一、技術名稱：燃氣輪機值班燃料替代技術
二、技術所屬領域及適用范圍：鋼鐵行業 CCPP應用領域
三、與該技術相關的能耗及碳排放現狀
近年來，燃氣-蒸汽聯合循環發電機組（CCPP）在鋼鐵企業得到廣泛的應用。通過燃用中、低熱值煤氣（以高爐煤氣為主，摻入部分焦爐煤氣和轉爐煤氣），將副產放散的工業煤氣轉化為電能，具有顯著的高效節能和環保效果。
目前，國內鋼鐵企業在運的50MW級別燃氣-蒸汽聯合循環發電機組（CCPP）的熱電轉化效率普遍較低，其中GE 50MW級別機組熱電轉化效率約30%，三菱50MW級別機組熱電轉化效率約37.6%。國內大部分企業在運的機組效率還不能達到以上標準。
CCPP 對燃料熱值及質量要求較高，不能單獨使用低熱值的高爐煤氣作為燃料，必須摻燒熱值相對較高的焦爐煤氣或轉爐煤氣等。一方面，焦爐煤氣價格遠高于高爐煤氣，造成燃料成本居高不下。一般情況下，裝機50MW的燃氣輪機，作為值班燃料的焦爐煤氣平均消耗量約為1000-1200m3/h，如果年運行小時按8000小時計算，每年值班燃料消耗量約為800-960萬m3，造成優質能源的大量浪費；另一方面，焦爐煤氣由于其自身特性，品質難以達到燃氣輪機的燃料規范，很容易致使燃氣輪機排氣SO2超標，不僅達不到環保要求，而且會引起余熱鍋爐煙道酸露腐蝕，出現頻繁爆管的現象。目前該技術可實現節能量3萬tce/a，CO2減排約8萬t/a。
四、技術內容
1.技術原理
該技術通過對燃氣輪機燃燒室流體預混、擴散燃燒進行研究，建立燃燒計算模型，模擬燃燒室工況，調整過量空氣系數，按《燃氣輪機排放標準》計算燃料更改后燃燒室燃燒溫度，確保最佳過量空氣系數，降低燃燒溫度以及NOX、SO2的生成量；同時，通過焦爐煤氣（COG）及高爐煤氣（BFG）聯動邏輯系統研究，將值班燃料切換過程中及切換后的燃燒波動偏差控制在合理范圍之內，實現對熱值范圍的相應修改，增強燃氣輪機對燃料的適應性，增加高爐煤氣用量，提高聯合循環發電機組出力。在極限工況下，如燃氣輪機負荷小于5MW，熱值低于2990kJ/Nm3-wet，大氣溫度低于-12℃等情況下，需增加相應保護連鎖，防止回火、熄火等事故發生，保證安全運行。
2.關鍵技術
（1）基于燃燒及流場分析的建模技術；
（2）燃氣輪機燃燒穩定技術；
（3）燃氣輪機低氮燃燒技術；
（4）焦爐煤氣（COG）及高爐煤氣（BFG）聯動系統技術；
（5）變幾何低氮燃燒技術；
（6）燃燒室壓力波動及加速度監測技術。
3.工藝流程
燃氣輪機值班燃料替代技術的工藝流程見圖1和圖2。
五、主要技術指標
按單套50MW聯合循環CCPP計算：
1.聯合循環效率提高0.5%，增加發電量1200萬kWh；
2.提高了燃氣輪機燃料熱值允許范圍，從3090-3650 kJ/Nm3-Wet改為2890-3770kJ/Nm3-Wet；
3.減少氮氣消耗1600萬m3；
4.平均減少燃氣輪機非計劃停機60次/年，年利用小時數超過8000小時；
5.減少廠用電消耗568萬kWh。
六、技術應用及產業化情況
近年來，新型高效的燃氣-蒸汽聯合循環發電技術（CCPP）廣泛應用于各大型鋼鐵企業，因其熱效率高、節能環保效果顯著，受到各鋼鐵企業的青睞，目前全國大型鋼鐵企業的CCPP數量已達約30余臺套。CCPP發電廠雖工藝先進、熱效率高，但生產、維護費用高，且對系統要求苛刻，常常制約自備電廠的穩定運行。其中，最大的制約因素就是煤氣質量，尤其是焦爐煤氣質量達不到燃氣輪機的要求，導致設備事故頻繁發生。燃氣輪機值班燃料替代技術從根本上解決了焦爐煤氣質量差引起設備事故的問題，可保證系統穩定、高效運行。目前，已經在漣鋼、沙鋼等得到應用。該技術獲得國家發明專利1項，并于2013年2月獲得”中國資源綜合利用協會”科學技術二等獎。
七、典型應用案例
典型用戶：漣鋼動力廠、沙鋼能源中心、太鋼熱電廠。
典型案例1
案例名稱：漣鋼燃氣-蒸汽聯合循環發電項目燃機值班燃料技術改造
技術提供單位：重慶中節能三峰能源有限公司、中節能工業節能有限公司
建設規模：4×50MW燃氣-蒸汽聯合循環發電機組改造。建設條件：具備燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。主要技改內容：取消值班燃料，應用零值班燃料技術。主要設備為吹掃BFG供應閥、吹掃BFG切斷閥、高壓氮氣密封閥、吹掃過濾器、差壓變送器等。技改投資額1080 萬元，建設期2 個月。年節能量19605tce/a，年減排量51757tCO2/a，年增加發電經濟效益2566萬元，投資回收期約4個月。典型案例2
案例名稱：沙鋼燃氣-蒸汽聯合循環發電項目燃機值班燃料技術改造
技術提供單位：重慶中節能三峰能源有限公司、中節能工業節能有限公司
建設規模：3×50MW燃氣-蒸汽聯合循環發電機組改造。建設條件：具備燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。主要技改內容：取消值班燃料，應用零值班燃料技術。主要設備為吹掃BFG供應閥、吹掃BFG切斷閥、高壓氮氣密封閥、吹掃過濾器、差壓變送器等。技改投資額870萬元，建設期2個月。年節能量14704tce/a，年減排量38818tCO2/a，年增加發電經濟效益1900萬元，投資回收期約5個月。
八、推廣前景和節能減排潛力
預計未來5年，預期推廣比例可達40%，可形成年節能能力20萬tce，碳減排潛力約53萬tCO2。
|
