東汽30MW至100MW等級中間一次再熱機組在煤氣發(fā)電項目中的應(yīng)用

李陳虎+馬少林+張元林+范晉+劉祥

【摘 要】鋼鐵生產(chǎn)過程中高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐等設(shè)備運行產(chǎn)生了大量的可燃氣體，稱之為煤氣。煤氣綜合利用一直是鋼鐵行業(yè)節(jié)能環(huán)保的重點工作.論文重點介紹了利用超高壓再熱汽輪機新技術(shù)在煤氣發(fā)電進行綜合利用方面的情況。

【Abstract】 In the process of steel production， blast furnace， coke oven and converter and other equipment operation produced a large number of combustible gas， called gas. The comprehensive utilization of coal gas has been the key work of energy saving and environmental protection in the iron and steel industry. This paper mainly introduces the situation of using the new technology of super high pressure steam turbine to make comprehensive utilization of coal gas.

【關(guān)鍵詞】工業(yè)汽輪機；超高溫超高壓；再熱；發(fā)電

【Keywords】industrial steam turbine； super high temperature and super high pressure； reheat； power generation

【中圖分類號】TU995 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0176-02

1引言

2015年全球粗鋼產(chǎn)量由2005年的11.5億噸增加至16.2億噸，增長4.7億噸，增幅為41.4%。同期，中國粗鋼產(chǎn)量由3.6億噸增加至8.0億噸，增長4.5億噸，增幅高達125.9%。可見，全球粗鋼產(chǎn)量增長主要是受中國粗鋼增產(chǎn)推動。2008—2009年全球金融危機期間，全球（除中國）粗鋼產(chǎn)量均出現(xiàn)負增長，但中國粗鋼產(chǎn)量仍持續(xù)增長。2014年全球和中國粗鋼產(chǎn)量達到近十年來的峰值，2015年中國粗鋼產(chǎn)量下降2.3%，為8.038億噸?？梢姡袊撹F企業(yè)的高速增長期已經(jīng)過去。

鋼鐵生產(chǎn)中高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐等產(chǎn)生的煤氣大量放散污染環(huán)境；同時又是耗電大戶，根據(jù)2014年鋼協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：噸鋼電耗469.73kWh/t，高爐煤氣利用率97.26%，焦?fàn)t煤氣利用率98.89%。綜合利用率相對較高。

2 汽輪機技術(shù)在煤氣發(fā)電綜合利用的現(xiàn)狀

2.1 常規(guī)技術(shù)

通常鋼鐵企業(yè)煤氣綜合利用的方法比較多，包括焦?fàn)t煤氣制成可燃混合氣體、制氫、煉鐵和發(fā)電等；包括高爐煤氣TRT（利用高爐爐頂煤氣壓力能和潛熱能通過透平機帶動發(fā)電機發(fā)電）、BPRT（利用高爐爐頂煤氣壓力能和潛熱能在高爐鼓風(fēng)機末端同軸安裝透平機及增速離合器節(jié)電）和汽輪發(fā)電等。

2.2 發(fā)電經(jīng)濟效益

以某鋼廠新建2×130t/h全燃高爐煤氣鍋爐及高溫高壓（8.83MPa（a）、538℃）2×25MW抽凝式發(fā)電機組為例。其運行方式在滿足供熱的情況下盡可能發(fā)電，年供熱量2388880GJ，年發(fā)電量為22000萬kWh，扣除自用電，實際年供電量19284萬kWh。高爐煤氣年消耗量為176639萬m3。假設(shè)行業(yè)電價0.345元/kWh，蒸汽價格10元/ GJ計算，則其年總銷售收入90422萬元。

3 超高壓再熱機汽輪機新技術(shù)

3.1 技術(shù)規(guī)范

2012年，國內(nèi)高溫超高壓中間一次再熱65MW等級汽輪機由東方汽輪機有限公司（以下簡稱東汽）自主研發(fā)完成。機組型式：高溫超高壓一次再熱單缸單軸凝汽式汽輪機，機組型號為N65-13.2/538/538，背壓4.9kPa（a），主蒸汽流量200.5t/h，額定功率65MW，最大連續(xù)功率71.38MW；高壓缸效率75.03%，低壓缸效率90.09 %；循環(huán)熱效率42.71%。

3.2 結(jié)構(gòu)特點

機組采用單缸單軸單排汽結(jié)構(gòu)，高壓采用雙層缸；采用高低壓主蒸汽從機組中部進氣的反向通流形式，通流共計23級。前汽缸外缸采用ZG15Cr1Mo1V鑄件，轉(zhuǎn)子的材料為25Cr2NiMo1V。機組設(shè)絕對死點在凝汽器中心線處，在前軸承箱內(nèi)轉(zhuǎn)子推力盤處為相對死點。盤車轉(zhuǎn)速4.29r/min。

3.3 蒸汽系統(tǒng)特點

機組主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)采用單元制。采用閥門管理方式，噴嘴配汽（部分進汽）：高壓部分共有4個調(diào)節(jié)閥，對應(yīng)4組噴嘴；再熱蒸汽通過2個中壓聯(lián)合汽閥從汽缸下半左、右兩側(cè)分別進入中壓部分，中壓部分為全周進汽。采用6級回?zé)?，兩個高壓加熱器、一個除氧器和三個低壓加熱器；采用三組汽封，分別為高壓后端、高中壓間、低壓后軸端汽封。

3.4 運行特點

本機組運行操作控制方式有三種，即運行人員手動方式（手動）、運行人員自動方式（半自動）、汽輪機自啟動方式（全自動）。采用定壓和定-滑-定兩種方式運行。本機組安全運行的最高允許背壓值為14.7kPa，最高排汽溫度值小于100℃；允許長期運行的最小負荷是19.5MW。

3.5 機組應(yīng)用

由于高溫超高壓再熱機組效率比高溫高壓機組效率高，東汽一推出該機型就得到了應(yīng)用。2013年11月21日，該技術(shù)機組在唐山建龍實業(yè)有限公司1×65MW超高溫超高壓中間一次再熱煤氣綜合利用發(fā)電機組成功投運。

①超溫超高壓中間一次再熱機組應(yīng)用統(tǒng)計。該機型主要通過多家EPC總包公司進行推廣，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，詳見表1。

截止到2016年5月，東汽65MW等級再熱機組已經(jīng)完成24臺套，共計156萬千瓦。

②再熱機組的系列開發(fā)

截止到2016年6月，東汽已經(jīng)完成了從30MW至100MW等級的系列化研發(fā)，共計9個機型。分高溫超高壓（13.2MPa（a）、538℃、538℃）和超高溫超高壓（13.2MPa（a）、566℃、566℃）兩個系列。詳見表2。

4 應(yīng)用前景

4.1 國內(nèi)應(yīng)用前景

國際和國內(nèi)由于受2008年以來全球金融危機的影響，經(jīng)濟下滑，鋼鐵企業(yè)的降成本壓力巨大，近年各鋼鐵企業(yè)加大了降能耗力度，詳見表3。

高溫超高壓再熱機組效率增加，應(yīng)用效益明顯，將是各大鋼鐵企業(yè)在煤氣發(fā)電綜合利用上的重要選擇。

4.2 國外應(yīng)用前景

2015年全球前十大粗鋼生產(chǎn)國依次為中國（8.0億噸）、日本（1.1億噸）、印度（8960萬噸）、美國（7890萬噸）、俄羅斯（7110萬噸）、韓國（6970萬噸）、德國（4270萬噸）、巴西（3320萬噸）、土耳其（3150萬噸）和烏克蘭（2290萬噸）。其中印度粗鋼產(chǎn)量首次超越美國，成為全球排名第三的粗鋼生產(chǎn)國，這主要是由于印度政府推動改革鋼鐵企業(yè)，增加鋼鐵產(chǎn)能。印度和巴西鋼鐵產(chǎn)量上升國家，加上印度尼西亞、越南和老撾等東南亞工業(yè)基礎(chǔ)相對較弱的國家將是煤氣發(fā)電綜合利用的主要市場，包括非洲國家。

5 結(jié)語

鋼鐵行業(yè)長期面對成本控制壓力，因此，東汽再熱汽輪機技術(shù)系列化機型的推廣和應(yīng)用將面臨很大的機遇。但要更好地提高煤氣發(fā)電的綜合利用效率，還要在技術(shù)優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量上進行改進。

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