/GJ)0.0750.0630.0470.032合計(jì)0.0860.1080.1370.167如取寶鋼固定費(fèi)用0.1541元/KW.h制造成本0.240.2620.2920.321    分析表明，隨著焦?fàn)t煤氣所占的比重加大，發(fā)電成本上升，由0.24元/kW.h上升到0.321元/kW.h。如果沒(méi)有低成本的燃料和較好的上網(wǎng)電價(jià)支持，企業(yè)可能無(wú)經(jīng)濟(jì)效益。4 結(jié)語(yǔ)CCPP項(xiàng)目環(huán)保效益好，發(fā)電效率高，但需要有一定的人員素質(zhì)和技術(shù)水平，要取