钢铁企业余能回收

1、钢铁企业余能回收（CCPP） 2015年1月主要内容主要内容一、燃气轮机一、燃气轮机二、汽轮机二、汽轮机三、燃气轮和汽轮机的比较三、燃气轮和汽轮机的比较四、燃气轮机与汽轮机联合循环发电四、燃气轮机与汽轮机联合循环发电五、五、CCPPCCPP技术要求技术要求六、高炉煤气高效利用技术六、高炉煤气高效利用技术七、焦炉煤气七、焦炉煤气CCPPCCPP八、燃气轮机热电冷联产（八、燃气轮机热电冷联产（CCHPCCHP）九、整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电技术（九、整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电技术（IGCCIGCC）十、社会效益十、社会效益一、一、 燃气轮机燃气轮机 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转

2、式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机 一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分： 1、燃气轮机（透平或动力涡轮）； 2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。 其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气 ，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体 燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在 定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃 气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏 气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、

3、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。布雷顿循环（布雷顿循环（ Brayton Cycle ）T-ST-S图图燃气轮机电站示意图燃气轮机电站示意图布雷顿循环计算三、汽轮机三、汽轮机 汽轮机的主要元件是由喷嘴（也称静叶）与动叶（也称叶片）两个部件组成。喷嘴固定在机壳或隔板上，动叶固定在轮盘上。 蒸汽通过喷嘴时，压力下降，体积膨胀形成高速汽流，推动叶轮旋转而作功。如果蒸汽在叶片中压力不再降低，也就是蒸汽在叶片通道中的流速（即相对速度）不变化，只是依靠汽流对叶片的冲击力量而推动转

4、子转动，这类汽轮机称为冲动式，也称压力级，在工业中应用广泛。如果蒸汽在叶片中继续膨胀（简称相对速度）比进口时要大，这种汽轮机的作功不仅由于蒸汽对叶片的冲击力，而且还有由于蒸汽相对速度的变化而产生的巨大的反作用力，因此这类汽轮机称为反动式汽轮机。朗肯循环（朗肯循环（Rankine cycleRankine cycle）汽轮机发电装置示意图汽轮机发电装置示意图汽轮机输出功和循环效率汽轮机输出功和循环效率 通过水蒸气的通过水蒸气的h-sh-s图查取。图查取。 状态状态1 1：根据t1，p1，查得h1，s1； 状态状态2 2：根据p2及s2= s1，查得h2、t2 及x2； 汽轮机输出功：汽轮机输出功

5、： w= h1-h2 (kJ/kg)。 循环效率：循环效率： t=（h1-h2)(h1-120)。 其中：其中： h焓； s熵； t1汽轮机进口温度； p1 汽 轮机进口压力； p2 汽轮机出 口压力； t2 汽轮机出口温度； X 蒸 汽干度。三、燃气轮和汽轮机的比较三、燃气轮和汽轮机的比较蒸汽轮机发电以超临界或超超临界提高蒸汽初参数来提高热效率，但是毕竟不及燃气轮机采用燃气的布雷顿循环更有效，且随着蒸汽参数的提高，技术上的困难性以及造价和可靠性都受限制；此外，燃气轮机发电技术在对有害气体排放污染上的有效控制同样优于常规火力发电。由于燃气轮机排放污染小的优点，在经济发达地区或人口密集地等特定地

6、区不宜再装燃煤机组，而主要以燃气轮机发电。由于燃气轮机起动快，快速反应性能好，在电网中发挥调峰、调节或应急备用的作用。燃气轮机占地面积小，耗水少或不耗水，是海上平台或沙漠地区的发电动力，此外油气田直接使用油、气为燃料，当然应用燃气轮机发电。 四、燃气轮机与汽轮机联合循环发电四、燃气轮机与汽轮机联合循环发电 CCPP（ Combined Cycle Power Plant ）燃气蒸汽联合循环发电机组是由燃气轮机组的布雷顿循环以及汽轮机的朗肯循环所组成 （1）透平前燃气的进口温度都已超过1100，有些燃气进口温度达到1288，高的甚至达1430。 （2）燃气轮机简单循环的热效率已提高到36以上，高

7、的达3839.5。（3）燃气轮机高温部件（涡轮喷咀，动叶）的材料，已发展到合金金相结构控制的材料，出现了同向结晶或定向结晶的GTDII1，DS GTD111，最新材料已使用单晶工艺。金属材料的进步还表现在涂层的应用上。涂层减轻了腐蚀和氧化，使用寿命增长了1020倍，早期有铂铝（Pt Al）涂层，后来又发展等离子保护GT-29和CT-29IN-PLUS TM等。先进材料和涂层的应用使透平前燃气进口温度提高150200左右。（4）改进冷却技术。现已广泛采用气膜冷却、发散冷却。最新蒸汽闭式循环冷却技术可使透平前燃气进口温度再提高500800。 （5）燃气轮机简单循环单机功率已发展到100 MW以上等

8、级的大机组，近年来250300 MW的机组也已投入商业运营。 （6）燃气轮机发电已广泛实现能量的综合利用，循环方式多样化，特别是燃气一蒸汽联合循环发电技术更为完善，装置净效率已提高到58-60，出现了燃气、蒸汽集于一体的单轴机组。 采用两段分部燃烧可看作是一种革命性的突破由于两次燃烧，压气机采用30：1的高压比航空型压气机后，排气温度仍能达到640 （比GE9351FA高48），联合循环效率可达58.96（比GE9351FA约高1.49）CCPP联合循环发电在CCPP联合循环中，燃气布雷顿热力循环和蒸汽朗肯热力循环叠加组合起来，燃料先在燃气轮机的燃烧室内燃烧，并推动燃气涡轮做功发电；再将排出的

9、500600的烟气用于余热锅炉产生蒸汽，驱动汽轮机发电。这就组成了燃气蒸汽联合循环发电，由于燃气温度达到了10001400，使得燃料的能量得到了合理地梯级利用，提高了整个循环的发电效率。上海宝钢1996年建成一座150MW一轴布置的CCPP装置，输出功率150MW，总热效率45.52%，已超过当时超临界压力汽轮发电机组水平。煤气经过净化后， 进入燃气轮发电机组，该机组主要由透平压缩机、燃 烧室和燃气轮发电机组三大设备组成；燃气轮机排气 再进入余热锅炉产生蒸汽，以驱动汽轮发电机组发电；CCPP联合循环热效率高到50%。一般汽轮机的容量为燃气轮容量的 13左右。 因装置布置方式不同，可分为一轴布置

10、的CCPP装置、双轴布置的CCPP装置。CCPPCCPP发展概况发展概况 世界发达国家主要钢铁厂均装有燃用高炉煤气的燃气蒸汽联合循环发电机组。 上海宝山钢铁股份有限公司于1997年投产的两台145MW机组是钢铁行业目前最大的煤气蒸汽联合循环发电机组。该机组100%全烧高炉煤气，煤气热值为3276kJ/m3，按宝股目前运行的情况，每台机组小时耗高炉煤气3336万立方米，机组输出功率145MW，并可供应蒸汽180t/h，热效率达46.52%，投产后年发电量11亿kW.h。 除宝钢外，国内钢铁企业已经投入运行的燃气蒸汽联合循环发电机组还有济钢的65MW和通钢的56MW机组，均取得了不错的环保和经济效

11、益。同时，太钢、沙钢等很多钢铁企业也正在建设或有意应用此项技术。 一轴布置的一轴布置的CCPPCCPP（宝钢）（宝钢）双轴布置的双轴布置的CCPPCCPP世界先进的世界先进的CCPPCCPP机组性能参数机组性能参数五、五、CCPPCCPP技术要求技术要求燃气蒸汽联合循环发电的建设与运行要求较高的技术水平。首先，其建设前提必须具有充足、稳定的燃料供应，且对燃料的热值、压力等指标有较严格的要求。同时，与常规燃气轮机相比，燃气蒸汽联合循环发电系统增加了压缩机、除尘器等设备，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，维修费用也远高于常规发电系统。目前，国内钢铁企业主要采用常规锅炉蒸汽轮机

12、发电以及燃气蒸汽联合循环发电两种技术。与常规的锅炉蒸汽轮机发电相比，燃气蒸汽联合循环发电具有高效率、提高能源利用率及环保等方面的优越性。 六、高炉煤气高效利用技术六、高炉煤气高效利用技术 高炉煤气等低热值煤气燃汽轮机CCPP技术是充分利用钢铁联合企业高炉等副产煤气，最大可能地提高能源利用效率，发挥煤气-蒸汽联合循环优势的先进技术。 此技术主要设备有：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。 高炉煤气等低热值煤气燃汽轮机CCPP技术

13、先进，在不外供热时热电转换效率可达40%45% 。高炉煤气低热值高炉煤气低热值CCPPCCPP主要技术参数主要技术参数高炉煤气低热值高炉煤气低热值CCPP工艺流程工艺流程M701SDA 典型电厂平面布置典型电厂平面布置M701S(DA)主要设备规格主要设备规格低热值煤气燃烧技术难度低热值煤气燃烧技术难度 低热值煤气燃烧不易稳定，低热值煤气体积庞大低热值煤气体积庞大，煤气压缩功增加。采用高炉煤气等低热值煤气燃汽轮机CCPP技术前提条件是钢铁企业必须具有完善的煤气平衡计划，避免因煤气流量不足而使机组负荷不足，而影响效能发挥。 由于高炉煤气热值低，需要大流量高效率大流量高效率的煤气压缩机，同时高炉煤

14、气中含尘量大，在进入煤气压缩机之前需要进行除尘除尘。 目前世界天然气为燃料的大型CCPP的热电转换效率高达50-58%，而低热值煤气为燃料的CCPP只有45%-52%左右。低热值煤气燃烧技术只被少数公司掌握，一种是ABB、新比隆公司及日本川崎成套ABB的单管燃烧室燃烧室燃气轮机技术，另一种是公司与三菱公司的分管燃烧室的燃机，国内目前已采用此引进或合资联合制造技术设备的有宝山钢铁公司、通化钢铁公司和济南钢铁公司。燃烧室决定能否烧低热值燃烧室决定能否烧低热值七、焦炉煤气七、焦炉煤气CCPPCCPP按煤料加工的重量转换计算，焦炉煤气是仅次于焦炭的炼焦产品，每吨焦炭可副产400多立方米的焦炉煤气。这些

15、焦炉煤气除焦炉自身加热使用外，每生产1吨焦炭还有200多立方米的富余。焦炉煤气是优质的中热值气体燃料，其热值为17兆焦19兆焦/标准立方米，煤气的主要成分（体积百分比）为氢55%60%、甲烷23%27%、一氧化碳5%8%，含两个以上个碳原子的不饱和烃2%4%，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。焦炉煤气发电有三种方式，分别为蒸汽发电（热电联产）、燃气轮机发电和内燃机发电 。燃气蒸汽联合循环发电技术（CCPP）。该技术的基本原理是将剩余的焦炉煤气和回收的高炉煤气经净化、混合、加压后送往燃气轮机燃烧、膨胀做功，带动燃气轮发电机组发电。同时燃气轮机排放的高温烟气加热余热锅炉，产生蒸汽，带动蒸汽轮发电机组，

16、形成联合循环发电。燃气蒸汽联合发电是热能资源的高效梯级综合利用，其发电效率高达45%以上 。 焦炉煤气焦炉煤气CCPP示意图示意图八、燃气轮机热电冷联产（八、燃气轮机热电冷联产（CCHPCCHP）九、整体煤气化燃气蒸汽联合九、整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电技术（循环发电技术（ IGCC IGCC ） 先将煤在气化炉中气化成为中热值或低热值煤气，然后经过净化，把煤气中灰份、含硫化合物（如H2S)等杂质除掉，生成洁净煤气，供给燃气轮机做功，井与蒸汽轮机组合起来，形成联合循环发电。 IGCC（ Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统有煤的前处理装置，包

17、括气化装置、煤气净化装置、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机及相关的公用系统辅助设备组成。其中，除气化装置和煤气净化装置外，其余均是熟悉常用的设备，因此，气化炉是该系统的关键设备。 IGCCIGCC的特点：的特点： （1 1）热效率高）热效率高 ； （2 2）污染排放少，环保性能优良；）污染排放少，环保性能优良； （3 3）燃料适应性强，同一电站设备可燃用多种燃料，对高硫煤有独特的适）燃料适应性强，同一电站设备可燃用多种燃料，对高硫煤有独特的适应性。应性。 （4 4）容量可大型化，单位造价不断降低。）容量可大型化，单位造价不断降低。 （5 5）调峰性能好，起停机时间短。）调峰性能好，起停机时间短。I

18、GCC工艺流程简图 煤炭洁净燃烧发电技术煤炭洁净燃烧发电技术 我国长期以来以煤为主要的一次能源，发展以煤为燃料的联合循环，同时实现清洁、高效双重目的，IGCC是首选的先进“绿色发电”方式。 现在世界上已建、在建和拟建的IGCC电站近约50座，我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行性研究，国家电力公司已在山东烟台电厂建设一座容量为300400MW的IGCC示范电站 。 燃烧前处理（源处理）指在开采到用户使用前这一阶段煤的处理方法，主要有：洗选煤、型煤、水煤浆，煤的气化等。 IGCC( 整体煤气化联合循环) 热效率可达42% 46%,美国Camden电站（发电出力480 MW，效率46）。 避免了NOx、SOx 等大气污染物的排放, 减小了环境污染。 发展发展IGCCIGCC的主要难点的主要难点 1、经济性。IGCC电站的造价目前是普通燃煤电站造价的两倍以上。 2、技术关键。 解决燃气轮机如何提高适应燃料范围的