论文部分内容阅读
摘 要：钢铁企业作为高能耗的冶金行业，寻找一个稳定、高效、长周期的燃气锅炉发电模式显得尤为重要且意义重大。华菱135MW发电机组通过其高效、稳定的运行及较先进的技术特点创造了良好的经济效益和社会效益。
关键词：高炉煤气；煤气平衡；煤气发电；节能
提升发电效率、增强发电能力是华菱湘钢科学利用煤气资源、加快推进节能减排、努力打造绿色钢城的重要举措。作为推动发电上台阶的主力设备，湘钢135创下了国内同类型机组“投资最少、周期最短、创效最好”的可喜记录。135MW发电一期工程30万高煤气柜、1#高温超高压135MW汽轮发电机组于2012年9月开工至2013年7月10日并网发电，二期2#高温超高压135MW汽轮发电机组于2014年元月开工至2014年12月26日并网发电。投产以来，机组在140MW左右的“超”负荷状态下保持了长周期的稳定运行，各项技术及性能指标均达到或超越了设计要求，高煤管网压力成功稳定在7.5～8.5kPa内，煤气放散率由原来的5%下降至0%，创造了良好的经济效益。
在装备水平提升的基础上，湘钢不断推进能源信息化集成及实时调度管理，将煤气平衡、发电机组控制系统和能源信息调度系统融为一体，实现了信息共享和实时调度、平衡。既保证了富余煤气充分利用，又使135MW发电机组的发电效率得到最大程度的发挥，发电机组的运行稳定性和安全性也得到了进一步提高，其主要创新点有以下几点。
1 30万立高炉煤气柜稳压
目前，国内用于回收高炉煤气的主要柜型有两种：稀油密封型多边形（曼型柜）和稀油密封圆形（也叫新型煤气柜或COS型柜）。该项目采用的新型煤气柜是由日本三菱重工业株式会社在吸取了曼型柜和克隆型煤气柜的优点后开发的，为新型稀油密封圆形干式煤气柜。活塞密封采用了克隆型煤气柜与曼型煤气柜的混双组合，即密封橡胶填料加稀油静压密封的型式。在此基础上，该项目对原有的密封装置进行了改进设计，采用上下两组、每组三带的密封结构，密封效果更好，达到了进一步节能的目标。
2 400t锅炉全烧煤气提高效率
湘钢135MW发电机组400t锅炉以湘钢厂区产生的高炉煤气及焦炉煤气作为燃料，采用单锅筒、自然循环、集中下降管、倒“U”型布置。锅炉前部为炉膛，全膜是水冷壁。炉顶、水平烟道及转向室设屏式过热器、对流过热器、高温再热器及对流蒸发管束，四周设顶棚管和包墙管等。锅炉点火用燃料为焦炉煤气，高能电火花点燃焦炉煤气，然后点燃高炉煤气主燃烧器，高能点火枪配置推进装置，便于实现程控（点火系统不属锅炉厂供货范围）。为保证燃烧安全，在燃烧器附近留有火焰检测装置接口，燃烧器设备周围均有平台和进出通道，保障了机组和人员的安全。
在自动控制方面，相对于烧煤粉的锅炉，煤气锅炉负荷受煤气压力和热值波动影响很大。于是，该项目设想输入给定入炉总热量，通过煤气调节阀自动调节入炉燃料量实现总热量的平衡来保证锅炉负荷的稳定，从而使机组负荷稳定，避免了因煤气量调节不及时机组超负荷的现象。
此外，该项目还在400t/h燃气锅炉排烟尾气处（排烟温度150℃），采用直径2.7m管道引至炼铁工序进行磨煤干燥，大大提高了以往采用燃烧煤气进行干燥的能源利用效率，也降低了碳排放。
3 煤气全过程全信息化控制
该项目将煤气平衡、发电机组控制系统和能源信息调度系统融为一体，实现了信息共享和实时调度、平衡。
（1）采用最大发生量减最小消耗量再比较实测平均值，解决静态计算煤气产耗不能准确用于发电用煤气量的设计问题。
湘钢主要以高炉、焦炉燃烧时产生的煤气进行发电，除去轧制系统加热炉及部分套筒窑所需煤气外，剩下的煤气全部用于发电，如图1所示为湘钢煤气实时平衡图。
在图中可以清楚地看到煤气的产生数量及变化情况，同时还可观测到煤气消耗的去向。当煤气消耗量超过或低于预测值时，就会进行报警，提醒增减发电机组的负荷，提高发电效率。通过SCADA系统可以清楚地看到煤气的全部去向，同时利用下面的公式来计算发电用的煤气量大小。
发电用高炉煤气量=高炉煤气最大发生量-高炉煤气最小消耗量-对空放散量
发电用焦炉煤气量=焦炉煤气最大发生量-焦炉煤气最小消耗量-对空放散量
通过煤气发生量的对比，可以对煤气产生单位、煤气消耗单位和煤气发电单位进行整体的调控，跟踪煤气的变化情况，进一步提升煤气的利用效率。
（2）将煤气平衡、发电机组控制系统和能源信息调度系统融为一体，实现信息共享和实时调度、平衡。
在湘钢采用SCADA系统进行煤气系统控制后，任何一点煤气的变化都可以通过调度系统的分析，对煤气进行调整以保证平衡，最终进行发电机组的调控。整个系统的工作流程如下：
当能源信息调度系统的人员发现煤气系统有变化及波动时，调度人员通过调节煤气的去向，使煤气在系统中得到平衡，通过对煤气的调度，使发电机组人员获得指令，进行增减负荷或停开机，作用于发电机组控制系统。
目前，随着能源政策及环境保护政策的加强，企业的节能减排压力增大。钢铁厂作为高能耗高排放的企业，节能减排的压力更大。华菱湘钢以全燃气锅炉135MW机组为核心的煤气高效、稳定、综合利用的关键技术开发，实现富余冶金燃气全利用发电项目，对钢铁厂副产品煤气高效、稳定、综合利用起到了良好的示范作用，至今处于长期连续、稳定、满负荷运行发电。该项目节能减排、高效环保、综合利用能源，贡献巨大，经济效益十分显著，适用于应用高炉、焦炉产生的富余煤气进行发电的钢铁厂进行推广应用。
参考文献
[1]贾琼.15 万m3煤气柜并网运行试验与实践[J].冶金动力，2010，（1）：17-19.
（作者单位：华菱湘钢动力厂）
关键词：高炉煤气；煤气平衡；煤气发电；节能
提升发电效率、增强发电能力是华菱湘钢科学利用煤气资源、加快推进节能减排、努力打造绿色钢城的重要举措。作为推动发电上台阶的主力设备，湘钢135创下了国内同类型机组“投资最少、周期最短、创效最好”的可喜记录。135MW发电一期工程30万高煤气柜、1#高温超高压135MW汽轮发电机组于2012年9月开工至2013年7月10日并网发电，二期2#高温超高压135MW汽轮发电机组于2014年元月开工至2014年12月26日并网发电。投产以来，机组在140MW左右的“超”负荷状态下保持了长周期的稳定运行，各项技术及性能指标均达到或超越了设计要求，高煤管网压力成功稳定在7.5～8.5kPa内，煤气放散率由原来的5%下降至0%，创造了良好的经济效益。
在装备水平提升的基础上，湘钢不断推进能源信息化集成及实时调度管理，将煤气平衡、发电机组控制系统和能源信息调度系统融为一体，实现了信息共享和实时调度、平衡。既保证了富余煤气充分利用，又使135MW发电机组的发电效率得到最大程度的发挥，发电机组的运行稳定性和安全性也得到了进一步提高，其主要创新点有以下几点。
1 30万立高炉煤气柜稳压
目前，国内用于回收高炉煤气的主要柜型有两种：稀油密封型多边形（曼型柜）和稀油密封圆形（也叫新型煤气柜或COS型柜）。该项目采用的新型煤气柜是由日本三菱重工业株式会社在吸取了曼型柜和克隆型煤气柜的优点后开发的，为新型稀油密封圆形干式煤气柜。活塞密封采用了克隆型煤气柜与曼型煤气柜的混双组合，即密封橡胶填料加稀油静压密封的型式。在此基础上，该项目对原有的密封装置进行了改进设计，采用上下两组、每组三带的密封结构，密封效果更好，达到了进一步节能的目标。
2 400t锅炉全烧煤气提高效率
湘钢135MW发电机组400t锅炉以湘钢厂区产生的高炉煤气及焦炉煤气作为燃料，采用单锅筒、自然循环、集中下降管、倒“U”型布置。锅炉前部为炉膛，全膜是水冷壁。炉顶、水平烟道及转向室设屏式过热器、对流过热器、高温再热器及对流蒸发管束，四周设顶棚管和包墙管等。锅炉点火用燃料为焦炉煤气，高能电火花点燃焦炉煤气，然后点燃高炉煤气主燃烧器，高能点火枪配置推进装置，便于实现程控（点火系统不属锅炉厂供货范围）。为保证燃烧安全，在燃烧器附近留有火焰检测装置接口，燃烧器设备周围均有平台和进出通道，保障了机组和人员的安全。
在自动控制方面，相对于烧煤粉的锅炉，煤气锅炉负荷受煤气压力和热值波动影响很大。于是，该项目设想输入给定入炉总热量，通过煤气调节阀自动调节入炉燃料量实现总热量的平衡来保证锅炉负荷的稳定，从而使机组负荷稳定，避免了因煤气量调节不及时机组超负荷的现象。
此外，该项目还在400t/h燃气锅炉排烟尾气处（排烟温度150℃），采用直径2.7m管道引至炼铁工序进行磨煤干燥，大大提高了以往采用燃烧煤气进行干燥的能源利用效率，也降低了碳排放。
3 煤气全过程全信息化控制
该项目将煤气平衡、发电机组控制系统和能源信息调度系统融为一体，实现了信息共享和实时调度、平衡。
（1）采用最大发生量减最小消耗量再比较实测平均值，解决静态计算煤气产耗不能准确用于发电用煤气量的设计问题。
湘钢主要以高炉、焦炉燃烧时产生的煤气进行发电，除去轧制系统加热炉及部分套筒窑所需煤气外，剩下的煤气全部用于发电，如图1所示为湘钢煤气实时平衡图。
在图中可以清楚地看到煤气的产生数量及变化情况，同时还可观测到煤气消耗的去向。当煤气消耗量超过或低于预测值时，就会进行报警，提醒增减发电机组的负荷，提高发电效率。通过SCADA系统可以清楚地看到煤气的全部去向，同时利用下面的公式来计算发电用的煤气量大小。
发电用高炉煤气量=高炉煤气最大发生量-高炉煤气最小消耗量-对空放散量
发电用焦炉煤气量=焦炉煤气最大发生量-焦炉煤气最小消耗量-对空放散量
通过煤气发生量的对比，可以对煤气产生单位、煤气消耗单位和煤气发电单位进行整体的调控，跟踪煤气的变化情况，进一步提升煤气的利用效率。
（2）将煤气平衡、发电机组控制系统和能源信息调度系统融为一体，实现信息共享和实时调度、平衡。
在湘钢采用SCADA系统进行煤气系统控制后，任何一点煤气的变化都可以通过调度系统的分析，对煤气进行调整以保证平衡，最终进行发电机组的调控。整个系统的工作流程如下：
当能源信息调度系统的人员发现煤气系统有变化及波动时，调度人员通过调节煤气的去向，使煤气在系统中得到平衡，通过对煤气的调度，使发电机组人员获得指令，进行增减负荷或停开机，作用于发电机组控制系统。
目前，随着能源政策及环境保护政策的加强，企业的节能减排压力增大。钢铁厂作为高能耗高排放的企业，节能减排的压力更大。华菱湘钢以全燃气锅炉135MW机组为核心的煤气高效、稳定、综合利用的关键技术开发，实现富余冶金燃气全利用发电项目，对钢铁厂副产品煤气高效、稳定、综合利用起到了良好的示范作用，至今处于长期连续、稳定、满负荷运行发电。该项目节能减排、高效环保、综合利用能源，贡献巨大，经济效益十分显著，适用于应用高炉、焦炉产生的富余煤气进行发电的钢铁厂进行推广应用。
参考文献
[1]贾琼.15 万m3煤气柜并网运行试验与实践[J].冶金动力，2010，（1）：17-19.
（作者单位：华菱湘钢动力厂）