燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)(CombinedCyclePowerPlant)發(fā)電機(jī)組，簡(jiǎn)稱CCPP。燃?xì)廨啓C(jī)是從飛機(jī)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)演變而來(lái)的，它通過(guò)壓氣機(jī)渦輪將空氣壓縮，高壓空氣在燃燒室與燃料混合燃燒，使空氣急劇膨脹做功，推動(dòng)動(dòng)力渦輪旋轉(zhuǎn)做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)自身的發(fā)電效率不算很高，一般在30%—35%，但是其產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達(dá)450—550℃，可以通過(guò)余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)再發(fā)一次電，從而形成燃?xì)廨啓C(jī)—蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率可以達(dá)到58%—60%，一些大型機(jī)組甚至可以超過(guò)60%。因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)為旋轉(zhuǎn)持續(xù)做功，可以利用熱值比較低的燃料氣體，同時(shí)，還具有開(kāi)、停機(jī)快，運(yùn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大、速度快等特點(diǎn)，該技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中得到快速應(yīng)用，用于回收其高爐、焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量氣體燃料副產(chǎn)品(高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣)進(jìn)行發(fā)電，提高了發(fā)電效率，又能很好地滿足鋼鐵企業(yè)煤氣動(dòng)態(tài)平衡的需要，減少放散。

CCPP中的鍋爐和汽機(jī)都可以外供蒸汽，聯(lián)合循環(huán)可以靈活組成熱電聯(lián)產(chǎn)工廠。在CCPP系統(tǒng)中有一個(gè)煤氣壓縮機(jī)(GC)單元，特別在低熱值煤氣發(fā)電中，煤氣壓縮機(jī)比較大。眾所周知，余熱鍋爐加蒸汽輪機(jī)發(fā)電是常規(guī)技術(shù)，CCPP的技術(shù)核心是燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)一般是透平空壓機(jī)、燃燒器與燃?xì)馔钙綑C(jī)組合的總稱。電力工業(yè)采用的CCPP常用天然氣、重油等高熱值燃料，鋼鐵廠CCPP以燃高爐煤氣為主，有的工廠有可能摻入少量焦?fàn)t煤氣，用于發(fā)電的煤氣熱值(800—1350)×4.18kJ/m3，只是天然氣的1/10—1/6。低熱值煤氣燃燒不穩(wěn)定，煤氣體積龐大，煤氣壓縮功增加，增加了低熱值CCPP技術(shù)的難度。

低熱值煤氣的燃燒技術(shù)主要有兩種技術(shù)流派：一種是采用單筒燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)，使用的煤氣熱值可在800×4.18kJ/m3左右，如ABB、新比隆公司的產(chǎn)品;另外一種是多筒燃燒器的燃機(jī)，多用于煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)，煤氣熱值1334×4.18kJ/m3，煤氣H2含量10%左右，如GE公司與三菱公司的產(chǎn)品，通鋼、馬鋼采用了這種機(jī)組。

CCPP從設(shè)備布置方面分為兩種：一種為單軸布置，即煤氣壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)在同一軸上，單軸布置工作效率高，布置緊湊，占地面積小;另一種為雙軸布置，即煤氣壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)共軸，蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)共軸，這種設(shè)備布置方式需要2臺(tái)發(fā)電機(jī)，分軸布置工作效率較低，占地大，但可以分開(kāi)建設(shè)。

CCPP技術(shù)在遷鋼工程中的應(yīng)用

隨著遷鋼公司4000m3高爐及配套設(shè)施的建設(shè)，在鋼鐵廠生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生大量的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，進(jìn)行煤氣平衡后，高爐煤氣富余26萬(wàn)m3/h(低位熱值為3050kJ/Nm3)，焦?fàn)t煤氣富余3.0萬(wàn)m3/h(低位熱值為16410kJ/Nm3)。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，低碳生產(chǎn)的政策號(hào)召，同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益，這部分能源必須充分利用。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)高爐煤氣的利用方式主要有兩種：一種是以高爐煤氣作為鍋爐燃料，產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，其熱效率只能達(dá)25%左右;另一種是建燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站，這項(xiàng)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)大型鋼廠中均已采用，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：供電效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)燃煤的蒸汽輪機(jī)電站;運(yùn)行高度自動(dòng)化，每天都能啟停;單位投資低;占地少，用水少;建廠周期短，且可分期投產(chǎn)，一年內(nèi)可發(fā)電運(yùn)行;運(yùn)行的可用率高達(dá)85%—95%;燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在空負(fù)荷到滿負(fù)荷范圍內(nèi)可連續(xù)運(yùn)行，因此很容易適應(yīng)高爐煤氣的變化等優(yōu)點(diǎn)。

遷鋼公司為更大地提高高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的利用率，降低鋼廠運(yùn)行成本，決定建1套150MW燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。

CCPP發(fā)電機(jī)組的選擇

遷鋼工程CCPP電站一次建成，而且根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)采用聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，且燃機(jī)與蒸汽輪機(jī)同期建設(shè)時(shí)，宜優(yōu)先采用同軸布置方式。所以本工程采用日本三菱重工公司生產(chǎn)的M701S(DA)型單軸布置機(jī)組，CCPP發(fā)電機(jī)組主要設(shè)備為：M701S(DA)型燃?xì)廨啓C(jī)(含空氣壓縮機(jī))、154MW燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)、蒸汽輪機(jī)，杭鍋生產(chǎn)的余熱鍋爐、煤氣壓縮機(jī)、煤氣電除塵器、煤氣冷卻器。

日本三菱重工公司的CCPP發(fā)電機(jī)組工藝主要系統(tǒng)為：煤氣系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)及蒸汽系統(tǒng)。

煤氣系統(tǒng)。高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣在煤氣混合器中混合，混合熱值達(dá)到4187—4605kJ/Nm3，以保證燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定燃燒。煤氣混合后進(jìn)入電除塵器，含有灰塵的煤氣通過(guò)靜電除塵器，懸浮在煤氣中的灰塵和液體顆粒帶上電荷并在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下向集電極移動(dòng)，使煤氣含塵量降至1mg/m3以下，滿足煤氣壓縮機(jī)入口含塵濃度的要求，并經(jīng)過(guò)煤氣管道進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)。高溫高壓煤氣經(jīng)煤氣管道進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，煤氣與空氣混合在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒，燃燒后的高壓高溫?zé)煔馔苿?dòng)葉輪驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。

為保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)和煤氣壓縮機(jī)葉片，在壓縮機(jī)高壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)設(shè)有回氣管，回流煤氣經(jīng)過(guò)煤氣冷卻器降溫和減壓后返回電除塵器入口。

燃?xì)廨啓C(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)行，或甩負(fù)荷，或燃?xì)廨啓C(jī)跳閘時(shí)，煤氣壓縮機(jī)出口的高壓煤氣通過(guò)旁通閥組，進(jìn)入煤氣冷卻器降溫、減壓后返回電除塵器入口，返回管網(wǎng)。

煙氣系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)燃燒完排出的500—600℃的高溫?zé)煔猓ㄟ^(guò)省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器將鍋爐中的高壓水和低壓水加熱成高溫高壓蒸汽和低壓蒸汽。這個(gè)過(guò)程屬于常規(guī)的余熱回收利用。

空氣系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)為單循環(huán)、單軸和重負(fù)載型。燃?xì)廨啓C(jī)主要包括軸流型壓縮機(jī)、多筒型燃燒室及軸流式燃機(jī)。安裝在一個(gè)基礎(chǔ)底板上，機(jī)殼為水平剖分式?？諝鈮嚎s機(jī)轉(zhuǎn)子和燃機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)接在一根軸上?？諝鈮嚎s機(jī)是通過(guò)燃機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將過(guò)濾后的壓縮空氣送入燃燒室，與煤氣混合燃燒?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生的大部分壓縮空氣與煤氣混合燃燒，小部分壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器，由凝結(jié)水冷卻對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)葉片進(jìn)行冷卻，防止燃?xì)廨啓C(jī)葉片溫度超過(guò)其材料允許的溫度。

蒸汽系統(tǒng)。余熱鍋爐送出兩種參數(shù)蒸汽，一種為壓力7.39MPa，溫度543℃的高壓蒸汽，另一種為壓力0.81MPa，溫度265℃的低壓蒸汽。由余熱鍋爐高壓過(guò)熱器送出的高壓蒸汽出口通過(guò)管道送至汽輪機(jī)高壓蒸汽入口，高壓蒸汽管道在與汽輪機(jī)入口前裝有電動(dòng)主汽閥，并裝有高壓蒸汽調(diào)節(jié)閥，用來(lái)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)負(fù)荷。由余熱鍋爐低壓過(guò)熱器送出的低壓蒸汽通過(guò)管道送至汽輪機(jī)低壓蒸汽入口，低壓蒸汽通過(guò)管道在與汽輪機(jī)入口前裝有電動(dòng)主汽閥，并裝有低壓蒸汽調(diào)節(jié)閥，用來(lái)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)負(fù)荷。蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后推動(dòng)汽輪機(jī)葉片做功，通過(guò)汽輪機(jī)最后級(jí)的蒸汽做功后排入凝汽器冷卻，排汽在恒壓下被冷卻，比容很大的蒸汽冷凝成水，經(jīng)抽氣器作用，在汽輪機(jī)排汽口和凝汽器蒸汽空間形成真空，冷卻水帶走蒸汽冷凝放出的熱量，將蒸汽凝結(jié)為水。

當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)、負(fù)荷變化時(shí)，主蒸汽系統(tǒng)設(shè)有旁路裝置。余熱鍋爐送出的高壓蒸汽及低壓蒸汽全部由主蒸汽旁路管直接排入凝汽器冷卻變?yōu)槟Y(jié)水。旁路裝置通過(guò)減溫減壓閥，將主蒸汽的溫度和壓力降低后進(jìn)入凝汽器。減溫所用冷卻水分別由高壓給水泵及低壓給水泵供給。

國(guó)際工程公司在CCPP工程中采用的先進(jìn)技術(shù)

煤氣混合技術(shù)。高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣在煤氣混合器中混合，混合熱值達(dá)到4187—4605kJ/Nm3，以保證燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定燃燒。三壓余熱鍋爐技術(shù)。余熱鍋爐回收燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱，產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。余熱鍋爐是由除氧器、高壓汽包、低壓汽包、省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器以及集箱等換熱管簇和容器組成，構(gòu)成由水變過(guò)熱蒸汽的三個(gè)階段，即水的加熱、飽和水的蒸發(fā)、飽和蒸汽的過(guò)熱。煙氣進(jìn)口溫度為500—600℃。余熱鍋爐采用三壓、自然循環(huán)、受熱面布置方式為臥式。三壓余熱鍋爐的選用，解決蒸汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)要求高的問(wèn)題。環(huán)形真空泵和真空破壞閥技術(shù)。在余熱發(fā)電和小型發(fā)電站中，多采用射水抽氣器來(lái)維持凝汽器的真空狀態(tài);在發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)采用電動(dòng)閥破壞凝汽器的真空狀態(tài)。射水抽氣系統(tǒng)主要設(shè)備包括射水泵、射水箱、射水器，整套系統(tǒng)設(shè)備占地面積大，制造凝汽器真空狀態(tài)所需時(shí)間長(zhǎng)，環(huán)形真空泵占地面積小，建立凝汽器真空較快。真空破壞閥是在DCS系統(tǒng)中進(jìn)行連鎖的一個(gè)閥門，可以快速執(zhí)行任何狀態(tài)下的破真空命令。

管型離相封閉母線技術(shù)。110kV系統(tǒng)中采用了185MVA的大容量變壓器，大容量變壓器直接給電流傳輸帶來(lái)困難。采用管型離相封閉母線技術(shù)既可以滿足額定電流等技術(shù)方面的要求，又符合整個(gè)工程美觀、節(jié)省占地的要求。

快速切換技術(shù)。廠用電系統(tǒng)在10kV與380V首次全面采用快速切換裝置，確保了廠用電的可靠性與安全性。

變壓器消防排油注氮技術(shù)。變壓器消防采用排油注氮技術(shù)，確保電氣消防的高水準(zhǔn)、高安全性。

CO2消防技術(shù)。滅火劑(CO2)液態(tài)儲(chǔ)存在高壓鋼瓶?jī)?nèi)，所需數(shù)量的CO2鋼瓶集中在鋼架內(nèi)?；馂?zāi)時(shí)，通過(guò)從引導(dǎo)控制鋼瓶的引導(dǎo)控制氣到延遲設(shè)施，鋼瓶電池自動(dòng)釋放，滅火劑從主體流到保護(hù)區(qū)域的分配管。CO2火防護(hù)系統(tǒng)配備燃機(jī)罩殼和煤壓機(jī)罩殼防護(hù)。

閉式循環(huán)冷卻水技術(shù)。閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由閉式循環(huán)水泵、定壓罐、閉式循環(huán)冷卻水冷卻器等設(shè)備組成，閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為CCPP發(fā)電機(jī)組的油冷卻器、發(fā)電機(jī)冷卻器、真空泵冷卻器和鍋爐給水泵的軸承冷卻提供冷媒。閉式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水為除鹽水，避免了各設(shè)備所帶換熱器結(jié)垢和擁堵。閉式循環(huán)冷卻水技術(shù)需要補(bǔ)充水量少。

循環(huán)冷卻水增壓技術(shù)。循環(huán)冷卻水的主要用戶為凝汽器冷卻，凝汽器冷卻所需水量大，其它用戶所需循環(huán)冷卻水量較小，這樣存在大水量用戶和小水量用戶不匹配問(wèn)題。針對(duì)小水量用戶集中采用循環(huán)冷卻水增壓技術(shù)，可以解決大小水量用戶的匹配問(wèn)題。

水源熱泵技術(shù)。CCPP發(fā)電機(jī)組的綜合樓冬季采暖和夏季空調(diào)采用水源熱泵機(jī)組，水源熱泵技術(shù)通過(guò)少量高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)冷卻水中低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移。

凝汽器中旁路節(jié)流減壓技術(shù)。CCPP發(fā)電機(jī)組采用高低壓主蒸汽旁路技術(shù)，解決了機(jī)組在啟停時(shí)蒸汽放散和凝結(jié)水回收，高低壓主蒸汽在機(jī)組啟停時(shí)經(jīng)高低壓主蒸汽旁路進(jìn)入凝汽器，經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后回收凝結(jié)水。高壓主蒸汽經(jīng)一級(jí)減壓和減溫后，蒸汽壓力仍然高于凝汽器負(fù)壓狀態(tài)，所以在凝汽器中需要設(shè)置二級(jí)減壓和減溫，采用凝汽器旁路節(jié)流減壓技術(shù)，解決了高壓主蒸汽減壓、減溫難的問(wèn)題。

國(guó)際工程公司設(shè)計(jì)的遷鋼燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電投產(chǎn)后，每年為國(guó)家節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤36.75萬(wàn)噸，其發(fā)電能耗為0.292kg標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh，效率達(dá)到45.5%。至此遷鋼公司自備發(fā)電量占總用電量的50%以上，不僅降低了噸鋼成本，提高公司的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力，還使公司煤氣達(dá)到零排放。CCPP的成功并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著遷鋼公司在節(jié)能環(huán)保和發(fā)電行業(yè)上走在世界前列，實(shí)現(xiàn)了打造綠色鋼廠的愿望。國(guó)際工程公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)秉承“提升鋼鐵工業(yè)品質(zhì)，引領(lǐng)綠色鋼鐵未來(lái)”的理念，竭誠(chéng)為行業(yè)和廣大客戶服務(wù)，共同建設(shè)美麗中國(guó)。