鋼鐵企業(yè)余能回收

1、鋼鐵企業(yè)余能回收（CCPP） 2015年1月主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、燃?xì)廨啓C(jī)一、燃?xì)廨啓C(jī)二、汽輪機(jī)二、汽輪機(jī)三、燃?xì)廨喓推啓C(jī)的比較三、燃?xì)廨喓推啓C(jī)的比較四、燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電四、燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電五、五、CCPPCCPP技術(shù)要求技術(shù)要求六、高爐煤氣高效利用技術(shù)六、高爐煤氣高效利用技術(shù)七、焦?fàn)t煤氣七、焦?fàn)t煤氣CCPPCCPP八、燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)（八、燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)（CCHPCCHP）九、整體煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（九、整體煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCCIGCC）十、社會(huì)效益十、社會(huì)效益一、一、 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī) 燃?xì)廨啓C(jī)是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)

2、式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī) 一致，也類似蒸汽輪機(jī)。主要結(jié)構(gòu)有三部分： 1、燃?xì)廨啓C(jī)（透平或動(dòng)力渦輪）； 2、壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）； 3、燃燒室。 其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)從外部吸收空氣 ，壓縮后送入燃燒室，同時(shí)燃料（氣體或液體 燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在 定壓下進(jìn)行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃 氣輪機(jī)膨脹作工，推動(dòng)動(dòng)力葉片高速旋轉(zhuǎn)，乏 氣排入大氣中或再加利用。 燃?xì)廨啓C(jī)具有效率高、功率大、體積小、投資省、運(yùn)行成本低和壽命周期較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。主要用于發(fā)電、交通和工業(yè)動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)分為輕型燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)，輕型燃?xì)廨啓C(jī)為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)型，其優(yōu)勢(shì)在于裝機(jī)快、體積小、

3、啟動(dòng)快、簡(jiǎn)單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動(dòng)力。重型燃?xì)廨啓C(jī)為工業(yè)型燃機(jī)，其優(yōu)勢(shì)為運(yùn)行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。布雷頓循環(huán)（布雷頓循環(huán)（ Brayton Cycle ）T-ST-S圖圖燃?xì)廨啓C(jī)電站示意圖燃?xì)廨啓C(jī)電站示意圖布雷頓循環(huán)計(jì)算三、汽輪機(jī)三、汽輪機(jī) 汽輪機(jī)的主要元件是由噴嘴（也稱靜葉）與動(dòng)葉（也稱葉片）兩個(gè)部件組成。噴嘴固定在機(jī)殼或隔板上，動(dòng)葉固定在輪盤上。 蒸汽通過噴嘴時(shí)，壓力下降，體積膨脹形成高速汽流，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)而作功。如果蒸汽在葉片中壓力不再降低，也就是蒸汽在葉片通道中的流速（即相對(duì)速度）不變化，只是依靠汽流對(duì)葉片的沖擊力量而推動(dòng)轉(zhuǎn)

4、子轉(zhuǎn)動(dòng)，這類汽輪機(jī)稱為沖動(dòng)式，也稱壓力級(jí)，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。如果蒸汽在葉片中繼續(xù)膨脹（簡(jiǎn)稱相對(duì)速度）比進(jìn)口時(shí)要大，這種汽輪機(jī)的作功不僅由于蒸汽對(duì)葉片的沖擊力，而且還有由于蒸汽相對(duì)速度的變化而產(chǎn)生的巨大的反作用力，因此這類汽輪機(jī)稱為反動(dòng)式汽輪機(jī)。朗肯循環(huán)（朗肯循環(huán)（Rankine cycleRankine cycle）汽輪機(jī)發(fā)電裝置示意圖汽輪機(jī)發(fā)電裝置示意圖汽輪機(jī)輸出功和循環(huán)效率汽輪機(jī)輸出功和循環(huán)效率 通過水蒸氣的通過水蒸氣的h-sh-s圖查取。圖查取。 狀態(tài)狀態(tài)1 1：根據(jù)t1，p1，查得h1，s1； 狀態(tài)狀態(tài)2 2：根據(jù)p2及s2= s1，查得h2、t2 及x2； 汽輪機(jī)輸出功：汽輪機(jī)輸出功

5、： w= h1-h2 (kJ/kg)。 循環(huán)效率：循環(huán)效率： t=（h1-h2)(h1-120)。 其中：其中： h焓； s熵； t1汽輪機(jī)進(jìn)口溫度； p1 汽 輪機(jī)進(jìn)口壓力； p2 汽輪機(jī)出 口壓力； t2 汽輪機(jī)出口溫度； X 蒸 汽干度。三、燃?xì)廨喓推啓C(jī)的比較三、燃?xì)廨喓推啓C(jī)的比較蒸汽輪機(jī)發(fā)電以超臨界或超超臨界提高蒸汽初參數(shù)來提高熱效率，但是畢竟不及燃?xì)廨啓C(jī)采用燃?xì)獾牟祭最D循環(huán)更有效，且隨著蒸汽參數(shù)的提高，技術(shù)上的困難性以及造價(jià)和可靠性都受限制；此外，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)在對(duì)有害氣體排放污染上的有效控制同樣優(yōu)于常規(guī)火力發(fā)電。由于燃?xì)廨啓C(jī)排放污染小的優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)或人口密集地等特定地

6、區(qū)不宜再裝燃煤機(jī)組，而主要以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。由于燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)快，快速反應(yīng)性能好，在電網(wǎng)中發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)節(jié)或應(yīng)急備用的作用。燃?xì)廨啓C(jī)占地面積小，耗水少或不耗水，是海上平臺(tái)或沙漠地區(qū)的發(fā)電動(dòng)力，此外油氣田直接使用油、氣為燃料，當(dāng)然應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。 四、燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電四、燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 CCPP（ Combined Cycle Power Plant ）燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是由燃?xì)廨啓C(jī)組的布雷頓循環(huán)以及汽輪機(jī)的朗肯循環(huán)所組成 （1）透平前燃?xì)獾倪M(jìn)口溫度都已超過1100，有些燃?xì)膺M(jìn)口溫度達(dá)到1288，高的甚至達(dá)1430。 （2）燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)的熱效率已提高到36以上，高

7、的達(dá)3839.5。（3）燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件（渦輪噴咀，動(dòng)葉）的材料，已發(fā)展到合金金相結(jié)構(gòu)控制的材料，出現(xiàn)了同向結(jié)晶或定向結(jié)晶的GTDII1，DS GTD111，最新材料已使用單晶工藝。金屬材料的進(jìn)步還表現(xiàn)在涂層的應(yīng)用上。涂層減輕了腐蝕和氧化，使用壽命增長(zhǎng)了1020倍，早期有鉑鋁（Pt Al）涂層，后來又發(fā)展等離子保護(hù)GT-29和CT-29IN-PLUS TM等。先進(jìn)材料和涂層的應(yīng)用使透平前燃?xì)膺M(jìn)口溫度提高150200左右。（4）改進(jìn)冷卻技術(shù)?，F(xiàn)已廣泛采用氣膜冷卻、發(fā)散冷卻。最新蒸汽閉式循環(huán)冷卻技術(shù)可使透平前燃?xì)膺M(jìn)口溫度再提高500800。 （5）燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)單機(jī)功率已發(fā)展到100 MW以上等

8、級(jí)的大機(jī)組，近年來250300 MW的機(jī)組也已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。 （6）燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電已廣泛實(shí)現(xiàn)能量的綜合利用，循環(huán)方式多樣化，特別是燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)更為完善，裝置凈效率已提高到58-60，出現(xiàn)了燃?xì)?、蒸汽集于一體的單軸機(jī)組。 采用兩段分部燃燒可看作是一種革命性的突破由于兩次燃燒，壓氣機(jī)采用30：1的高壓比航空型壓氣機(jī)后，排氣溫度仍能達(dá)到640 （比GE9351FA高48），聯(lián)合循環(huán)效率可達(dá)58.96（比GE9351FA約高1.49）CCPP聯(lián)合循環(huán)發(fā)電在CCPP聯(lián)合循環(huán)中，燃?xì)獠祭最D熱力循環(huán)和蒸汽朗肯熱力循環(huán)疊加組合起來，燃料先在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)燃燒，并推動(dòng)燃?xì)鉁u輪做功發(fā)電；再將排出的

9、500600的煙氣用于余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這就組成了燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電，由于燃?xì)鉁囟冗_(dá)到了10001400，使得燃料的能量得到了合理地梯級(jí)利用，提高了整個(gè)循環(huán)的發(fā)電效率。上海寶鋼1996年建成一座150MW一軸布置的CCPP裝置，輸出功率150MW，總熱效率45.52%，已超過當(dāng)時(shí)超臨界壓力汽輪發(fā)電機(jī)組水平。煤氣經(jīng)過凈化后， 進(jìn)入燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組，該機(jī)組主要由透平壓縮機(jī)、燃 燒室和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組三大設(shè)備組成；燃?xì)廨啓C(jī)排氣 再進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；CCPP聯(lián)合循環(huán)熱效率高到50%。一般汽輪機(jī)的容量為燃?xì)廨喨萘康?13左右。 因裝置布置方式不同，可分為一軸布置

10、的CCPP裝置、雙軸布置的CCPP裝置。CCPPCCPP發(fā)展概況發(fā)展概況 世界發(fā)達(dá)國(guó)家主要鋼鐵廠均裝有燃用高爐煤氣的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。 上海寶山鋼鐵股份有限公司于1997年投產(chǎn)的兩臺(tái)145MW機(jī)組是鋼鐵行業(yè)目前最大的煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組100%全燒高爐煤氣，煤氣熱值為3276kJ/m3，按寶股目前運(yùn)行的情況，每臺(tái)機(jī)組小時(shí)耗高爐煤氣3336萬立方米，機(jī)組輸出功率145MW，并可供應(yīng)蒸汽180t/h，熱效率達(dá)46.52%，投產(chǎn)后年發(fā)電量11億kW.h。 除寶鋼外，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)投入運(yùn)行的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組還有濟(jì)鋼的65MW和通鋼的56MW機(jī)組，均取得了不錯(cuò)的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效

11、益。同時(shí)，太鋼、沙鋼等很多鋼鐵企業(yè)也正在建設(shè)或有意應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。 一軸布置的一軸布置的CCPPCCPP（寶鋼）（寶鋼）雙軸布置的雙軸布置的CCPPCCPP世界先進(jìn)的世界先進(jìn)的CCPPCCPP機(jī)組性能參數(shù)機(jī)組性能參數(shù)五、五、CCPPCCPP技術(shù)要求技術(shù)要求燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的建設(shè)與運(yùn)行要求較高的技術(shù)水平。首先，其建設(shè)前提必須具有充足、穩(wěn)定的燃料供應(yīng)，且對(duì)燃料的熱值、壓力等指標(biāo)有較嚴(yán)格的要求。同時(shí)，與常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)相比，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)增加了壓縮機(jī)、除塵器等設(shè)備，因而其調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較復(fù)雜，調(diào)節(jié)的參數(shù)多，調(diào)節(jié)的精度要求高，維修費(fèi)用也遠(yuǎn)高于常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)主要采用常規(guī)鍋爐蒸汽輪機(jī)

12、發(fā)電以及燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電兩種技術(shù)。與常規(guī)的鍋爐蒸汽輪機(jī)發(fā)電相比，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電具有高效率、提高能源利用率及環(huán)保等方面的優(yōu)越性。 六、高爐煤氣高效利用技術(shù)六、高爐煤氣高效利用技術(shù) 高爐煤氣等低熱值煤氣燃汽輪機(jī)CCPP技術(shù)是充分利用鋼鐵聯(lián)合企業(yè)高爐等副產(chǎn)煤氣，最大可能地提高能源利用效率，發(fā)揮煤氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)優(yōu)勢(shì)的先進(jìn)技術(shù)。 此技術(shù)主要設(shè)備有：高爐煤氣供給系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)組成。主要設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、高爐煤氣壓縮機(jī)、空氣預(yù)熱器、煤氣預(yù)熱器、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)等，一般分為單軸和多軸布置形式。 高爐煤氣等低熱值煤氣燃汽輪機(jī)CCPP技術(shù)

13、先進(jìn)，在不外供熱時(shí)熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)40%45% 。高爐煤氣低熱值高爐煤氣低熱值CCPPCCPP主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)高爐煤氣低熱值高爐煤氣低熱值CCPP工藝流程工藝流程M701SDA 典型電廠平面布置典型電廠平面布置M701S(DA)主要設(shè)備規(guī)格主要設(shè)備規(guī)格低熱值煤氣燃燒技術(shù)難度低熱值煤氣燃燒技術(shù)難度 低熱值煤氣燃燒不易穩(wěn)定，低熱值煤氣體積龐大低熱值煤氣體積龐大，煤氣壓縮功增加。采用高爐煤氣等低熱值煤氣燃汽輪機(jī)CCPP技術(shù)前提條件是鋼鐵企業(yè)必須具有完善的煤氣平衡計(jì)劃，避免因煤氣流量不足而使機(jī)組負(fù)荷不足，而影響效能發(fā)揮。 由于高爐煤氣熱值低，需要大流量高效率大流量高效率的煤氣壓縮機(jī)，同時(shí)高爐煤

14、氣中含塵量大，在進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)之前需要進(jìn)行除塵除塵。 目前世界天然氣為燃料的大型CCPP的熱電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)50-58%，而低熱值煤氣為燃料的CCPP只有45%-52%左右。低熱值煤氣燃燒技術(shù)只被少數(shù)公司掌握，一種是ABB、新比隆公司及日本川崎成套ABB的單管燃燒室燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，另一種是公司與三菱公司的分管燃燒室的燃機(jī)，國(guó)內(nèi)目前已采用此引進(jìn)或合資聯(lián)合制造技術(shù)設(shè)備的有寶山鋼鐵公司、通化鋼鐵公司和濟(jì)南鋼鐵公司。燃燒室決定能否燒低熱值燃燒室決定能否燒低熱值七、焦?fàn)t煤氣七、焦?fàn)t煤氣CCPPCCPP按煤料加工的重量轉(zhuǎn)換計(jì)算，焦?fàn)t煤氣是僅次于焦炭的煉焦產(chǎn)品，每噸焦炭可副產(chǎn)400多立方米的焦?fàn)t煤氣。這些

15、焦?fàn)t煤氣除焦?fàn)t自身加熱使用外，每生產(chǎn)1噸焦炭還有200多立方米的富余。焦?fàn)t煤氣是優(yōu)質(zhì)的中熱值氣體燃料，其熱值為17兆焦19兆焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米，煤氣的主要成分（體積百分比）為氫55%60%、甲烷23%27%、一氧化碳5%8%，含兩個(gè)以上個(gè)碳原子的不飽和烴2%4%，以及少量的二氧化碳、氮、氧等。焦?fàn)t煤氣發(fā)電有三種方式，分別為蒸汽發(fā)電（熱電聯(lián)產(chǎn)）、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電 。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（CCPP）。該技術(shù)的基本原理是將剩余的焦?fàn)t煤氣和回收的高爐煤氣經(jīng)凈化、混合、加壓后送往燃?xì)廨啓C(jī)燃燒、膨脹做功，帶動(dòng)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)排放的高溫?zé)煔饧訜嵊酂徨仩t，產(chǎn)生蒸汽，帶動(dòng)蒸汽輪發(fā)電機(jī)組，

16、形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電是熱能資源的高效梯級(jí)綜合利用，其發(fā)電效率高達(dá)45%以上 。 焦?fàn)t煤氣焦?fàn)t煤氣CCPP示意圖示意圖八、燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)（八、燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)（CCHPCCHP）九、整體煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合九、整體煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（循環(huán)發(fā)電技術(shù)（ IGCC IGCC ） 先將煤在氣化爐中氣化成為中熱值或低熱值煤氣，然后經(jīng)過凈化，把煤氣中灰份、含硫化合物（如H2S)等雜質(zhì)除掉，生成潔凈煤氣，供給燃?xì)廨啓C(jī)做功，井與蒸汽輪機(jī)組合起來，形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。 IGCC（ Integrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電系統(tǒng)有煤的前處理裝置，包

17、括氣化裝置、煤氣凈化裝置、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)及相關(guān)的公用系統(tǒng)輔助設(shè)備組成。其中，除氣化裝置和煤氣凈化裝置外，其余均是熟悉常用的設(shè)備，因此，氣化爐是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。 IGCCIGCC的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： （1 1）熱效率高）熱效率高 ； （2 2）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良；）污染排放少，環(huán)保性能優(yōu)良； （3 3）燃料適應(yīng)性強(qiáng)，同一電站設(shè)備可燃用多種燃料，對(duì)高硫煤有獨(dú)特的適）燃料適應(yīng)性強(qiáng)，同一電站設(shè)備可燃用多種燃料，對(duì)高硫煤有獨(dú)特的適應(yīng)性。應(yīng)性。 （4 4）容量可大型化，單位造價(jià)不斷降低。）容量可大型化，單位造價(jià)不斷降低。 （5 5）調(diào)峰性能好，起停機(jī)時(shí)間短。）調(diào)峰性能好，起停機(jī)時(shí)間短。I

18、GCC工藝流程簡(jiǎn)圖 煤炭潔凈燃燒發(fā)電技術(shù)煤炭潔凈燃燒發(fā)電技術(shù) 我國(guó)長(zhǎng)期以來以煤為主要的一次能源，發(fā)展以煤為燃料的聯(lián)合循環(huán)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)清潔、高效雙重目的，IGCC是首選的先進(jìn)“綠色發(fā)電”方式。 現(xiàn)在世界上已建、在建和擬建的IGCC電站近約50座，我國(guó)從1994年開始對(duì)IGCC示范工程進(jìn)行預(yù)可行性研究，國(guó)家電力公司已在山東煙臺(tái)電廠建設(shè)一座容量為300400MW的IGCC示范電站 。 燃燒前處理（源處理）指在開采到用戶使用前這一階段煤的處理方法，主要有：洗選煤、型煤、水煤漿，煤的氣化等。 IGCC( 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)) 熱效率可達(dá)42% 46%,美國(guó)Camden電站（發(fā)電出力480 MW，效率46）。 避免了NOx、SOx 等大氣污染物的排放, 減小了環(huán)境污染。 發(fā)展發(fā)展IGCCIGCC的主要難點(diǎn)的主要難點(diǎn) 1、經(jīng)濟(jì)性。IGCC電站的造價(jià)目前是普通燃煤電站造價(jià)的兩倍以上。 2、技術(shù)關(guān)鍵。 解決燃?xì)廨啓C(jī)如何提高適應(yīng)燃料范圍的