高炉煤气发电

1、煤气蒸汽联合循环发电项目有关问题的探讨 刘韶山，韩晰宇 （济南钢铁集团总公司 发展规划部，山东 济南 250101） 摘要：煤气蒸汽联合循环发电工程利用回收的高炉煤气为能源发电，可合理利用资源，起到能源优化，减少环境污染的作用。通过对宝钢、太钢CCPP项目进行分析，提出了项目的可行性及存在的风险，为企业决策提供依据。 关键词：煤气蒸汽联合发电；技术分析；经济分析；环保；能源利用 中图分类号：TM611.31 文献标识码：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 前言钢铁企业在炼铁过程中，要产生大量的副产品高炉煤气。一般情况下，高炉煤气除了在热风炉中自用和供炼焦炉加热外，还用于锅炉燃烧产生蒸汽，以及利用本身的压力，通过膨胀透平拖动发电机发电（简称TRT）等。但还有一部分多余的高炉煤气未能回收利用而排放，造成能源的浪费和环境污染。煤气蒸汽联合循环发电工程（简称CCPP）是利用回收的高炉煤气为能源发电，从而实现合理利用资源，起到能源优化，减少环境污染的作用，它具有热效率高，可以电力、蒸汽并供，启动迅速，操作方便，调节灵活，占地少，建设周期短等优点。国内外各

5、钢铁企业都积极建设或计划建设这一项目，以改善企业生产环境，降低有害气体的排放，改善居民生存环境，充分利用低热值资源，节能降耗，降低成本。2 CCPP工艺特点2.1 基本原理燃气轮机是一种应用广泛的动力机械，近年来随着材料和冷却技术的发展，燃气轮机的初温不断提高，从而使燃气轮机循环热效率得到进一步提高。而对于纯蒸汽动力循环来说，现代蒸汽动力循环采取了回热再热等措施也使纯蒸汽循环的热效率有较大地提高。对同一种工质来说，较高的吸热平均温度和较低的放热平均温度是不可兼得的。但采用多种工质组成的联合循环装置则可以达到高的吸热平均温度和低的放热平均温度。燃气轮机循环吸热平均温度高，纯蒸汽动力循环放热平均温

6、度低，把这两种循环联合起来组成煤气蒸汽联合循环显然可以提高循环热效率。其原理如图1所示。图1 煤气蒸汽联合循环发电原理CCPP一般由高炉煤气供给系统、燃气轮机系统、余热锅炉系统、蒸汽轮机系统和发电机组系统组成。主要设备有空气压缩机、高炉煤气压缩机、空气预热器、煤气预热器、燃气轮机、余热锅炉、发电机和励磁机等，一般分为单轴和多轴布置形式。CCPP工艺流程为：经除尘加压的高炉煤气与加压的空气混合后进入燃烧室并燃烧，所产生的高温、高压燃气进入燃气透平机组膨胀作功，燃气轮机通过减速齿轮传递到汽轮发电机组发电；燃气轮机作功后的排气进入余热锅炉，产生蒸汽后进入蒸汽轮机作功，带动发电机组发电，这就组成煤气蒸

7、汽联合循环发电系统。2.2 工艺特点 降低污染物排放，提高环保效益  高炉煤气综合利用一直是钢铁企业能源利用的难点，过去作为锅炉的燃料产生蒸汽来驱动汽轮机发电，其热效率只能达25左右，或者直接焚烧排放到大气中，造成对大气的污染。而CCPP排烟中CO2排放比常规火力电厂减少4550，没有SO2、飞灰及灰渣排放，NOx排放很低，目前已达到小于25 mgkg，今后有望达到59 mgkg。CCPP真正的效益在于回收了大量浪费的能源，替代了一定量的燃煤，具有可观的经济效益和良好的环保效益。 热效率高，发电效率高  CCPP技术先进，发电率高。在不外供热时高达40%45，已接近以天然气

8、和柴油为燃料的相近型号的燃气轮机联合循环发电水平；而常规的锅炉蒸汽发电仅为23左右。相同的煤气量，CCPP 要比常规的锅炉蒸汽发电多发出7090的电。 运行灵活，调峰性能好  由于联合循环发电中70由启停灵活的燃气轮机发出，故调峰性能好。一般在20min以内，联合循环装置可带2/3额定负荷。 标准的模块化设计  CCPP建设周期短，可分阶段建设，一年内即可发挥6070额定负荷，占地少，仅为PCFGD常规燃煤火力发电厂占地的1/3，节约了大量的土地资源，这对于地少人多的中国也是非常重要的。 节水效果显著  CCPP为同容量常规燃煤电厂用水量的1/3左右。对于严重缺水

9、的华北、山东和西北地区是重要的优势条件。2.3 技术要求 对燃料品质要求高  CCPP建设的前提条件是企业必须具有足够的煤气平衡，这要求有一个好的煤气平衡计划，否则将会导致CCPP因煤气流量不足而使机组负荷不足，难以发挥效益。如因高炉煤气不足而过量用焦炉煤气补充，从经济上是不合算的，但技术上存在难度，不能无限制补充进去。 对煤气的各项指标要求严格  如热值、压力、H2含量、O2含量、清洁度等，特别是燃烧高炉煤气的机组，这在生产中对燃料要求不允许有很大的波动。另外，煤气燃烧后产生的气体会对发电设备有比较大的影响，比如对后部烟道和余热锅炉有很强的腐蚀性、煤气管道产生口香糖似的胶

10、状物，因此必须做好详细的化学分析，避免以后产生意想不到的问题。 设备复杂，控制严格，维护困难费用高  由于高炉煤气热值低，需要大流量高效率的煤气压缩机，同时高炉煤气中含尘量大，在进入煤气压缩机之前需要进行除尘。与常规燃气轮机相比，CCPP的燃料系统增加了压缩机、除尘器，因而其调节系统比较复杂，调节的参数多，调节的精度要求高。同时由于设备复杂，造成CCPP维修费用很高，尤其是燃气轮机的备件因属耐热备件价格非常昂贵，大大超出常规发电机组。 技术水平需求高  CCPP燃烧的是低热值煤气，虽然目前已有宝山钢铁公司（简称宝钢）建成的先例，但仍然存在一定的技术问题和安全风险。高炉煤气C

11、CPP发电技术时间不长，成熟设备也不多，机组的可靠性还有待提高。3 CCPP经济分析3.1 投资较高一般CCPP项目单位投资费用在800美元/kW左右。如宝钢145MW高炉煤气联合发电项目预算总投资在10.5亿元（折合1.26亿美元），单位投资费用约870美元/kW。3.2 经济效益需要的支持条件CCPP发电成本的高低与上网电价的高低这两个因素，是决定CCPP企业经济效益的关键。以宝钢2000年CCPP的发电成本与太原钢铁公司（简称太钢）CCPP可研报告的发电设计成本为例进行分析比较。投资分析： 宝钢设计预算单位投资为9186元/kW，实际决算单位投资7228元/kW；太钢设计单位投资仅为66

12、58元/kW，见表1。表1 宝钢与太钢CCPP项目投资分析项目宝钢太钢可研设计设 计实际(2000年)容量/MW14514581.4发电量/亿kW.h9.45.865.41总投资/亿元13.3210.48 5.42 单位投资费用/元/（kW）-1918672286658成本分析： 宝钢设计发电量为9.4亿kW.h，单位制造成本为0.1558元/kW.h，其中燃料费为00017元/kW.h，占制造成本的1.09。成本中大部分是修理费、材料费和折旧费，这三项加起来占92.75。详见表2。表2 宝钢及太钢可研设计发电成本比较项目宝钢太钢可研设计设计实际(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/燃料费0.00171.090.00170.700.08545.41公用设施费0.00352.250.00351.430.019710.52工资费0.00161.030.00251.020.00090.48材料费0.058737.680.094238.60修理费0.028418.230.045618.690.02915.50折旧费0.057436.840.09237.700.045824.47其他0.00452.890.00451.840.00683.63合计0.15581000.2441000.187210

14、0宝钢2000年由于受到城市电网的限制，发电量仅为5.86亿kW.h，因此单位固定费用上升。每度电的高炉煤气费用比例降低，相当于成本的0.7，发电成本达0.24元/kW.h，比设计成本升高了0.0842元/kW.h。太钢CCPP设计成本高于宝钢CCPP设计成本，而低于宝钢实际成本。太钢CCPP单位发电成本为0.187元/kW.h。分析太钢CCPP发电成本构成发现，太钢高炉煤气收费0.085元/kW.h，折旧和修理费用（包括材料费）两项为0.075元/kW.h，这两项费用占全部发电成本的39.97，可见太钢修理及材料费用因无实践经验而设计得较低。上述分析表明，宝钢和太钢的发电成本在0.15580

15、.244元/kW.h。如果使用宝钢设计的固定费用0.1541元/kW.h（因它具有代表性），使用太钢的煤气消耗量，并使用焦炉煤气0.5元/m3（28.5元/GJ）和高炉煤气0.035元/m3（10元/GJ），对不同焦炉煤气和高炉煤气配比进行测算发电制造成本见表3。表3 不同高炉煤气与焦炉煤气配比成本分析 元/kW.h项目单价焦炉煤气配比5204060焦炉煤气0.5元/m3(28.5元/GJ)0.0110.0450.090.135高炉煤气0.035元/m3(10元/GJ)0.0750.0630.0470.032合计0.0860.1080.1370.167如取宝钢固定费用0.1541元/KW.h制造成本0.240.2620.2920.321    分析表明，随着焦炉煤气所占的比重加大，发电成本上升，由0.24元/kW.h上升到0.321元/kW.h。如果没有低成本的燃料和较好的上网电价支持，企业可能无经济效益。4 结语CCPP项目环保效益好，发电效率高，但需要有一定的人员素质和技术水平，要取