文献综述

一、课题的研究背景

　　随着钢铁工业的发展,炼铁过程中产生的高炉煤气(BFG)量逐年增加。高炉煤气中可燃成分含量少,煤气的热值低,阻碍了高炉煤气的有效利用。目前,高炉煤气除在热风炉中自用和供炼焦炉加热外,还用于发电和供热,以及利用高炉煤气本身的压力,通过膨胀透平拖动发电机和用于蓄热式轧钢加热炉等[1] 。高炉煤气发电这几年来方兴未艾, 被证明是高炉煤气利用的有效方法。高炉作为造气装置还存在巨大的潜力, 通过全氧鼓风操作可以使其煤气热值提高2 倍以上,外供的煤气量也明显增加,氧气高炉2联合循环(OBF2CC) 炼铁发电流程将是先进炼铁和发电工艺的联合体,如果得到应用将会改变钢铁工业的面貌[2]。节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是一项极为紧迫的任务。回收余热降低能对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。同时,余热利用在对改善劳动条件、节约能源、增加生产、提高产品质量、降低生产成本等方面起着越来越大的作用,有的已成为工业生产中不可分割的组成部分。自上世纪六七十年代以来,世界各国余热利用技术发展很快。目前,我国的余热利用技术也得到了长足进步,但是与世界先进水平还有一定的差距,有一部分余热尚未被充分利用,有一部分余热在利用中还存在不少问题[3]。

二、高炉煤气燃气轮机简介

1. 高炉煤气的特点与利用

高炉煤气是炼铁过程产生的伴生气, 它 的主要成份 是CO , CO2, N2, H2 , CH4等 % 。由于各钢铁企业炼铁煤与焦炭的 比例不同, 其高炉煤气的可燃成份也不相同。 大型企业工艺先进、设备精良, 其焦比低, 高 炉煤气的热值也低, 中小企业炉容小, 能耗 高, 所以高炉煤气的热值也高。钢铁企业的 高炉煤气热值一般在 3125~ 3542kJ/ Nm3 左 右。高炉煤气为低热值气体燃料, 属于二次 能源, 与高热值燃料相比燃烧温度虽不算高, 但它仍能产生对目前热机而言已足够高的燃 气或蒸汽温度, 从能源品位来看, 目前仍属于 高品位能源。 为了更合理地利用这部份能源, 并考虑 到出功比出热难, 须遵照# 高温段出功、低温 段供热#8707;的原则, 尽量用来多发电以获得高品 位能。而其排出的无法在热机上应用的余 热, 是低品位能量, 可作为供应较低温度的蒸 汽或热水用。燃气轮机作为高效率的热机其 燃烧 温度达到 1200% 以上, 排气 温度在 500% 以上, 能满足高温段出功的要求, 其排 气产生蒸汽用来发电。汽轮机的排汽可作供 热使用。这一能量使用的梯级原则显然也适 用于高炉煤气的利用。 现在的钢铁企业由于技术上的原因仅仅 把高炉煤气作为锅炉的燃料, 产生蒸汽来驱 动汽轮机发电, 其热效率只能达到 25% 左 右。甚至有的企业一时难以平衡高炉煤气的 产量就采取放空焚烧的办法来排放高炉煤 气, 既污染环境又浪费能源。为此, 燃用高炉 煤气的燃气轮机受到钢铁行业的关注[6]。

2.技术特点

1) 高炉煤气的可燃成分是 CO 和H2,相对于天然气中的 CH4 来讲, 燃烧极限范围比较宽。但是由于CO和H2含量少,热值比较低,火焰管内气流的流速较大, 燃烧时容易发生吹熄现象 。

(2) 高炉煤气燃烧时火焰传播速度也是决定燃烧工况是否稳定的一个重要参数。火焰传播速度与过 量空气系数密切相关。调整燃烧空气供给量改变过量空气系数,使火焰传播速度处于最佳范围,就可以达到稳定燃烧工况的目的[15] 。

(3) 高炉煤气的主要可燃成分是 CO, CO 的燃烧 反应速度比较低,为确保燃烧完全, 需增大 CO 在燃 烧区内的停留时间,为此需要增大火焰管的直径或是使回流效应强化, 以便改善燃料与空气的混合速 率 。