摘要:钢铁联合企业用低热值煤气(高炉煤气掺入焦炉煤气)发电,对钢铁厂节约能源、降低成本,改善环境意义重大。GE与南汽合作生产的PG6561B-L型燃气轮机,经在吉林通化钢铁厂和济南钢铁厂,三套S106B-L联合循环机组积累了一定运行经验的基础上。济南钢铁集团总公司钢铁规划设计院为新购入的六套PG6561B-L机组,设计成三套S206B-L烧低热值煤气的联合循环机组。个人觉得此套设计各方面考虑都较细微,总的性能亦较前三套S106B-L有较大的提高。目前,这三套S206B-L联合循环将会陆续投产。个人想通过这三套机组的投产及运行,使之完善成熟,成为钢铁业实现循环经济的高效装备。 关键词:烧低热值煤气高效、成熟的S206B-L联合循环。 前 言:钢铁行业占全国总能耗的七分之一,拟通过通钢、济钢使用PG6561B-L机组的基础上能提高一步,使PG6561B-L型燃机能构成为更成熟、高效的联合循环。 一、S206B-L机组热力系统和主要参数 6B型机组功率较小,以前大多数机组均用单压联合循环。近年,随着GE公司9E机组成功,使用双压联合循环已不再神秘。6B机组参数与9E相仿,只是机组较小,而两台6B机组功率为9E的三分之二,用双压肯定是较合适的。图一为S206B-L循环流程简图。表一为S206B-L的主要参数。 实践证明,联合循环双电厂的发电效率,从单压的40-45%,可提高至双压的48-53%。而其运行的可靠性并没有降低。 在烧低热值煤气的机组中,因燃料量占燃机总排气量的10%以上,其发电效率比燃用天然气的机组发电效率可高2-4%,但其供电效率则比常规机组低6-10%(因煤气压缩机耗功大,厂用电率约20%)。
图一 S206B-L循环流程简图
表1 S206B-L联合循环主要参数表
二、总体设计要点 烧低热值煤气的电厂,不同于常规烧油、烧天然气的电厂,要根据其特点进行特殊设计。 要点如下: ·防爆 由于高炉煤气热值太低,着火困难且易熄火,所以掺入钢铁厂容易得到的焦炉煤气,但焦炉煤气的主要成份是氢气,极易引起爆炸。所以,防爆设计应引起足够的重视。 ·煤气压力与热值的稳定 低热值煤气,热值仅为天然气的1/5~1/10,再加上它必须用煤气压缩机,实践证明,由于钢铁生产的特点,高炉煤气和焦炉煤气的压力和热值都是波动的。所以煤气压缩机前后压力的稳定和热值的稳定十分重要,否则无法适应燃机起停及变工况的需要。 ·煤气的清洁 GE公司对煤气的含尘量及焦油含量都有严格要求,但实际使用中由于煤气量大,觉得这些要求仍不足保证其长时间不停机运行。所以有必要进一步提高,此外,在燃料系统的设计中,即使如天然气那么纯净的气体,其过滤器都是双联设计(即一用一备)。所以,钢铁厂的低燃值煤气,需在煤气压缩前后均设有双联滤网以便清洗。 ·控制 钢铁厂是大型、复杂的联合企业,它惯于实行专业控制以简化庞大的控制系统,但是电厂由于电力生产的瞬时性(即发供电瞬间即要实现平衡)。所以,电厂目前都实行机、炉、电控一体化为单元机组控制,以避免相互影响。考虑到钢铁厂的公用系统已非常齐全。DCS系统单元机组控制的范围一般应包括:燃机、余热锅炉、汽机、煤气压缩机、燃油泵及相关辅机电气及单元机组厂用电等。而煤气准备、消防、给排水、压缩空气、总的电气和厂用电、通讯……..等可作为公用系统分专业控制处理。 ·总图布置 为了使进入燃机的供气压力稳定,从煤气压缩至燃机的煤气管道的长度应较长,以免因煤气压缩机的压力调节迟缓而影响变工况的稳定性。此外,煤气的贮气罐多个连通亦不失为较好的方案。 三、总成套的思考 钢铁厂肯定以钢铁生产为主,发电为辅。所以联合循环各主,辅助的成套应成熟、简单、可靠。济钢的选型无疑是经过深思熟虑的。 ·燃机 目前,世界能烧低热值煤气的燃机并不多。50MW级的仅GE/南汽生产的PG6561B-L和三菱生的MW-251。6B和MW-251均是80年代初投产的机型,6B机组目前仍在旺销,而MW-251烧天然气机组基本上已退出市场。在我国已投运的160多台燃机大约近半数为6B机组,而MW-251则仅有广州明珠电厂的两套机组。所以,可以判断6B比MW-251更为成熟。此外6B已国产化,价格上会更具竞争力,而且备件易于得到。 ·余热锅炉 余热锅炉有强制循环和自然循环之分,自然循环因不用循环泵,简单可靠。在钢铁厂选自然循环则是理所当然的。 ·汽机 南汽是6B燃机配套汽机生产的专业户,它生产的汽机可以放心。 ·煤气压缩机 有离心式和轴流式之分。离心式效率略低,但运行范围广,不易喘振,应为首选。 ·控制 DCS控制系统,ABB贝利在国内联合循环的电厂中基本垄断了市场,在各方面都有一定的优势,选它没错。 ·冷却塔 双曲线自然抽风冷却塔比用机力玻璃钢冷却塔省电,能布置得下自然选它。 四、成熟、提高的主要问题 ·防爆 如上所述,高炉煤气掺入焦炉煤气于燃烧有利,但其中氢气引起的问题,是绝对不容忽视的,个人认为:一是应保持火焰鉴测器的投入;二是应严格遵循运行规程操作;三是在燃机,旁通烟囱,余热锅炉适当设计若干防爆门。 ·燃机切换控制 联合循环机组运行过程中,因负荷、煤气压力、煤气热值的波动,煤气的洁清、机械、电气和控制等故障问题,都会使在烧煤气过程中切换成烧油,待事故处理完毕,能平稳地切换成再烧煤气非常重要,它直接影响单元机组的发电量。 ·按温控线运行 济钢目前S106B-L单元机组,仍未实现按温控线运行,原因较多,系统不甚协调是主因,望能通过S206B-L单元机组新机调试投产得以解决。 ·减少煤压机的回流量 目前济钢煤气压缩机的回流量约25%,在S206B-L中两台煤气压缩机即多耗6MW的功率,大大影响机组的上网电量和供电热效率,个人预计,若在煤气压缩机前增设如燃机一样的1GV(进口导叶)自动控制,来粗调回流量,用三回一伐来微调煤气压缩机的出口压力,予计会实现回流量的下降。理想状况,控制在5%,如能控制在10%亦是不少的收益。 ·煤气热值 6B-L机组合同煤气热值范围为5187~5995KJ/NM3,实际运行多在6000-6500 KJ/NM3。在今后6台6B-L机组的投产过程中,不妨有意识地调整煤气的热值,以弄清其合适的范围。 ·煤气压缩机出口压力P=2.3±0.05MPa,可降低吗? 根据我国燃用天然气机组的经验,个人认为可降的幅度较大(在0.3MP左右),但GE严守这一限制,预计通过实践逐步摸索或者可以消除这一禁锢。 ·燃机控制曲线的优化 GE公司对烧低热值煤气的机组,为避免压气机发生喘振的危险,在大气温度20℃,就有意 较大幅度地调低其排烟温度(见图二),个人认为通过实际运行,有可能修改此曲线,使之在不影响安全的前提下,燃机可以多发功。 根据国内S109E联合循环机组的经验,S206B-L双压机组可以设计出发电效率54%,供电效率约43%的机组,预计在济钢6套6B-L燃机成功投运逐渐进一步优化可达此目际。 二零零六年二月
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