武钢CCPP项目设计与建设

林介邦

摘要：武钢首次应用CCPP技术，并采用的是GE研发的全球首台燃用1050kCal/Nm3低热值煤气的重型9E型燃机，相对于常规燃机和国内其他的低热值燃机来说，很多系统设计、逻辑控制、设备选型等方面都做了较大的改变，很多技术和工艺仍是在不断的摸索和实验。

关键字：项目设计;技术路线;效益

1.武钢CCPP项目设计原则

我们根据CCPP项目各主要系统的集成和优化，对进口设备报价反复评审、澄清、谈判，武钢内部专家多方位评审，公司最高决策层的多次研究，以及组织外部专家组会议评定，武钢CCPP电站工程主要技术设计原则如下：

A.建设二套同型150MW燃气－蒸汽联合循环机组,负荷及燃料调度灵活。

B.采用分轴配置的燃气－蒸汽联合循环机组，燃气压缩机与燃气轮机连轴，汽轮发电机组另分轴配置，具用燃气单循环运行的可能，提高了燃气轮机可用率。

C.燃用BFG、COG和LDG三种煤气，适量LDG可先与BFG混合后，再按燃气轮机对燃气热值要求，自动调节COG 掺混数量；增加燃气品种调配手段。

D.为了避免机组启动过程中氢气(H2)堆积存在的爆炸隐患，采用轻油点火。

E.采用卧式、无补燃、双压、带整体除氧的自然循环余热锅炉，入口设置换向挡板及旁通烟囱，也可实行燃气单循环发电的运行方式。

F.采用双压进汽、单级抽汽、混凝式汽轮发电机组，与燃机一拖一配置。

G.采用110kV的电压等级上网，接入武钢在建的新220kV变电所110kV系统，CCPP110kV开关站采用110kV户内布置GIS组合开关，主接线采用双母线分段接线方式，两套联合循环机组设立4回进线，2回上网出线以及3回去各制氧站的出线回路。

H.燃气轮机及汽轮发电机均采用室内岛式布置，余热锅炉采用半露天布置。

I.循环冷却水采用机力冷却塔循环供水系统，提高水的重复利用率。生产供排水系统充分利用厂区已有供排水设施。煤气有毒废水利用厂区沿途煤气管架空敷设二根专管选至焦化废水处理站前处理工段处理。

J.设置联合循环中央控制室，煤气净化混合及燃气压缩机PLC控制汇入燃气循环机组控制系统，公辅设施控制汇入余热炉汽轮发电机DCS分散集中控制系统，两控制系统间通讯连接，提高全厂的自动化水平。

K.联合循环发电机组可用率95%，机组运行按基本负荷类别，经济评价可选取年利用小时数7200h。

2.工艺技术路线

武钢CCPP的工艺流程为：混合煤气经净化后进入加压机加压至2.0 MPa左右。燃烧用的空气也经空气过滤器净化至含尘量≤1mg/m3 然后进入压气机加压至1.2MPa。加压后的燃料和空气进入燃气轮机的燃烧室内混合燃烧。燃烧产生的2.0MPa，1100℃的高温高压烟气进入燃气轮机透平冲动透平发电，额定负荷90MW。透平排出的1696.9t/h，500～600℃烟气进入余热锅炉产生0.56MPa、228℃的低压蒸汽和7.1MPa、486℃的高压蒸汽，蒸汽再送入汽轮机发电，额定负荷60MW。余热锅炉排出的～130℃烟气经烟囱排入大气。

a.燃机采用的是美国通用电气公司制造PG9171E重型燃气轮机，并采用侧向排气、热端输出（燃气透平排气端连接发电机的方式）的型式。压气机转子采用十七级单圆盘（包括一只半轴）组成的盘鼓式结构；透平转子由前部短轴、一、二、三级透平叶轮、两个透平定距环块、后部短轴以及叶轮上的动叶等零件组成；燃烧室由十四个逆流式的分管沿压气机排气缸圆周倾斜排列，13＃、14＃燃烧室上各装配有电火花塞点火器，在4＃、5＃、10＃、11＃燃烧室上分别装有紫外线火焰探测器，用来指示燃烧室内是否有火焰。

b.汽轮机采用的是南京汽轮发电机厂制造的LCZ57—7.1/0.981/0.45型次高压蒸汽参数、单缸、双压、单轴补汽抽凝式机组。汽轮机前缸为双层结构，装配在1~6级，其它部分为单层结构。汽缸内装有高压蒸汽腔室、高压内缸、三级隔板套、前后汽封安装在缸体上，汽轮机由17级压力级组成。

c. 余热锅炉采用的是杭州锅炉制造的Q1335/512-195(69.3)- 7.3(0.46)/486(225)型双压带自身除氧、卧式、无补燃、自然循环锅炉。燃机排出的烟气通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平横向冲刷各受热面模块，再经出口烟道由主烟囱排出。

d．煤气压缩机采用的是美国通用电气油气公司（意大利新比隆）；型式：离心式、二段压缩、中间冷却；压缩机型号：Ⅰ段MCL1805；功率：2.4万MW；效率：84.8%；Ⅱ段MCL1407功率：2.2万MW；效率：82.9%；煤压机是由离心式压缩机MCL1805及MCL1407组成，由燃机直接与MCL1805耦合器连接驱动，同时MCL1407与MCL1805耦合连接。

e.煤气净化装置分别由焦油除焦器和混煤除尘器组成，焦油除焦器为WESP-316L-65-12H17型同心圆湿式电捕除焦器。混煤除尘器为WESP-316L-632-12H18型两级串联、中间冷却的湿式电捕除尘器。

3.燃气供应系统技术路线

燃气/蒸汽联合循环发电机组主要燃用低热值高炉煤气，为了保障燃气轮机燃烧室喷燃器安全稳定运行，配置了气体燃料增热的焦炉煤气供给系统。焦炉煤气加压后送至电厂内，由于焦炉煤气所含焦油及苯等部分有害杂质在混合煤气中含量仍超出燃气轮机要求的技术极限值，因此从主管引入的焦炉煤气先经过EP净化处理后，再调压、计量后与高炉煤气混合。焦炉煤气EP净化效率不低于90％，最大颗粒物直径不超过8μm。

高炉煤气与焦炉煤气混合后，进入混合煤气EP净化，经计量后送入燃机前置模块。焦炉煤气控制阀依据混合器下游混合煤气热值仪的整定值来自动调节焦炉煤气掺混流量。

混合煤气经过煤气压缩机加压后送入燃机燃烧室燃烧器与空气混合燃烧，进入联合循环发电工艺。经过2级湿式电除尘器（EP）进行除尘后，EP总的净化效率不低于99％，混合煤气（BFG+LDG+COG）最大颗粒物直径不超过8μm，含尘量小于1.0mg/Nm3。

图1 煤气供应系统工艺流程图

4.燃气-蒸汽联合循环发电工艺技术路线

燃气-蒸汽联合循环发电工艺流程为：混合煤气经净化后进入加压机加压；燃烧用的空气也经空气过滤器净化然后进入压气机加压；加压后的煤气和空气进入燃气轮机的燃烧室内混合燃烧。燃烧产生的高温烟气进入燃气轮机的涡轮机冲动涡轮机发电。涡轮机排出的烟气进入余热锅炉产生蒸汽，蒸汽再送入汽轮机发电。余热锅炉排出的烟气经烟囱排入大气。

5.项目建设效益

5.1减排效益

武钢燃气-蒸汽联合循环发电机组，设计可消耗煤气30多万Nm3/h，其中高炉煤气27万Nm3/h、掺烧焦炉煤气2.5万Nm3/h，则两套CCPP机组同时运行可消耗煤气量：高炉煤气2×27＝54万Nm3/h、焦炉煤气2×2.5＝5万Nm3/h，每年可消耗武钢富裕高炉煤气超过45亿Nm3，焦炉煤气3亿Nm3。

5.2发电效益

按单台CCPP机组满负荷运行时，燃气轮机发电92.34MW计算，不同工况效益：

1)纯冷凝工况运行：汽轮机发电68.1MW，总发电量：92.34+68.1=160.44MW，按发电设备年利用小时数7200h计算，年发电量可达：

160.44MW×7200h＝1155168MWh=115516.8万kWh

按每度电0.5元计算，则两套机组年可创效益：

115516.8万kWh×0.5元/kWh×2=115516.8万元

2)汽轮机按额定抽汽工况运行：汽轮机抽汽50t/h，汽轮机发电58.9MW，则总发电量92.34+58.9=151.24MW，按年运行小时数7200h计算，年发电量：

151.24MW×7200h＝1088928MWh=108892.8万kWh

按每度电0.5元计算，则两套机组年发电创效：

108892.8万kWh×0.5元/kWh×2=108892.8万元

单台机组年总抽汽供汽量：2×50t/h×7200h=72万t

按每吨蒸汽3.3GJ/t、每GJ蒸汽20元/GJ计算，则两台机组年供汽产值：2×3.3GJ/t×36万t×20元/GJ=4752万元

总结： CCPP在武钢的应用过程中，由于其具有的诸多优点，确实为武钢创造了客观的经济效益和社会效益。但是，与单纯的CCPP发电厂相比，钢铁行业的BFG-CCPP由于应用时间较短，且每个钢铁企业的BFG-CCPP项目都存在较大的差距，很多经验都需要我们不断的摸索。

参考文献：

[1] CCPP机组燃料低热值运行探索 [J]. 张海军,张俊峰,陈永健.  包钢科技. 2020(06)

[2] 燃气-蒸汽联合循环机组在某钢厂的应用研究 [J]. 王智琴,姚群.  山东工业技术. 2016(10)

[3] CCPP机组高热值运行的研究与应用 [J]. 杨福忠.  冶金动力. 2010(05)