文献综述

一.高炉煤气燃气轮机余热发电卧式水管锅炉设计研究的意义

近年来, 随着我国工业的迅猛发展, 生产中的副产煤气大量增加。高炉煤气属低热值燃料, 受到其燃烧特性的限制, 很难作为远距离输送的生活用气, 只能在企业内部转换利用, 高炉煤气的回收利用率较低, 大量高炉煤气只能对空排放,不仅污染大气环境, 而且浪费了可利用的二次能源[1][10]。1998年，我国生铁产量超过1亿吨，全行业高炉煤气放散率达11.3%，年放散高炉煤气量达到200亿立方米以上，折合标煤达240万吨。到2004年国内主要钢铁企业高炉煤气放散率仍在10%左右，中小型钢铁企业则达25%~40%[15]。掺烧锅炉与焚烧是高炉煤气利用的主要方式。但高炉煤气烧锅炉效率低, 焚烧时又污染环境, 钢铁企业正在寻找一种能高效利用低热值高炉煤气的方法。燃气轮机在航空、电力、石油、舰船等方面得到广泛的应用, 它使用柴油、天燃气或重油为燃料, 作为一种高效的热机受到各界的瞩目。技术的进步与发展已成功地解决了燃机烧高炉煤气的许多技术难题, 为高炉煤气燃气轮机走向市场开辟了道路[2][16]。因此, 研究开发高参数大容量全燃高炉煤气锅炉很有必要。

二．高炉煤气燃气轮机余热发电水管锅炉研究概况

1 高炉煤气燃气轮机研究现状

目前,利用高炉煤气发电主要有蒸汽轮机机组、燃气轮机机组及其联合循环机组、燃气内燃机机组三种形式。燃气轮机则是以空气和燃气为介质的旋转式热力发动机,它的结构与飞机发动机一致。燃气#8212;蒸汽联合循环发电机组是20 世纪中叶发展起来的一项新技术, 系统由燃气轮机、余热蒸汽锅炉、蒸汽轮机等组成。其工作原理是由压气机将空气加压进入燃烧室, 燃料在燃烧室燃烧后, 形成高温高压燃气, 并在透平中膨胀做功, 一部分功用于驱动压气机, 剩余部分驱动发电机发电。透平排气的温度约500℃, 排放的高温烟气再进入余热锅炉产生蒸汽, 二次发电。这一技术日趋完善, 并得到了高度发展和广泛应用[3][9]。20 世纪70 年代就开始利用高炉煤气作为动力燃料使用，利用主要集中在两个方面: 一是高炉煤气和天然气等高热值燃气混合制成混合煤气，提高煤气的热值，建造气柜调节煤气供应峰值，实现燃气锅炉的稳定、高效燃烧; 二是通过高炉煤气燃气轮机联合循环来提高高炉煤气的热效率。国内关于高炉煤气利用的研究大多主要集中在全燃高炉煤气锅炉发电以及高炉煤气用于本厂加热炉燃烧供热等方面[12][13]。19 4 5 年瑞士B B C 为法国格林钢厂制造了世界第一台高炉煤气燃气轮机装置。后来由于熔炼铁矿采用新的工艺过程对焦炭的需要量锐减。因而高炉产生的煤气量, 也就随之减少从世界范围看, 到目前为止, 这类设备的数量并不太多。不过经过多年生产实实践证明这类设备的工作性能良好。我国在当前情况下, 仍应重视这类装置的使用下面拟介绍:[8]

一、用于发电的煤气燃气轮机装置方案

高炉煤气经煤气压气机5增压后, 进入燃烧室空气经压气机3增压后, 也进入燃烧室。燃气在燃气轮机2内作功带动发电机4发电。(见图#183;1 )

二、用于鼓风的煤气燃气轮机装置方案

煤气增压后进入燃烧室, 空气经压气机5增压后, 一部份级间抽出, 经预热后做高炉鼓风。其中部份空气, 随燃气进入燃气轮机, 达到调节燃气温度和压力的目的。另一部份, 从压气机排出后, 经回热器2进入燃烧室。(见图2 )

三、用于鼓风和发电的煤气燃气轮机装置