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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