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世界首套分軸式高爐煤氣聯合循環發電機組(CCPP)在鞍鋼投產。
來源:    瀏覽:    時間:2020-01-14 16:29:24

世界首套分軸式高爐煤氣聯合循環發電機組(CCPP)在鞍鋼投產。
       2019年12月26日20點,由鞍鋼節能公司投資,鞍鋼集團工程技術公司以EPC方式實施的鞍鋼180MW CCPP發電項目完成了168h考核圓滿成功,期間進行了汽輪機的純凝發電、抽汽供熱、背壓供熱工況的轉化,均一次性成功。此舉標志世界首套具有凝抽背(NCB)熱電聯產功能的分軸式高爐煤氣聯合循環發電機組(CCPP)在鞍鋼順利投產,開創了冶金工廠低熱值煤氣高效利用的新格局。
       鞍鋼集團高度重視環境保護和循環經濟發展,始終秉承“循環發展、綠色鋼鐵”的理念,深入挖潛、優化操作,保證煤氣回收,為高效利用富裕煤氣,經過充分科學論證,決定采用燃氣-蒸汽聯合循環發電工藝對富裕煤氣進行高效利用。
       作為該項目的總負責方,鞍鋼集團工程技術公司從項目建立之初就將它賦予了綠色的概念,將此項目申請為合同能源管理項目(EMC),充分利用國家政策,為企業減輕投資壓力。該機組于2019年9月1日首次點火成功;11月15日燃機并網發電;11月22日機組實現180MW滿負荷發電,最大185MW;12月26日20點通過168h功能考核(見圖1),各項指標均達到或超過了設計值。年發電量為14×108kWh,每年可獲得的凈節能效益達4億元。
 
       工程主設備包含日本三菱公司生產的一套燃氣輪機發電機組、一臺哈爾濱電氣集團生產的余熱鍋爐和一套東方電氣集團的NCB型熱電聯產蒸汽發電機組。高爐煤氣聯合循環發電(Combined Cycle Power Plant,CCPP)主要工藝見圖2。
      將高爐煤氣與焦爐煤氣經過混合器混合到一定熱值,經過濕式電除塵器將煤氣中的含塵量降低至1mg/Nm³以下,然后經過煤氣壓縮機壓縮,與壓送至燃燒室的空氣混合燃燒,生成高溫、高壓的氣體,經燃氣透平機膨脹做功,推動發電機發電;從燃氣透平中排出的高溫廢氣引至余熱鍋爐,產生高溫、高壓蒸汽驅動汽輪機,帶動汽輪發電機發電,從而形成燃氣-蒸汽聯合循環發電。
      該項目具有以下特點:
      1.設備布置:
       創新性地將燃機發電系統和汽輪機發電系統平行布置在同一個廠房,實現了布置緊湊、占地面積小的特點。
由于該項目新建CCPP廠址的選擇綜合考慮了現有水、電等公輔設施以及生產管理等各方面的因素,利用了原有的自然通風冷卻塔、化水車間等,建設地點位于老廠,廠地狹窄?,F有場地無法滿足常規布置。這項工程創新性地將燃機發電系統與汽輪機發電系統平行布置在一個廠房內(見圖3),在兩套機組中間設置檢修區,兩套機組共用檢修區及檢修吊車,這樣既滿足了占地需求,節省了土建工程投資費用,又減少了一臺檢修吊車,顯著降低了工程投資費用。
       2.燃機特點:
        1)機組采用SFC(靜態勵磁變頻)啟動。與以往同軸CCPP機組采用蒸汽啟動相比,啟動更快,工藝更加簡單。
        2)機組對煤氣熱值適應性更強、范圍更廣,在800-1300kcal/Nm³范圍內都能穩定燃燒、安全運行。調試期間進行的燃料低熱值試驗表明,機組在純燒高爐煤氣情況下可以安全穩定的高效運行。
        3)機組環境友好型。這套機組無需額外的環保設備投入,即可達到超低排放標準。
       3.汽輪機特點:
       該CCPP項目配套的汽輪機采用先進的凝抽背(NCB)型機組,汽輪機選用NCB熱電聯產型,分缸設計,高、低壓缸轉子之間采用3S離合器連接。該機組具有以下特點:
        1)在夏季無熱用戶時,純凝運行,保證發電量最大。
        2)在冬季有供熱需求時,可通過抽汽管道上的可調蝶閥調整抽汽,對外供熱,抽汽量最大150t/h,供熱功率104MW,每小時對外供熱374GJ,可滿足200多萬平方米的居民供暖需求。
        3)若抽汽工況下,還有額外供熱需求,該機組在高、低壓缸連接處設置有3S離合器,此時可能通過離合器將低壓缸脫開,將高壓缸排至低壓缸的蒸汽全部對外供熱,達到全部的熱電聯產,將凝汽器的冷端損失全部消除,熱電聯產的綜合熱效率可達85%以上,實現電廠效率和效益最大化。此時供汽量可達240t/h,供熱功率167MW,每小時對外供熱600GJ,可滿足300多萬平方米的居民供暖需求。相當于替代一臺240t/h的燃煤采暖鍋爐,每年減少CO?排放量26.4萬噸、SO?排放量504t、NOx排放量504t、煙塵排放量101t。
       該機組可以在純凝、抽汽、背壓三個工況下切換的關鍵技術在于圖4中所示的3S離合器,通過離合器的嚙合與脫開得以實現。目前已為200萬平方米的居民供暖。
       4.聯合循環(CCPP)特點:
       CCPP機組中煤氣先經燃氣透平機膨脹做功,推動燃氣透平帶動發電機發電;從燃氣透平中排出的高溫廢氣產生高溫、高壓蒸汽驅動汽輪機,帶動汽輪發電機發電,從而形成燃氣-蒸汽聯合循環發電。由于采用了分軸布置,燃氣發電系統和蒸汽發電系統的物理分離,具有運行工況寬、發電效率高,燃料調整手段靈活的優勢。通過表1對比可以看出,CCPP發電較傳統煤氣鍋爐發電,還是有很大優勢的。
       由表1可知,在同樣的煤氣量下,CCPP機組每年可比傳統亞臨界機組多發電2.57億度,按電價0.5元/度計算,可折合為1.285億元。同時,CCPP發電機組在自耗電量、自耗水量等方面也優于傳統亞臨界發電機組。
       該項目于2019年12月9日進行了性能測試,具體見表2與表3。由測試結果可知,在標準工況(9.6℃)下,該項目的聯合循環發電效率達49.56%,相當于單位煤耗248g/kWh,比最好的1000MW火力發電機組效率都高;在夏季工況下(27.9℃)下,該項目的聯合循環發電效率也達到了48.87%。

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