引言

隨著鋼鐵行業(yè)進(jìn)入微利時(shí)代利用富余煤氣建設(shè)自備電廠成為鋼鐵企業(yè)降本增效、提高競爭力的重要手段。在煤氣資源量有限的情況下合理配置、選擇合理的發(fā)電工藝顯得尤為重要。本文結(jié)合某鋼鐵企業(yè)自備電廠項(xiàng)目對比兩種發(fā)電工藝從而為相關(guān)鋼鐵企業(yè)在建設(shè)自備電廠時(shí)選擇發(fā)電工藝方案方面提供參考。

某鋼鐵企業(yè)剩余煤氣42萬Nm3/h(折BFG）煤氣熱值850kcal/Nm3擬采用兩種發(fā)電方案。方案一:2×440t/h燃?xì)忮仩t＋150Mw發(fā)電機(jī)組:方案二:2×280MwCCPP機(jī)組。

1工藝系統(tǒng)簡介

1.1常規(guī)煤氣發(fā)電(BTG）

超高溫亞臨界發(fā)電技術(shù)是鋼鐵行業(yè)發(fā)電機(jī)組高參數(shù)小型化機(jī)組發(fā)展的代表主機(jī)參數(shù)為267MPa/566℃從2027年開始在鋼鐵行業(yè)大面積推廣,目前該技術(shù)已經(jīng)成熟。鍋爐采用單鍋筒、自然循環(huán)、全膜式水冷壁、全懸吊式結(jié)構(gòu),設(shè)置中間再熱系統(tǒng):汽輪機(jī)采用雙缸、雙軸、單排氣、一次再熱、沖動(dòng)式機(jī)組。常規(guī)煤氣發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示。

1.2CCPP

燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)(CombnedCyclePowerPlant）發(fā)電機(jī)組,簡稱CCPP。它通過壓氣機(jī)渦輪將空氣壓縮,高壓空氣在燃燒室與燃料混合燃燒,使空氣急劇膨脹做功,推動(dòng)動(dòng)力渦輪旋轉(zhuǎn)做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達(dá)450～550℃,可以通過余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽,驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)再發(fā)一次電,從而形成燃?xì)廨啓C(jī)一蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。系統(tǒng)流程如圖2所示。

2技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析

2.1燃料適應(yīng)性

對于150Mw級低熱值煤氣中型燃機(jī),目前上海電氣、GE、三菱均能生產(chǎn)。上海電氣AE942KS機(jī)型目前沒有運(yùn)行實(shí)績,從其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來看,最低熱值882kcal/m3,CCPP發(fā)電效率為442%,該機(jī)型的最低允許熱值不能適應(yīng)目前的煤氣狀況。GE公司9E低熱值燃機(jī),在國內(nèi)武鋼、韓鋼有運(yùn)行實(shí)績,該機(jī)型是在天然氣燃機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的,并不是針對高爐煤氣重新設(shè)計(jì)的,效率上不占優(yōu)勢。三菱生產(chǎn)的701SDAx低熱值燃機(jī),在設(shè)計(jì)熱值1050kcal/m3時(shí),CCPP發(fā)電效率高達(dá)47%:而當(dāng)煤氣熱值降低到850kcal/m3時(shí),CCPP發(fā)電效率降低至4342%,并且對于煤氣波動(dòng)有較高的要求。

相比于CCPP,常規(guī)煤氣發(fā)電(BTG）最大的優(yōu)勢在于對燃料的適應(yīng)性廣,煤氣壓力在5kPa以上、熱值在700kcal/m3以上時(shí)均能穩(wěn)定安全運(yùn)行,對熱值波動(dòng)沒有明顯的限制。因此,常規(guī)煤氣發(fā)電(BTG）從燃料適應(yīng)性角度看更具優(yōu)勢。

2.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

下面僅對超高溫亞臨界常規(guī)發(fā)電(BTG）與三菱701SDAx燃機(jī)做技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比,如表1所示。

從以上數(shù)據(jù)可以看出,對于煤氣熱值850kcal/Nm3的情況,在發(fā)電效率上,CCPP比常規(guī)發(fā)電機(jī)組(BTG）提高了22%,年發(fā)電收益增加,但CCPP燃?xì)獾暮诵脑O(shè)備備件全部要求進(jìn)口,造成設(shè)備的維修成本、折舊費(fèi)用較高,導(dǎo)致CCPP的發(fā)電成本較高。同時(shí),由于CCPP比常規(guī)發(fā)電機(jī)組在總投資上增加了129%,導(dǎo)致靜態(tài)回收期延長了142年。由此可知,針對此鋼鐵企業(yè)的煤氣狀況,常規(guī)發(fā)電機(jī)組更具優(yōu)勢。

3結(jié)語

通過上述分析可知,常規(guī)發(fā)電機(jī)組(BTG）比CCPP在燃料適應(yīng)性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面更具優(yōu)勢。尤其是目前鋼鐵行業(yè)正處于供給側(cè)改革和微利時(shí)代,財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)和資金壓力都比較大,選擇回收期快的常規(guī)發(fā)電技術(shù)是比較好的選擇。希望本文的研究能為同類企業(yè)選擇煤氣高效發(fā)電技術(shù)提供借鑒。