钢铁行业煤气高效利用发电技术方案比选

引言

随着钢铁行业进入微利时代利用富余煤气建设自备电厂成为钢铁企业降本增效、提高竞争力的重要手段。在煤气资源量有限的情况下合理配置、选择合理的发电工艺显得尤为重要。本文结合某钢铁企业自备电厂项目对比两种发电工艺从而为相关钢铁企业在建设自备电厂时选择发电工艺方案方面提供参考。

某钢铁企业剩余煤气42万Nm3/h(折BFG）煤气热值850kcal/Nm3拟采用两种发电方案。方案一:2×440t/h燃气锅炉＋150Mw发电机组:方案二:2×280MwCCPP机组。

1工艺系统简介

1.1常规煤气发电(BTG）

超高温亚临界发电技术是钢铁行业发电机组高参数小型化机组发展的代表主机参数为267MPa/566℃从2027年开始在钢铁行业大面积推广,目前该技术已经成熟。锅炉采用单锅筒、自然循环、全膜式水冷壁、全悬吊式结构,设置中间再热系统:汽轮机采用双缸、双轴、单排气、一次再热、冲动式机组。常规煤气发电系统如图1所示。

1.2CCPP

燃气一蒸汽联合循环(CombnedCyclePowerPlant）发电机组,简称CCPP。它通过压气机涡轮将空气压缩,高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧,使空气急剧膨胀做功,推动动力涡轮旋转做功驱动发电机发电。其产生的废热烟气温度高达450～550℃,可以通过余热锅炉再次回收热能转换成蒸汽,驱动蒸汽轮机再发一次电,从而形成燃气轮机一蒸汽轮机联合循环发电。系统流程如图2所示。

2技术经济对比分析

2.1燃料适应性

对于150Mw级低热值煤气中型燃机,目前上海电气、GE、三菱均能生产。上海电气AE942KS机型目前没有运行实绩,从其设计数据来看,最低热值882kcal/m3,CCPP发电效率为442%,该机型的最低允许热值不能适应目前的煤气状况。GE公司9E低热值燃机,在国内武钢、韩钢有运行实绩,该机型是在天然气燃机的基础上改进而成的,并不是针对高炉煤气重新设计的,效率上不占优势。三菱生产的701SDAx低热值燃机,在设计热值1050kcal/m3时,CCPP发电效率高达47%:而当煤气热值降低到850kcal/m3时,CCPP发电效率降低至4342%,并且对于煤气波动有较高的要求。

相比于CCPP,常规煤气发电(BTG）最大的优势在于对燃料的适应性广,煤气压力在5kPa以上、热值在700kcal/m3以上时均能稳定安全运行,对热值波动没有明显的限制。因此,常规煤气发电(BTG）从燃料适应性角度看更具优势。

2.2技术经济对比

下面仅对超高温亚临界常规发电(BTG）与三菱701SDAx燃机做技术经济对比,如表1所示。

从以上数据可以看出,对于煤气热值850kcal/Nm3的情况,在发电效率上,CCPP比常规发电机组(BTG）提高了22%,年发电收益增加,但CCPP燃气的核心设备备件全部要求进口,造成设备的维修成本、折旧费用较高,导致CCPP的发电成本较高。同时,由于CCPP比常规发电机组在总投资上增加了129%,导致静态回收期延长了142年。由此可知,针对此钢铁企业的煤气状况,常规发电机组更具优势。

3结语

通过上述分析可知,常规发电机组(BTG）比CCPP在燃料适应性和技术经济性方面更具优势。尤其是目前钢铁行业正处于供给侧改革和微利时代,财政风险和资金压力都比较大,选择回收期快的常规发电技术是比较好的选择。希望本文的研究能为同类企业选择煤气高效发电技术提供借鉴。