东汽30MW至100MW等级中间一次再热机组在煤气发电项目中的应用

李陈虎+马少林+张元林+范晋+刘祥

【摘 要】钢铁生产过程中高炉、焦炉和转炉等设备运行产生了大量的可燃气体，称之为煤气。煤气综合利用一直是钢铁行业节能环保的重点工作.论文重点介绍了利用超高压再热汽轮机新技术在煤气发电进行综合利用方面的情况。

【Abstract】 In the process of steel production， blast furnace， coke oven and converter and other equipment operation produced a large number of combustible gas， called gas. The comprehensive utilization of coal gas has been the key work of energy saving and environmental protection in the iron and steel industry. This paper mainly introduces the situation of using the new technology of super high pressure steam turbine to make comprehensive utilization of coal gas.

【关键词】工业汽轮机；超高温超高压；再热；发电

【Keywords】industrial steam turbine； super high temperature and super high pressure； reheat； power generation

【中图分类号】TU995 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0176-02

1引言

2015年全球粗钢产量由2005年的11.5亿吨增加至16.2亿吨，增长4.7亿吨，增幅为41.4%。同期，中国粗钢产量由3.6亿吨增加至8.0亿吨，增长4.5亿吨，增幅高达125.9%。可见，全球粗钢产量增长主要是受中国粗钢增产推动。2008—2009年全球金融危机期间，全球（除中国）粗钢产量均出现负增长，但中国粗钢产量仍持续增长。2014年全球和中国粗钢产量达到近十年来的峰值，2015年中国粗钢产量下降2.3%，为8.038亿吨。可见，中国钢铁企业的高速增长期已经过去。

钢铁生产中高炉、焦炉和转炉等产生的煤气大量放散污染环境；同时又是耗电大户，根据2014年钢协统计数据显示：吨钢电耗469.73kWh/t，高炉煤气利用率97.26%，焦炉煤气利用率98.89%。综合利用率相对较高。

2 汽轮机技术在煤气发电综合利用的现状

2.1 常规技术

通常钢铁企业煤气综合利用的方法比较多，包括焦炉煤气制成可燃混合气体、制氢、炼铁和发电等；包括高炉煤气TRT（利用高炉炉顶煤气压力能和潜热能通过透平机带动发电机发电）、BPRT（利用高炉炉顶煤气压力能和潜热能在高炉鼓风机末端同轴安装透平机及增速离合器节电）和汽轮发电等。

2.2 发电经济效益

以某钢厂新建2×130t/h全燃高炉煤气锅炉及高温高压（8.83MPa（a）、538℃）2×25MW抽凝式发电机组为例。其运行方式在满足供热的情况下尽可能发电，年供热量2388880GJ，年发电量为22000万kWh，扣除自用电，实际年供电量19284万kWh。高炉煤气年消耗量为176639万m3。假设行业电价0.345元/kWh，蒸汽价格10元/ GJ计算，则其年总销售收入90422万元。

3 超高压再热机汽轮机新技术

3.1 技术规范

2012年，国内高温超高压中间一次再热65MW等级汽轮机由东方汽轮机有限公司（以下简称东汽）自主研发完成。机组型式：高温超高压一次再热单缸单轴凝汽式汽轮机，机组型号为N65-13.2/538/538，背压4.9kPa（a），主蒸汽流量200.5t/h，额定功率65MW，最大连续功率71.38MW；高压缸效率75.03%，低压缸效率90.09 %；循环热效率42.71%。

3.2 结构特点

机组采用单缸单轴单排汽结构，高压采用双层缸；采用高低压主蒸汽从机组中部进气的反向通流形式，通流共计23级。前汽缸外缸采用ZG15Cr1Mo1V铸件，转子的材料为25Cr2NiMo1V。机组设绝对死点在凝汽器中心线处，在前轴承箱内转子推力盘处为相对死点。盘车转速4.29r/min。

3.3 蒸汽系统特点

机组主蒸汽及再热蒸汽系统采用单元制。采用阀门管理方式，喷嘴配汽（部分进汽）：高压部分共有4个调节阀，对应4组喷嘴；再热蒸汽通过2个中压联合汽阀从汽缸下半左、右两侧分别进入中压部分，中压部分为全周进汽。采用6级回热，两个高压加热器、一个除氧器和三个低压加热器；采用三组汽封，分别为高压后端、高中压间、低压后轴端汽封。

3.4 运行特点

本机组运行操作控制方式有三种，即运行人员手动方式（手动）、运行人员自动方式（半自动）、汽轮机自启动方式（全自动）。采用定压和定-滑-定两种方式运行。本机组安全运行的最高允许背压值为14.7kPa，最高排汽温度值小于100℃；允许长期运行的最小负荷是19.5MW。

3.5 机组应用

由于高温超高压再热机组效率比高温高压机组效率高，东汽一推出该机型就得到了应用。2013年11月21日，该技术机组在唐山建龙实业有限公司1×65MW超高温超高压中间一次再热煤气综合利用发电机组成功投运。

①超温超高压中间一次再热机组应用统计。该机型主要通过多家EPC总包公司进行推广，应用相当广泛，详见表1。

截止到2016年5月，东汽65MW等級再热机组已经完成24台套，共计156万千瓦。

②再热机组的系列开发

截止到2016年6月，东汽已经完成了从30MW至100MW等级的系列化研发，共计9个机型。分高温超高压（13.2MPa（a）、538℃、538℃）和超高温超高压（13.2MPa（a）、566℃、566℃）两个系列。详见表2。

4 应用前景

4.1 国内应用前景

国际和国内由于受2008年以来全球金融危机的影响，经济下滑，钢铁企业的降成本压力巨大，近年各钢铁企业加大了降能耗力度，详见表3。

高温超高压再热机组效率增加，应用效益明显，将是各大钢铁企业在煤气发电综合利用上的重要选择。

4.2 国外应用前景

2015年全球前十大粗钢生产国依次为中国（8.0亿吨）、日本（1.1亿吨）、印度（8960万吨）、美国（7890万吨）、俄罗斯（7110万吨）、韩国（6970万吨）、德国（4270万吨）、巴西（3320万吨）、土耳其（3150万吨）和乌克兰（2290万吨）。其中印度粗钢产量首次超越美国，成为全球排名第三的粗钢生产国，这主要是由于印度政府推动改革钢铁企业，增加钢铁产能。印度和巴西钢铁产量上升国家，加上印度尼西亚、越南和老挝等东南亚工业基础相对较弱的国家将是煤气发电综合利用的主要市场，包括非洲国家。

5 结语

钢铁行业长期面对成本控制压力，因此，东汽再热汽轮机技术系列化机型的推广和应用将面临很大的机遇。但要更好地提高煤气发电的综合利用效率，还要在技术优化和产品质量上进行改进。

【参考文献】

【1】刘旭.钢铁厂燃用低热值煤气燃气-蒸汽联合循环发电装置探讨[J].钢铁技术，2003（3）：36-44.

【2】丁皓.关于我国钢铁工业二次能源利用的思考[J].创新创业与企业科技进步，2004（10）：102-104.

【3】顾洁.高炉煤气利用的研究[J].冶金能源，2005（1）：32-34.