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、高炉煤气燃气轮机的发展

1．高炉煤气的介绍

高炉煤气是一种无色、无味、有毒的低热值气体燃料。高炉煤气的产量及热值随炼铁的情况而波动。产量高,发生量就大，焦比低,热值就低。特别是现代采用煤粉喷吹技术、降低焦比的大型高炉, 高炉煤气的热值低至3345.4kJ/m³ 扩以下, 甚至低于3261.7 kJ/m³, 可燃成分(CO,H_shy;2) 仅占25%左右,其余75%为N₂、CO_shy;2等不可燃气体。这样的高炉煤气理论燃烧温度只有1400 ℃ 左右, 着火比较困难,做为锅炉燃料使用时, 烟气量较大^[4]。高炉煤气几乎不含SO_shy;2，出口温度较低，含可凝聚成分很少^[5],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,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^[6]。由高炉直接引出的高炉煤气中往往含有大量灰尘,需要采用电除尘器把含尘量降低到1 mg/m³ 以下,才能满足要求进入煤气压气机,增压后送到燃气轮机燃烧室中燃烧因为BFG 有毒, 所以任何情况下不能使其排放在外和泄漏, 否则能使人窒息致死 ^{[7; 8]} 。

2.国内外高炉煤气燃气轮机的发展状况

2.1 国内高炉煤气燃气轮机发展现状

我国发展燃气轮机发电技术的起步很早,无论在理论研究或工业实践方面，在世界上都有过卓越贡献。但限于我国工业技术、经济能力及能源政策等诸多因素的影响，这种高难度、大型设备的研发速度一直很慢。近些年来，特别是改革开放以来，随着国民经济发展和电力供应紧张形势加剧，越来越显示出发展燃气轮机发电的重要性，在部分地区得到较快发展。20 世纪八、九十年代，主要在沿海经济发展较快的地区和部分油气田建设了一批燃气轮机电厂，主要采用中小型机组，包括美国GE 的6B瑞士ABB 的13D，以及美国普惠的FT8 等重型或轻型燃气轮机系列,”十五”期间,国家开始重视发展天然气燃气轮机联合循环发电, 引进美国通用电气、德国西门子和日本三菱3 种F 级大型单轴燃气轮机机组共54套，全部建成后总装机容量超过20000MW^[9]。20世纪90年代, 国内开始自主开发并引进国外全烧高炉煤气发电技术, 如首钢的全烧高炉煤气50MW 发电机组于1993 年建设、1996 年底建成投产； 宝钢145MW 全烧高炉煤气发电机组于1997年11月底建成投产(当时是世界上规模最大和最先进的高炉煤气发电技术),至此,高炉煤气的有效、高效利用取得了突破性的进展^[10]。

2.2 国外高炉煤气燃气轮机发展现状