鋼鐵企業(yè)余能回收

1、鋼鐵企業(yè)余能回收（CCPP） 2015年1月主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、燃氣輪機一、燃氣輪機二、汽輪機二、汽輪機三、燃氣輪和汽輪機的比較三、燃氣輪和汽輪機的比較四、燃氣輪機與汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電四、燃氣輪機與汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電五、五、CCPPCCPP技術(shù)要求技術(shù)要求六、高爐煤氣高效利用技術(shù)六、高爐煤氣高效利用技術(shù)七、焦爐煤氣七、焦爐煤氣CCPPCCPP八、燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)（八、燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)（CCHPCCHP）九、整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（九、整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCCIGCC）十、社會效益十、社會效益一、一、 燃氣輪機燃氣輪機 燃氣輪機是一種以空氣及燃氣為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)

2、式熱力發(fā)動機，它的結(jié)構(gòu)與飛機噴氣式發(fā)動機 一致，也類似蒸汽輪機。主要結(jié)構(gòu)有三部分： 1、燃氣輪機（透平或動力渦輪）； 2、壓氣機（空氣壓縮機）； 3、燃燒室。 其工作原理為：葉輪式壓縮機從外部吸收空氣 ，壓縮后送入燃燒室，同時燃料（氣體或液體 燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在 定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入燃 氣輪機膨脹作工，推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn)，乏 氣排入大氣中或再加利用。 燃氣輪機具有效率高、功率大、體積小、投資省、運行成本低和壽命周期較長等優(yōu)點。主要用于發(fā)電、交通和工業(yè)動力。燃氣輪機分為輕型燃氣輪機和重型燃氣輪機，輕型燃氣輪機為航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)型，其優(yōu)勢在于裝機快、體積小、

3、啟動快、簡單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動力。重型燃氣輪機為工業(yè)型燃機，其優(yōu)勢為運行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。布雷頓循環(huán)（布雷頓循環(huán)（ Brayton Cycle ）T-ST-S圖圖燃氣輪機電站示意圖燃氣輪機電站示意圖布雷頓循環(huán)計算三、汽輪機三、汽輪機 汽輪機的主要元件是由噴嘴（也稱靜葉）與動葉（也稱葉片）兩個部件組成。噴嘴固定在機殼或隔板上，動葉固定在輪盤上。 蒸汽通過噴嘴時，壓力下降，體積膨脹形成高速汽流，推動葉輪旋轉(zhuǎn)而作功。如果蒸汽在葉片中壓力不再降低，也就是蒸汽在葉片通道中的流速（即相對速度）不變化，只是依靠汽流對葉片的沖擊力量而推動轉(zhuǎn)

4、子轉(zhuǎn)動，這類汽輪機稱為沖動式，也稱壓力級，在工業(yè)中應用廣泛。如果蒸汽在葉片中繼續(xù)膨脹（簡稱相對速度）比進口時要大，這種汽輪機的作功不僅由于蒸汽對葉片的沖擊力，而且還有由于蒸汽相對速度的變化而產(chǎn)生的巨大的反作用力，因此這類汽輪機稱為反動式汽輪機。朗肯循環(huán)（朗肯循環(huán)（Rankine cycleRankine cycle）汽輪機發(fā)電裝置示意圖汽輪機發(fā)電裝置示意圖汽輪機輸出功和循環(huán)效率汽輪機輸出功和循環(huán)效率 通過水蒸氣的通過水蒸氣的h-sh-s圖查取。圖查取。 狀態(tài)狀態(tài)1 1：根據(jù)t1，p1，查得h1，s1； 狀態(tài)狀態(tài)2 2：根據(jù)p2及s2= s1，查得h2、t2 及x2； 汽輪機輸出功：汽輪機輸出功

5、： w= h1-h2 (kJ/kg)。 循環(huán)效率：循環(huán)效率： t=（h1-h2)(h1-120)。 其中：其中： h焓； s熵； t1汽輪機進口溫度； p1 汽 輪機進口壓力； p2 汽輪機出 口壓力； t2 汽輪機出口溫度； X 蒸 汽干度。三、燃氣輪和汽輪機的比較三、燃氣輪和汽輪機的比較蒸汽輪機發(fā)電以超臨界或超超臨界提高蒸汽初參數(shù)來提高熱效率，但是畢竟不及燃氣輪機采用燃氣的布雷頓循環(huán)更有效，且隨著蒸汽參數(shù)的提高，技術(shù)上的困難性以及造價和可靠性都受限制；此外，燃氣輪機發(fā)電技術(shù)在對有害氣體排放污染上的有效控制同樣優(yōu)于常規(guī)火力發(fā)電。由于燃氣輪機排放污染小的優(yōu)點，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)或人口密集地等特定地

6、區(qū)不宜再裝燃煤機組，而主要以燃氣輪機發(fā)電。由于燃氣輪機起動快，快速反應性能好，在電網(wǎng)中發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)節(jié)或應急備用的作用。燃氣輪機占地面積小，耗水少或不耗水，是海上平臺或沙漠地區(qū)的發(fā)電動力，此外油氣田直接使用油、氣為燃料，當然應用燃氣輪機發(fā)電。 四、燃氣輪機與汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電四、燃氣輪機與汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 CCPP（ Combined Cycle Power Plant ）燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組是由燃氣輪機組的布雷頓循環(huán)以及汽輪機的朗肯循環(huán)所組成 （1）透平前燃氣的進口溫度都已超過1100，有些燃氣進口溫度達到1288，高的甚至達1430。 （2）燃氣輪機簡單循環(huán)的熱效率已提高到36以上，高

7、的達3839.5。（3）燃氣輪機高溫部件（渦輪噴咀，動葉）的材料，已發(fā)展到合金金相結(jié)構(gòu)控制的材料，出現(xiàn)了同向結(jié)晶或定向結(jié)晶的GTDII1，DS GTD111，最新材料已使用單晶工藝。金屬材料的進步還表現(xiàn)在涂層的應用上。涂層減輕了腐蝕和氧化，使用壽命增長了1020倍，早期有鉑鋁（Pt Al）涂層，后來又發(fā)展等離子保護GT-29和CT-29IN-PLUS TM等。先進材料和涂層的應用使透平前燃氣進口溫度提高150200左右。（4）改進冷卻技術(shù)?，F(xiàn)已廣泛采用氣膜冷卻、發(fā)散冷卻。最新蒸汽閉式循環(huán)冷卻技術(shù)可使透平前燃氣進口溫度再提高500800。 （5）燃氣輪機簡單循環(huán)單機功率已發(fā)展到100 MW以上等

8、級的大機組，近年來250300 MW的機組也已投入商業(yè)運營。 （6）燃氣輪機發(fā)電已廣泛實現(xiàn)能量的綜合利用，循環(huán)方式多樣化，特別是燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)更為完善，裝置凈效率已提高到58-60，出現(xiàn)了燃氣、蒸汽集于一體的單軸機組。 采用兩段分部燃燒可看作是一種革命性的突破由于兩次燃燒，壓氣機采用30：1的高壓比航空型壓氣機后，排氣溫度仍能達到640 （比GE9351FA高48），聯(lián)合循環(huán)效率可達58.96（比GE9351FA約高1.49）CCPP聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在CCPP聯(lián)合循環(huán)中，燃氣布雷頓熱力循環(huán)和蒸汽朗肯熱力循環(huán)疊加組合起來，燃料先在燃氣輪機的燃燒室內(nèi)燃燒，并推動燃氣渦輪做功發(fā)電；再將排出的

9、500600的煙氣用于余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電。這就組成了燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，由于燃氣溫度達到了10001400，使得燃料的能量得到了合理地梯級利用，提高了整個循環(huán)的發(fā)電效率。上海寶鋼1996年建成一座150MW一軸布置的CCPP裝置，輸出功率150MW，總熱效率45.52%，已超過當時超臨界壓力汽輪發(fā)電機組水平。煤氣經(jīng)過凈化后， 進入燃氣輪發(fā)電機組，該機組主要由透平壓縮機、燃 燒室和燃氣輪發(fā)電機組三大設(shè)備組成；燃氣輪機排氣 再進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，以驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電；CCPP聯(lián)合循環(huán)熱效率高到50%。一般汽輪機的容量為燃氣輪容量的 13左右。 因裝置布置方式不同，可分為一軸布置

10、的CCPP裝置、雙軸布置的CCPP裝置。CCPPCCPP發(fā)展概況發(fā)展概況 世界發(fā)達國家主要鋼鐵廠均裝有燃用高爐煤氣的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。 上海寶山鋼鐵股份有限公司于1997年投產(chǎn)的兩臺145MW機組是鋼鐵行業(yè)目前最大的煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。該機組100%全燒高爐煤氣，煤氣熱值為3276kJ/m3，按寶股目前運行的情況，每臺機組小時耗高爐煤氣3336萬立方米，機組輸出功率145MW，并可供應蒸汽180t/h，熱效率達46.52%，投產(chǎn)后年發(fā)電量11億kW.h。 除寶鋼外，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)投入運行的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組還有濟鋼的65MW和通鋼的56MW機組，均取得了不錯的環(huán)保和經(jīng)濟效

11、益。同時，太鋼、沙鋼等很多鋼鐵企業(yè)也正在建設(shè)或有意應用此項技術(shù)。 一軸布置的一軸布置的CCPPCCPP（寶鋼）（寶鋼）雙軸布置的雙軸布置的CCPPCCPP世界先進的世界先進的CCPPCCPP機組性能參數(shù)機組性能參數(shù)五、五、CCPPCCPP技術(shù)要求技術(shù)要求燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的建設(shè)與運行要求較高的技術(shù)水平。首先，其建設(shè)前提必須具有充足、穩(wěn)定的燃料供應，且對燃料的熱值、壓力等指標有較嚴格的要求。同時，與常規(guī)燃氣輪機相比，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)增加了壓縮機、除塵器等設(shè)備，因而其調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復雜，調(diào)節(jié)的參數(shù)多，調(diào)節(jié)的精度要求高，維修費用也遠高于常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)。目前，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)主要采用常規(guī)鍋爐蒸汽輪機

12、發(fā)電以及燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電兩種技術(shù)。與常規(guī)的鍋爐蒸汽輪機發(fā)電相比，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電具有高效率、提高能源利用率及環(huán)保等方面的優(yōu)越性。 六、高爐煤氣高效利用技術(shù)六、高爐煤氣高效利用技術(shù) 高爐煤氣等低熱值煤氣燃汽輪機CCPP技術(shù)是充分利用鋼鐵聯(lián)合企業(yè)高爐等副產(chǎn)煤氣，最大可能地提高能源利用效率，發(fā)揮煤氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)優(yōu)勢的先進技術(shù)。 此技術(shù)主要設(shè)備有：高爐煤氣供給系統(tǒng)、燃氣輪機系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、蒸汽輪機系統(tǒng)和發(fā)電機組系統(tǒng)組成。主要設(shè)備有空氣壓縮機、高爐煤氣壓縮機、空氣預熱器、煤氣預熱器、燃氣輪機、余熱鍋爐、發(fā)電機和勵磁機等，一般分為單軸和多軸布置形式。 高爐煤氣等低熱值煤氣燃汽輪機CCPP技術(shù)

13、先進，在不外供熱時熱電轉(zhuǎn)換效率可達40%45% 。高爐煤氣低熱值高爐煤氣低熱值CCPPCCPP主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)高爐煤氣低熱值高爐煤氣低熱值CCPP工藝流程工藝流程M701SDA 典型電廠平面布置典型電廠平面布置M701S(DA)主要設(shè)備規(guī)格主要設(shè)備規(guī)格低熱值煤氣燃燒技術(shù)難度低熱值煤氣燃燒技術(shù)難度 低熱值煤氣燃燒不易穩(wěn)定，低熱值煤氣體積龐大低熱值煤氣體積龐大，煤氣壓縮功增加。采用高爐煤氣等低熱值煤氣燃汽輪機CCPP技術(shù)前提條件是鋼鐵企業(yè)必須具有完善的煤氣平衡計劃，避免因煤氣流量不足而使機組負荷不足，而影響效能發(fā)揮。 由于高爐煤氣熱值低，需要大流量高效率大流量高效率的煤氣壓縮機，同時高爐煤

14、氣中含塵量大，在進入煤氣壓縮機之前需要進行除塵除塵。 目前世界天然氣為燃料的大型CCPP的熱電轉(zhuǎn)換效率高達50-58%，而低熱值煤氣為燃料的CCPP只有45%-52%左右。低熱值煤氣燃燒技術(shù)只被少數(shù)公司掌握，一種是ABB、新比隆公司及日本川崎成套ABB的單管燃燒室燃燒室燃氣輪機技術(shù)，另一種是公司與三菱公司的分管燃燒室的燃機，國內(nèi)目前已采用此引進或合資聯(lián)合制造技術(shù)設(shè)備的有寶山鋼鐵公司、通化鋼鐵公司和濟南鋼鐵公司。燃燒室決定能否燒低熱值燃燒室決定能否燒低熱值七、焦爐煤氣七、焦爐煤氣CCPPCCPP按煤料加工的重量轉(zhuǎn)換計算，焦爐煤氣是僅次于焦炭的煉焦產(chǎn)品，每噸焦炭可副產(chǎn)400多立方米的焦爐煤氣。這些

15、焦爐煤氣除焦爐自身加熱使用外，每生產(chǎn)1噸焦炭還有200多立方米的富余。焦爐煤氣是優(yōu)質(zhì)的中熱值氣體燃料，其熱值為17兆焦19兆焦/標準立方米，煤氣的主要成分（體積百分比）為氫55%60%、甲烷23%27%、一氧化碳5%8%，含兩個以上個碳原子的不飽和烴2%4%，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。焦爐煤氣發(fā)電有三種方式，分別為蒸汽發(fā)電（熱電聯(lián)產(chǎn)）、燃氣輪機發(fā)電和內(nèi)燃機發(fā)電 。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（CCPP）。該技術(shù)的基本原理是將剩余的焦爐煤氣和回收的高爐煤氣經(jīng)凈化、混合、加壓后送往燃氣輪機燃燒、膨脹做功，帶動燃氣輪發(fā)電機組發(fā)電。同時燃氣輪機排放的高溫煙氣加熱余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽，帶動蒸汽輪發(fā)電機組，

16、形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。燃氣蒸汽聯(lián)合發(fā)電是熱能資源的高效梯級綜合利用，其發(fā)電效率高達45%以上 。 焦爐煤氣焦爐煤氣CCPP示意圖示意圖八、燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)（八、燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)（CCHPCCHP）九、整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合九、整體煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（循環(huán)發(fā)電技術(shù)（ IGCC IGCC ） 先將煤在氣化爐中氣化成為中熱值或低熱值煤氣，然后經(jīng)過凈化，把煤氣中灰份、含硫化合物（如H2S)等雜質(zhì)除掉，生成潔凈煤氣，供給燃氣輪機做功，井與蒸汽輪機組合起來，形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。 IGCC（ Integrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電系統(tǒng)有煤的前處理裝置，包

17、括氣化裝置、煤氣凈化裝置、燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機及相關(guān)的公用系統(tǒng)輔助設(shè)備組成。其中，除氣化裝置和煤氣凈化裝置外，其余均是熟悉常用的設(shè)備，因此，氣化爐是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 IGCCIGCC的特點：的特點： （1 1）熱效率高）熱效率高 ； （2 2）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良；）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良； （3 3）燃料適應性強，同一電站設(shè)備可燃用多種燃料，對高硫煤有獨特的適）燃料適應性強，同一電站設(shè)備可燃用多種燃料，對高硫煤有獨特的適應性。應性。 （4 4）容量可大型化，單位造價不斷降低。）容量可大型化，單位造價不斷降低。 （5 5）調(diào)峰性能好，起停機時間短。）調(diào)峰性能好，起停機時間短。I

18、GCC工藝流程簡圖 煤炭潔凈燃燒發(fā)電技術(shù)煤炭潔凈燃燒發(fā)電技術(shù) 我國長期以來以煤為主要的一次能源，發(fā)展以煤為燃料的聯(lián)合循環(huán)，同時實現(xiàn)清潔、高效雙重目的，IGCC是首選的先進“綠色發(fā)電”方式。 現(xiàn)在世界上已建、在建和擬建的IGCC電站近約50座，我國從1994年開始對IGCC示范工程進行預可行性研究，國家電力公司已在山東煙臺電廠建設(shè)一座容量為300400MW的IGCC示范電站 。 燃燒前處理（源處理）指在開采到用戶使用前這一階段煤的處理方法，主要有：洗選煤、型煤、水煤漿，煤的氣化等。 IGCC( 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)) 熱效率可達42% 46%,美國Camden電站（發(fā)電出力480 MW，效率46）。 避免了NOx、SOx 等大氣污染物的排放, 減小了環(huán)境污染。 發(fā)展發(fā)展IGCCIGCC的主要難點的主要難點 1、經(jīng)濟性。IGCC電站的造價目前是普通燃煤電站造價的兩倍以上。 2、技術(shù)關(guān)鍵。 解決燃氣輪機如何提高適應燃料范圍的