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世界首套分轴式高炉煤气联合循环发电机组(CCPP)在鞍钢投产。
来源:    浏览:    时间:2020-01-14 16:29:24

世界首套分轴式高炉煤气联合循环发电机组(CCPP)在鞍钢投产。
       2019年12月26日20点,由鞍钢节能公司投资,鞍钢集团工程技术公司以EPC方式实施的鞍钢180MW CCPP发电项目完成了168h考核圆满成功,期间进行了汽轮机的纯凝发电、抽汽供热、背压供热工况的转化,均一次性成功。此举标志世界首套具有凝抽背(NCB)热电联产功能的分轴式高炉煤气联合循环发电机组(CCPP)在鞍钢顺利投产,开创了冶金工厂低热值煤气高效利用的新格局。
       鞍钢集团高度重视环境保护和循环经济发展,始终秉承“循环发展、绿色钢铁”的理念,深入挖潜、优化操作,保证煤气回收,为高效利用富裕煤气,经过充分科学论证,决定采用燃气-蒸汽联合循环发电工艺对富裕煤气进行高效利用。
       作为该项目的总负责方,鞍钢集团工程技术公司从项目建立之初就将它赋予了绿色的概念,将此项目申请为合同能源管理项目(EMC),充分利用国家政策,为企业减轻投资压力。该机组于2019年9月1日首次点火成功;11月15日燃机并网发电;11月22日机组实现180MW满负荷发电,最大185MW;12月26日20点通过168h功能考核(见图1),各项指标均达到或超过了设计值。年发电量为14×108kWh,每年可获得的净节能效益达4亿元。
 
       工程主设备包含日本三菱公司生产的一套燃气轮机发电机组、一台哈尔滨电气集团生产的余热锅炉和一套东方电气集团的NCB型热电联产蒸汽发电机组。高炉煤气联合循环发电(Combined Cycle Power Plant,CCPP)主要工艺见图2。
      将高炉煤气与焦炉煤气经过混合器混合到一定热值,经过湿式电除尘器将煤气中的含尘量降低至1mg/Nm³以下,然后经过煤气压缩机压缩,与压送至燃烧室的空气混合燃烧,生成高温、高压的气体,经燃气透平机膨胀做功,推动发电机发电;从燃气透平中排出的高温废气引至余热锅炉,产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机,带动汽轮发电机发电,从而形成燃气-蒸汽联合循环发电。
      该项目具有以下特点:
      1.设备布置:
       创新性地将燃机发电系统和汽轮机发电系统平行布置在同一个厂房,实现了布置紧凑、占地面积小的特点。
由于该项目新建CCPP厂址的选择综合考虑了现有水、电等公辅设施以及生产管理等各方面的因素,利用了原有的自然通风冷却塔、化水车间等,建设地点位于老厂,厂地狭窄。现有场地无法满足常规布置。这项工程创新性地将燃机发电系统与汽轮机发电系统平行布置在一个厂房内(见图3),在两套机组中间设置检修区,两套机组共用检修区及检修吊车,这样既满足了占地需求,节省了土建工程投资费用,又减少了一台检修吊车,显著降低了工程投资费用。
       2.燃机特点:
        1)机组采用SFC(静态励磁变频)启动。与以往同轴CCPP机组采用蒸汽启动相比,启动更快,工艺更加简单。
        2)机组对煤气热值适应性更强、范围更广,在800-1300kcal/Nm³范围内都能稳定燃烧、安全运行。调试期间进行的燃料低热值试验表明,机组在纯烧高炉煤气情况下可以安全稳定的高效运行。
        3)机组环境友好型。这套机组无需额外的环保设备投入,即可达到超低排放标准。
       3.汽轮机特点:
       该CCPP项目配套的汽轮机采用先进的凝抽背(NCB)型机组,汽轮机选用NCB热电联产型,分缸设计,高、低压缸转子之间采用3S离合器连接。该机组具有以下特点:
        1)在夏季无热用户时,纯凝运行,保证发电量最大。
        2)在冬季有供热需求时,可通过抽汽管道上的可调蝶阀调整抽汽,对外供热,抽汽量最大150t/h,供热功率104MW,每小时对外供热374GJ,可满足200多万平方米的居民供暖需求。
        3)若抽汽工况下,还有额外供热需求,该机组在高、低压缸连接处设置有3S离合器,此时可能通过离合器将低压缸脱开,将高压缸排至低压缸的蒸汽全部对外供热,达到全部的热电联产,将凝汽器的冷端损失全部消除,热电联产的综合热效率可达85%以上,实现电厂效率和效益最大化。此时供汽量可达240t/h,供热功率167MW,每小时对外供热600GJ,可满足300多万平方米的居民供暖需求。相当于替代一台240t/h的燃煤采暖锅炉,每年减少CO₂排放量26.4万吨、SO₂排放量504t、NOx排放量504t、烟尘排放量101t。
       该机组可以在纯凝、抽汽、背压三个工况下切换的关键技术在于图4中所示的3S离合器,通过离合器的啮合与脱开得以实现。目前已为200万平方米的居民供暖。
       4.联合循环(CCPP)特点:
       CCPP机组中煤气先经燃气透平机膨胀做功,推动燃气透平带动发电机发电;从燃气透平中排出的高温废气产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机,带动汽轮发电机发电,从而形成燃气-蒸汽联合循环发电。由于采用了分轴布置,燃气发电系统和蒸汽发电系统的物理分离,具有运行工况宽、发电效率高,燃料调整手段灵活的优势。通过表1对比可以看出,CCPP发电较传统煤气锅炉发电,还是有很大优势的。
       由表1可知,在同样的煤气量下,CCPP机组每年可比传统亚临界机组多发电2.57亿度,按电价0.5元/度计算,可折合为1.285亿元。同时,CCPP发电机组在自耗电量、自耗水量等方面也优于传统亚临界发电机组。
       该项目于2019年12月9日进行了性能测试,具体见表2与表3。由测试结果可知,在标准工况(9.6℃)下,该项目的联合循环发电效率达49.56%,相当于单位煤耗248g/kWh,比最好的1000MW火力发电机组效率都高;在夏季工况下(27.9℃)下,该项目的联合循环发电效率也达到了48.87%。

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