北京首钢股份有限公司能源部 河北迁安 064400
摘要：根据全厂煤气平衡和蒸汽平衡，讨论M251S燃气 — 蒸汽联合循环发电机组在首钢迁钢的应用情况，充分利用富裕副产煤气，实现副产煤气零放散的目标，最终确定联合循环发电机组燃用低热值煤气时的利用方案以及机组的配置和改造方案。
关键词：副产煤气；燃气轮机；单循环；联合循环
1前言
随着“十一五”期间我国节能减排初获成效，全国单位GDP能耗逐年下降，二氧化硫、化学需要量排放量等指标均有明显改善。紧接着“十二五”环保规划新政的制定，各行业的环保要求正在逐步细化落实。尤其是钢铁行业的环保治理风暴愈加强烈。2014年，据统计我国生铁年产量在7.12亿t，钢铁行业年高炉煤气放散率占3~5%左右，年放散高炉煤气量至少在400亿m3以上。
高炉煤气大量放散，严重污染环境。几年前，首钢迁钢也有高炉煤气的放散，公司积极响应国家环保政策，为了实现副产煤气零放散的目标，根据全厂煤气平衡和蒸汽平衡，结合轧线年修和冬季燃气-蒸汽联合循环发电（CCPP）机组检修时富裕副产煤气，配套建设2×50MW 燃气-蒸汽联合循环发电（CCPP）站。
1.1 煤气平衡
（1）全厂煤气利用设施能力应适当大于煤气发生量；
（2）最大工艺生产用户检修期间煤气不放散；结合季节因素，需将各套CCPP 发电机组检修，分别安排在采暖期进行；
（3）优先安排高效煤气利用设施生产，实现副产煤气“零放散”。
（4）除可调整燃料条件的用户外，不改变其它现有或已规划煤气用户的燃料条件。可调整燃料条件的用户为：焦炉加热、2160mm 热轧、1580mm热轧、矿业球团。
1.2 蒸汽平衡
冷轧二步工程投产，余热利用装置供汽148t/h，冬季蒸汽用量缺口约194t/h，背压机组自备电站供汽100t/h，自备电站抽汽26t/h，迁焦公司干熄装置供迁钢蒸汽15t/h，矿业公司烧结余热锅炉产汽不发电，以供热为主，自用后可外供迁钢蒸汽53t/h，可满足迁钢厂区冬季用汽量。自备电站的两台25MW 蒸汽发电机组可依据全厂动态煤气平衡安排运行。
非采暖期由余热利用装置供汽148t/h，由建2×50MW CCPP 汽机抽汽（CCPP 的抽汽能力约为35t/h）约70t/h 即可满足全厂蒸汽平衡。
2 CCPP简介
本工艺方案采用一拖一方案，即：一台低热值气体燃料燃气轮机、配一台余热锅炉、带一台汽轮发电机组而组成的联合循环发电装置。
燃气轮机为M251S纯烧低热值高炉煤气的燃气轮机，初温1150℃，高炉煤气耗量134000m3/h，燃气循环发电净输出功率29100KW，由于高炉煤气热值较低，不容易点火，燃机启动时用高热值值班焦炉煤气点火，点火成功再投入高炉煤气，正常运行时值班焦炉煤气起稳燃作用，达到额定转速后再并网带负荷。
余热锅炉为双压、卧式、无补燃、自然循环锅炉。除氧器为压力式除氧器，由余热锅炉自带，除氧蒸汽由余热锅炉自带的除氧蒸发受热面产生。余热锅炉的传热元件采用螺旋翅片管，螺旋翅片管立式布置，全部布置于卧式烟道内。余热锅炉分别产出5.9MPa/0.7MPa（对应温度为530℃/230℃）双压主蒸汽送至汽轮机机组做功，锅炉最终排烟温度在118℃左右。
汽轮机组为双进汽单缸抽汽凝汽式汽轮机，实际发电负荷22MW，相比同行业循环发电机组，负荷水平属较高水平。该机组配备了高低压旁路系统，其作用㈠使汽轮机运行前期，蒸汽通过该旁路系统得以建立初级循环；㈡当汽轮机故障时，建立旁路系统将蒸汽减温减压后排放至凝汽装置内。高压旁路系统主要包括：首级减温减压和二级减温减压构成，二次减温减压旁路系统安装在冷凝器内部。低压旁路系统主要包括：一级减温减压系统安装在冷凝器内部。
3 CCPP技术改造
3.1 CCPP 空气过滤器一级滤网改造
3.1.1 原设备存在的问题
我厂两台CCPP发电机组燃机空气过滤器原设计有三级空气过滤。原有的一级过滤器是利用两层钢丝网将过滤棉夹在中间后利用螺丝直接固定在过滤器骨架上，拆卸更换过滤棉非常困难，需要停机进行拆卸。调试期间发现一级空气滤芯运行半个月左右，将过滤滤毡全部堵塞，影响到空气过滤器通流量。通过技术人员共同研究，利用机组调试停机的机会将一级空气滤芯的过滤棉全部拆除，以确保燃机能够进行调试、运行。
将一级空气滤芯的过滤棉拆除后，原二级空气过滤滤芯直接与大气环境接触，造成二级空气滤芯污染速度加快，机组运行一个季度，二级空气滤芯差压高频繁报警，影响到机组的正常运行。需要停机更换二级空气滤芯，即影响机组发电量又增加机组运行成本。为解决以上问题，提出一级空气滤芯的技术改造。
3.1.2 改造方案
首先保留原有的一级过滤器的安装骨架及固定一级过滤棉的网格，将原有一级过滤棉全部拆除。然后再制作可拆卸的小块过滤棉托架，将一级过滤棉固定在托架上，再将托架从底镶嵌到原一级过滤器的安装骨架上。最后当一级空气滤芯堵塞影响机组运行时，将小块过滤棉托架连同过滤棉毡一起拆下，更换新的过滤面毡后，再小块过滤棉托架连同过滤棉毡镶嵌到原一级过滤器的安装骨架上。
这样利用了极低的成本技术改造，实现了机组不停机的情况下更换一级过滤棉毡，而且还延长了二、三级滤芯的运行寿命，大大降低了运行成本。
3.2 CCPP值班焦炉煤气改造
3.2.1 值班焦炉煤气系统分析
2014年11月至次年2月，CCPP机组值班焦气滤网及值班焦气喷嘴连续多次出现堵塞现象，频繁清理滤网及值班焦气喷嘴，造成机组延迟启动，严重威胁机组设备正常启动和安全稳定运行。
经过质检部门对滤网堵塞物的化验，结果是焦炉煤气内部的奈结晶以及粉尘颗粒。奈有两个特点：一是不流动性，二是迁移性。在焦炉煤气中，一定压力下奈的饱和含量是温度的函数，不同温度的煤气总会有一定量的奈，当煤气温度下降时，过饱和的奈就会凝华出来，凝华出来的奈不成为连续相，而是沉积附着在四壁或管道内部，随着焦气流动，成为生产系统内的障碍物堵塞通道。
依据上述检验结果及奈的特质，专家技术人员共同研究摸索得出：由于在北方地区，冬季环境汽温在零下15~20度左右，焦炉煤气加压机出口温度在25度左右，经过稳压罐及输送管线到值班焦气喷嘴前，温度降至5度以下。如此温降，必然导致焦炉煤气中过饱和奈析出结晶。
3.2.2 值班焦炉煤气系统改造方案
首先在值班焦炉煤气系统管道上增加电伴热及保温，保证焦炉煤气从加压机供出至点火喷嘴前温度基本恒定。
其次在值班焦炉煤气系统管道上增加双联过滤器，提高过滤精度，过滤器前后加装差压报警，及时的切换滤网，保证机组安全稳定运行。
4 结束
钢铁厂使用燃气－蒸汽联合循环热电装置（CCPP），更能体现高效、洁净环保、便于满足用户对热、电的需求，为钢铁厂的可持续发展提供了坚实的基础。特别在解决高炉煤气大量放散造成污染的问题上，能起到作为主要缓冲用户的作用，使钢铁厂副产煤气的利用更加合理、有效，放散量接近为零，不但能实现节能和环保两方面的效益，同时也能为钢铁厂提供大量的电能和热能。
参考文献
[1]闫廷满 燃气_蒸汽联合循环的发展动态，东方电气评论，1998年第12卷第2期
[2]曹卫华 浅析燃气-蒸汽联合循环机组的环保效益，电力环境保护，2002年第18卷第4期
[3]魏伟 田贯三 燃煤热电厂燃气-蒸汽联合循环发电技术改造，煤气与热力，2013年8期
[4]孙喜春 关于发展燃气-蒸汽联合循环发电的探讨，企业技术开发，2013年9期
[5]彭华玉 杨定斌 燃气-蒸汽联合循环发电在涟钢的应用和效果，金属材料与冶金工程，2009年1期
论文作者:范晓明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/15
标签：煤气论文; 机组论文; 蒸汽论文; 焦炉论文; 余热论文; 高炉论文; 滤芯论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;