摘要：随着武钢“十一五”计划的全面完成，青山本部的1800万吨产能的形成，整个煤气的发生量也创下历史新高。然而，随着近年来能源的日趋紧张，节能环保要求的不断提高，国内外的发电技术突飞猛进，常规的燃煤气锅炉和蒸汽发电技术由于其效率较低、污染物排放等原因，已经逐渐被高效率、低污染、启停快等诸多优点集于一身的燃气蒸汽联合循环发电技术（即CCPP）所替代，并随着不同煤气热值的燃机技术的开发，逐渐在钢铁行业占据了主导地位。
关键字：燃气轮; 发电机; CCPP工艺
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1.CCPP原理介绍
燃气-蒸汽联合循环发电技术（CCPP）就是利用燃气轮机做功后的高温排气在余热锅炉中产生蒸汽，再送到汽轮机中做功，把燃气循环和蒸汽循环联合在一起的循环，是由燃气轮机发电和蒸汽轮机发电叠加组合起来的联合循环发电装置。 在常规蒸汽发电中，锅炉产生蒸汽用来发电是利用蒸汽朗肯热力循环来作功，作功发电是利
用蒸汽的状态变化来完成的。燃料燃烧产生的高温烟气（1200～1600℃）只用于加热蒸汽（蒸汽一般加热到450～560℃），然后由蒸汽驱动汽轮机来发电。此时，高温烟气的作功能力（温度差和压力能）（即燃气布雷登热力循环的作功能力）被浪费掉了。在CCPP装置中，有燃气－蒸汽两个热力循环，即：燃气布雷登热力循环和蒸汽朗肯热力循环。
1～2为空气在压气机中的压缩过程；
2～3为空气和燃料在燃烧室内的燃烧过程(工质吸热)；
3～4s为燃气在燃气透平中的膨胀做功过程；
4s～1为燃气轮机排气放热过程。
a～b为给水在给水泵中压缩过程
b～d为给水在锅炉中蒸发、过热过程（工质吸热)；
d～e为蒸汽在汽轮机中膨胀做功过程；
e～a为蒸汽在凝气凝结放热过程。
2．CCPP主要工艺介绍
2.1燃气轮发电机
燃气-蒸汽联合循环发电技术（CCPP）其核心设备是燃气轮发电机，自从1939年瑞士BBC公司研制成功世界第一台4MW的工业性燃气轮机以来，世界各国都大力研究和发展燃气轮机发电技术。但是由于当时机组的单机容量小，热效率低。因而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组使用。为了确保电网运行的安全运行．燃气轮机在当时欧美工业发达国家电网中的装机份额一般仅占8%～10%。
从20世纪80年代以后，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位却发生了显著变化，不仅可以用作紧急备用电源和尖峰负荷机组。还被用来带基本负荷和中间负荷，大有取代常规的燃煤蒸汽轮机电站的趋势。近十几年来随着热力学、气体动力学、高温材料学、冷却技术和制造工艺的不断进步，燃气轮机也取得了极大的进展、技术也日益成熟（见下表1）。并凭借其单机容量增大、热效率提高与污染排放降低等显著优点，在世界范围内得到了迅猛的发展和普及。目前燃气轮机功率已经超过500MW，简单循环热效率超过39%，联合循环热效率超过58%。干式低NOx燃烧技术已使燃用天然气和蒸馏油时的NOx
CCSVC排放量低于25ppm和42ppm。
目前，燃气器的基本结构有两大类，即：单筒式燃烧器和多筒式燃烧器。
a. 单筒式燃烧器燃气轮机，一台燃气轮机只有一台燃烧器。燃烧器布置在燃气轮机上部或侧面。单筒式燃烧器体积大，长度也长，便于燃料的充分混合和燃烧。较利于低热值煤气的燃烧。宝钢145MW全烧高炉煤气CCPP就采用的单筒式燃烧器。
如ABB公司11N2型燃气轮机的单筒燃烧气器，其设计可100％全烧热值780kcal/m3的高炉煤气。该燃烧器试验时，最低可100％全烧670kcal/m3的高炉煤气。如西门子公司的双筒燃烧器的V64.3型燃气轮机，经适当改造可以燃用低热值煤气，目前，只能燃用热值约在1200kcal/m3左右的混合煤气。
b. 多筒式燃烧器燃气轮机，一台燃气轮机有多台燃烧器。燃烧器环状布置在燃气轮机人口。多筒式燃烧器的单台燃烧器体积小，长度也短，便于燃烧高热值燃料。
多筒式燃烧器的燃气轮机用于高炉煤气作燃料时，通常需掺烧一部分高热值煤气（如焦炉煤气、和液化石油气或轻油）以增加混和煤气的热值和含H2量〔H2燃烧反应剧烈可稳定燃
烧〕。目前，世界上多筒式燃烧器燃气轮机100％全烧高炉煤气的机组还没有，都需掺烧一部分焦炉煤气、石油液化气、天然气或油。
日本三菱重工提供的烧高炉煤气燃气轮机（MW-701DA）就是掺入了焦炉煤气的多筒式燃烧器燃气轮机机组，其混合煤气最低热值为3768kJ/m3（900kCal/ m3）。
〔2〕透平
透平是燃气轮机的做功部分，一般由3级动静叶组成。从燃烧器出来的高温高压烟气（～1.3MPa或2.3MPa，1100℃～1350℃）沿透平圆周均匀布置的第一级静叶(喷嘴)进入，将压力能和热能转化为高速动能以冲动透平动叶做功输出动力。透平的静叶和动叶一般有3级，通过3级的叶轮的做功后，烟气压力和温度分别降低为5000～6000Pa，～540℃，最后排入余热锅炉。
〔3〕压气机
压气机即空气压缩机，主要为燃气轮机提供燃烧所用空气和冷却用空气，由于空气量大，压气机为全轴流式结构，一般有17级动叶和静叶。压气机是和燃气轮机透平连为一体的。
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为了在低负荷工况下调整所需的空气量，压气机的前1～3级静叶可设计为可调静叶。在压气机的第3，第7，第13级处设有三个抽气口，其功能是：一方面作为防止空压机启动或停机时喘振用，另一方面是作为透平动叶和静叶的冷却之用。
2.2汽轮机
联合循环中汽轮机作为第二次发电的设备，在联合循环中使用的蒸汽轮机的特点如下。
〔1〕一般蒸汽轮机无回热给水加热系统，因而，在联合循环中由蒸汽轮机低压缸排向凝汽器的蒸汽流量要比常规的蒸汽轮机多。通常，在常规的蒸汽轮机中，排向凝汽器的蒸汽流量只有主蒸汽流量的30%左右，可是，在联合循环的双压或三压式的蒸汽循环系统中，排向凝汽器的蒸汽流量却可能比主蒸汽流量大30%左右。要求精心设计联合循环中蒸汽轮机的低压缸和凝汽器，以增大其通流能力和换热面积。
〔2〕蒸汽轮机必须适应快速启动的要求，特别是单轴机组，在蒸汽轮机的结构上采取必要的措施。
〔3〕不采用蒸汽压力恒常不变的调节方式，而改用滑压运行的方式。一般，功率由100%
至45%时，蒸汽压力是线性下降的。此后，蒸汽压力将保持恒定不变。
蒸汽轮机是联合循环中蒸汽循环的主要设备，蒸汽轮机的进汽参数有单参数和多参数。设备选用时主要根据余热锅炉的蒸汽参数来决定其选型和参数。
2.3余热锅炉
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CCPP用余热锅炉(以下简写为HRSG)用于利用燃气轮机排出烟气生产蒸汽。由于燃气轮机排出烟气温度一般为540℃左右，故HRSG的基本形式为对流换热式（余热锅炉结构如图3）。HRSG特性如下：
a. 为了有效利用余热来产生蒸汽，一般均采用空间系数较好的翅片管；
b. 为了适应燃机的快速启动要求，采用比通常锅炉大的汽包；
c. 由于燃气轮机采用洁净燃料含硫量较低，其排气时的低温硫
2.4煤气压缩机
煤气压缩机是压缩煤气的机械，是把外界连续输入的机械能转变成气体的压力能和热能。通常有三种方式：轴流式和离心式配合使用、离心式和离心式配合使用以及单级的轴流复合式。
3.CCPP技术特点
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燃气-蒸汽联合循环技术凭借着日趋成熟的技术，以及集于一身的诸多优点，必将在21世纪电力工业发展中发挥关键作用。燃气-蒸汽联合循环发电技术的主要优点如下：
〔1〕燃气轮机联合循环的供电效率远远高于常规燃煤蒸汽轮机电站。现有联合循环的效率已经超过58％，很快就会超过60%。其热效率之高，不仅远远超过现有燃煤蒸汽轮机电厂，甚至比超超临界参数的燃煤蒸汽轮机电厂的预期值（45.2%～47.7%）还要优越。
〔2〕建设费用低。在国外，交钥匙工程的比投资费用约为500-600美元／kW，比带FGD的燃煤电站(1100-1400美元／kW)低很多。
〔3〕建设周期短，可以按“分阶段” 建设方式建厂，资金利用最有效。
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〔4〕占地少。选用燃气-蒸汽联合循环发电机组，与常规火电厂比较，节约大量用地。在满足防火间距、安全卫生的要求及优化管线布置的情况下，可尽量压缩各项用地。循环冷却水系统采用机力通风冷却塔代替自然通风冷却塔，大幅减少占地，并节约一次投资和土建施工量。
总结：我国钢铁厂目前采用及投产的低热值煤气高炉煤气燃气轮机发电工程实践较少，特别是低热值气体燃料的燃气轮机的设备制造材料、加工工艺、检测技术和控制技术，要求高、难度大，我国没有独立设计和制造能力。国内部分钢铁厂在低热值高炉煤气的燃气轮机技术及应用方面有过一些探索。但关键设备及技术均从国外引进或者国外公司总体负责、国内外合作制造。其它如余热锅炉等设备，国内具备设计、制造能力和经验，成套供应能力可以满足使用要求。
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