摘要：随着国家环保及产业政策的调整，国内钢铁行业已经进入进行大合并大整合时代，大多数钢铁企业利用钢铁厂的自备电厂锅炉充分吸纳消耗钢铁厂富裕的煤气以便使钢铁行业的煤气放散达到0排放。如何使得的电站锅炉与钢铁行业紧密结合使其发挥有效作用，是不少设计单位与使用单位不断研究方向。山钢日照精品基地司自备电厂2台350mw机组结合钢铁厂实际情况较好的解决了此问题。山钢自备电厂工程装设2×350MW燃煤掺烧煤气汽轮发电机组，锅炉能100%燃烧煤粉，具有同时掺烧0～20万Nm3/h高炉煤气及0～3万Nm3/h焦炉煤气的能力；焦炉煤气兼作点火及低负荷稳燃，采用中低温省煤器联合布置，它的建成既解决了钢厂环境污染问题又充分应用了钢铁厂废弃能源，节省了燃料，很值得推广，对以后的钢铁项目有重大参考意义。
关键词：掺烧；高炉煤气；焦炉煤气点火稳燃；节能型中低温省煤器。
目前国内钢铁行业都在淘汰落后产能改扩建整合大型钢铁基地。为响应国家的节能环保要求，钢铁项目需要对生产过程中的工业废气（高炉煤气、焦炉煤气等）进行回收及综合利用。自备电厂锅炉大量掺烧煤气既能解决废气污染问题，又能节省了大量能源燃料。
山东钢铁日照精品基地自备电厂两台350MW电站工程为山钢日照公司能环中心一个设备单元。电站锅炉为超临界直流炉、一次再热、四角切圆燃烧方式、掺烧煤气、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构π型锅炉。锅炉能100%燃烧煤粉，具有同时掺烧0～20万Nm3/h高炉煤气及0～3万Nm3/h的焦炉煤气的能力，并采用焦炉煤气点火及稳燃，取消传统的燃油点火系统。在钢铁行业自备电厂具有极高的推广示范效应。
由于锅炉采用焦炉煤气点火，掺烧大量的高炉煤气。这就与常规的电站锅炉从设计到燃烧运行上都有较大区别。相关单位通过研讨，调研，收资分析结合实际情况，把这些差异问题较好的解决，从自投产以来，一直安全稳定运行，多项指标优于常规电厂。
设计方面：
锅炉本体：由于掺烧大量的高炉煤气，锅炉全燃煤工况与掺烧大量高炉煤气工况特性差异大。设计时就需要充分考虑，由于两种工况炉膛理论燃烧温度变化极大，炉膛出口温度变化也会很大，设计时需要考虑两种极限工况下炉膛稳定燃烧及受热面的吸热的合理范围。
高炉煤气热值低（750大卡）而且含有大量的惰性气体。高炉煤气大量进入炉膛后，会降低炉膛理论燃烧温度，同时大量惰性气体还会阻隔燃料与氧气的充分混合接触，造成燃烧不充分，燃烧的稳定性降低。烟气流速增加，排烟温度升高，降低锅炉效率。
常规的受热面布配很难满足全燃煤和大量掺烧高炉煤气两种工况的排烟温度在合理的范围之内，这样就需要解决大量掺烧高炉煤气时的高排烟温度，同时要兼顾在全燃煤情况先避免排烟温度过低而造成低温腐蚀，特别是空预器的冷端腐蚀。
因此采取哪些技术措施才能满足全燃煤及大量掺烧高炉煤气两种工况下的性能要求是关键。
主要采取的措施：
1、加大炉膛受热面，炉膛截面尺寸（炉膛宽度 14904mm，炉膛深度 14094mm），水冷壁下集箱标高为 6500mm，炉顶管中心标高为 65900mm，大板梁底标高 73100mm。同时考虑受热面吸热量及燃烧器布置需求，合理分配，不同受热面的比例。
2、燃烧器布置：
针对三种不同的燃料，采用煤粉燃烧器、高炉煤气燃烧器、焦炉煤气燃烧器混合布置的方式。共设5层燃煤燃烧器、三层焦炉煤气燃烧器、两层高炉煤气燃烧器。焦炉煤气燃烧器布置在每两层煤粉燃烧器之间，用于点火和稳燃用，两层高炉煤气布置在整个燃烧器的最下端，便于高炉煤气的充分燃烧，同时尽量避免高炉煤气对火焰中心的扰动。
3、节能型中温省煤器全负荷脱硝技术：
针对掺烧大量高炉煤气，排烟温度升高的现象，采用节能型中温省煤器全负荷脱硝技术，即在空预器两侧增设烟气旁路，旁路中设置中温省煤器，中温省煤器中分两部分，高压部分通给水（即是高加给水旁路又是省煤器旁路），低压部分通凝结水。
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节能型中温省煤器全负荷脱硝技术主要优点：
节能方面：
（1）降低烟气阻力
30%~50%烟气进入空预器旁路，空预器运行阻力降低，降低引风机电耗。特别是因SCR造成空预器堵塞严重情况下影响机组出力，在此情况下空预器旁路可保证机组正常运行，降低引风机电耗
（2） 降低排烟温度
旁路烟道内设置2级换热器，可将旁路部分的烟温降低至90~100℃，减少排烟损失
（3） 能量梯级利用，减少火用损，提高机组效率
中温省煤器高压段可与高加并联运行，减少高压抽气，提高机组出力；中温省煤器低压段加热汽轮机回热系统凝结水，实现能量梯级高效利用
全负荷脱硝方面：
在机组启动初期，常因烟气温度低，脱硝装置无法正常投用，但是增加节能型中温省煤器全负荷脱硝装置后，因设置有空预器烟气旁路和省煤器工质旁路，提高低负荷工况省煤器出口烟温
（1）空预器烟气旁路，加热给水，提高给水温度，减少省煤器吸热量（2）省煤器给水旁路，旁路部分进入省煤器的给水，减少省煤器吸热量。
可以快速提高烟气温度，为脱硝装置投用提前创造条件，在锅炉点火不久即可满足投入脱硝SCR装置的投入。同时可以减轻空预器冷端的低温腐蚀。
4、低低温省煤器：
在电除尘入口烟道处设置低低温省煤器，，低低温省煤器与一、二次风的暖风器相连接，吸收烟气中的热量来加热提高一次、二次冷风温度。低低温省煤器控制进入电除尘的烟气温度为90—110℃。同时为选择低温型电除尘的创造条件。
二、辅机设备选型：
1、送风机。在掺烧大量高炉煤气的情况下，结合高炉煤气的元素成份计算，所需的送风量是稍低于全燃煤的工况所需风量的，故送风机的选型按照全燃煤工况下选取，山钢自备电厂送风机选用常规的动叶可调轴流式风机，完全满足各工况的需要，
2、点火方式。山钢日照自备电厂充分利用钢厂现有资源，采用焦炉煤气点火，焦炉煤气是钢铁厂的副产品，热值达17000KJ/Nm3 ,采用焦炉煤气点火/稳燃，即可以调节钢厂的焦炉煤气平衡。又能节省传统燃油点火装置及燃油储存设备，使得点火稳燃系统简单化。既能节省建设投资，每年又可以节省客观的燃料油费用及维护费用。
3、脱硝。山钢自备电厂烟气脱硝采用的氨水SCR工艺，氨水是采用钢铁厂生产系统的副产品14%浓度的氨水 ，氨水通过管道输送至自备电厂氨水储存箱，利用锅炉空预器出口的热一次风作为稀释风进行雾化，这样的配置简化了常规电厂需单独设立稀释风机设计思路。同时，14%的氨水的风险等级比液氨要低很多，降低了电厂风险等级又能消耗钢厂生产出来的氨水。
三、经济效益：
1）掺烧高炉煤气：
根据山钢自备电厂#1机组实际投运以来的情况，在掺烧17万Nm3/h时，燃煤可节省约28T/h,按照机组年利用小时数6200小时计算，每年可节省17.3万吨煤炭，煤炭价格按600元/t,则全年可节省燃料费用1.04亿元
2）采用中温省煤器系统，提高机组效率，经计算可节约发电煤耗2.5g/kWh，每年单台机组发电量27亿计算，全年可节省6750吨燃煤，可节省约400万。
另外，点火稳燃采用焦炉煤气，可节省燃油费用；脱硝用氨水直接使用钢厂的副产品氨水代替外购氨水也可节省氨水采购费用。
结论：
山钢自备电厂2×350MW超临界直流掺烧煤气机组彻底解决了钢铁厂副产品（煤气）的放散环保问题，而且回收综合利用，大大降低了自备电厂的运营成本。
随着国家钢铁行业的整合兼并，以及国家对钢铁行业环保要求的升级，大型钢铁基地上配套能大比例掺烧高炉煤气、焦炉煤气的自备电厂必将也将成为一个趋势，山钢日照精品基地自备电厂在这方面的技术利用和研究也必将对今后钢铁行业电站锅炉掺烧煤气方面具有指导和借鉴。
工程项目：山钢日照精品基地自备电厂
作者简介：李业成（1974），男，山东日照人，工程师，主要从事火电厂基建、生产管理
论文作者:李业成
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/30