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75T/h高温高压高炉煤气发电机组设计方案研究
发布时间：2013-05-19 07:57 来源：未知
一、概述
某钢厂高炉车间现有两座600m3高炉，经过除尘处理的高炉煤气主要用于热风炉，饶石灰、烘烤镍水包和烘干萤石等，剩余7 x104m 3/h为煤气锅炉的主要燃料。另外焦化厂提供焦炉煤气(热值4000大F./Nm3)作为辅助燃料。
为了综合利用高炉剩余煤气，同时解决公司生产、生活等用电缺口，本工程l台75t/h高温高压高炉煤气锅炉，配置一套15M W凝汽式汽轮发电机，使用焦炉煤气点火。
二、主机选型
本工程选用纯烧高炉煤气的高温高压锅炉，高炉煤气锅炉近几年在我国发展很快，具有燃饶效率高、负荷调节范围宽等优点，特别适合本电厂高炉煤气燃烧。
为了提高整个发电厂的发电效率，蒸汽的温度和压力越高越好，从国内类似项曰的建设情况看，采用中温中压的煤气国内的较多。通过咨询相关主机制造厂家，本工程选用国产高温高压机组。
高温高压机组的经济性能主要体现在汽轮机的热耗率值低，热耗率越低机组的经济效益越高。机组的参数越高，其热耗率值也越低。在相同的蒸汽流量及工况下，高温高压机组汽轮机热耗约为9815KJ/(KW．h)．而中温中压机组热耗约为12025K J/(K W.h)。在相同的高炉煤气消耗量情况下，中温中压机组发电量为15760 KW.h*若采用高温高压机组，发电量为19300K W．h，若机组按每年6000小时计算，本工程每年可多发电21.24x106K W.h节，若按每度电价0.5元／tKW．h，每年可多创造产值约1060h元左右。
富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
综上所述，本期工程拟选用1x 75t/h高温高压的高炉煤气锅炉+ 1x15MW凝汽式汽轮发电机组。
主机设备参数如下：
(1)锅炉
型号：UG-75/9.8-Q
炉型：单锅筒、集中下降管，自然循环n型布置的高炉煤气炉
额定蒸发量 75t/h
额定蒸汽温度 540℃
额定蒸汽压力（表压） 9.8 MPa
给水温度 215℃
排烟温度—156℃
锅炉设计效率 86%
(2)汽轮机
型号：N15--8.83
型式：高温高压、单缸、单轴、凝汽武汽轮机
额定功率：15MW
汽轮机额定进汽量： 70t/h
额定转速： 3000r/min
(3)发电机
型号：QF-20
额定功率：20MW
功率因素：0.8
冷却方式：空气冷却
励磁方式：自并励静止励磁
三、电厂设计方案的研究
燃气管道
高炉煤气的供气母管引进后依此进入压力调节阀、电动蝶阀、水封阀、流量调节阀、气动快关阀等。供气坶管分出两条支管，沿着锅炉的两
引至炉瞠，每个燃饶器入口配供一个手动闸阀和气动快关阀。
由于高炉煤气来气压力较高，在进入锅炉房燃气管道上均设置有压力调节阀，根据燃烧器进气压力要求及时调整管压。安装的调节阀可根据锅炉负荷调整进气量，管道上设置有流量测量装置，保证进气量准确。
燃烧系统
本项目的高炉煤气锅炉采用先进的低氮燃烧器，燃烧器两侧墙布置。锅炉采用平衡通风方式，烟气由引风机经烟道送入烟囱。由送风机将冷空气经空气预热器加热后送至燃烧器，提供高炉煤气燃烧所需空气。
(1)锅炉结构
本工程高炉煤气锅炉采用高温高压．单锅筒、集中下降管，自然循环n型布置的高炉煤气炉，半露天布置。锅炉前部为炉膛，四周布置膜式水冷壁。水平烟道装设了高温和中温对流过热器，尾部竖片烟道上部布置低温对流过热器。尾部单级布置省煤器和空气预热器。
锅炉采用双旋流煤气燃烧器，两侧墙布置，共6只。
(2)煤气燃饶器
锅炉煤气燃烧器采取有焰燃烧方式，水平布置在炉膛下部绝热燃烧室的两侧墙上，每侧布置三只，共六只。燃烧器为双旋流式结构。空气和高炉煤气流经导向旋流叶片喷出，卷吸高温烟气后被点燃并稳定燃饶。点火用焦炉煤气，点火装置须配带焦炉煤气气枪的高能点火装置，气枪能量按4%额定负荷设计，共6支气枪。
为了发热值极低的高炉煤气的着火和稳燃，在燃烧器区域未布置受热面，这样能提高燃烧器区域的烟气温度，使高炉煤气在“绝热”的燃烧室内稳定燃饶。
辅助设备
(1)烟风系统
烟风系统设置单台送风机，单台引风机，平衡通风，微负压运行，调节方式采用液力耦合器的方式进行调速，以节省厂用电。单台引送风机设计110%容量。
(2)氮气系统
锅炉及高炉煤气管道系统采用氯气吹扫，为此在外部煤气管道上敷设氮气管道，氮气管接自电厂外部氮气管道。
(3)烟囱
本工程新混凝土烟囱一座，高80m，出口内径2.8m，满足环保要求。
四、高炉煤气安全防护
针对高炉煤气易燃易爆有毒等特点，本工程将采取以下措施：
(1)在煤气供气母管及炉前各组燃烧器入口处设置快速臼J断阀，并与炉膛灭火保护系统相连接。为防止回火，严格控制炉内负压及煤气压力。设置煤气低压报警及保护装置。当煤气压力过低或炉膛突然熄火时能迅速切断供气，以免引起爆炸。在煤气管路设计时设置氮气吹扫放散系统。
(2)为防止煤气设备和管道泄漏的煤气聚集，锅炉房采用半露天布置，煤气调压站布置于炉后的运行转上，以利于琏散。
(3)在煤气易泄漏处附近装设co检测报警装置，当co含量超标时报警，便于人员疏散。锅炉房运行层调压站处、底层和煤气管道穿过的封闭区域加强通风，使得空气中的C0不大干0.03mg/kg。
(4)在尾部烟道中设置co及02在线检测报警装置。
(5) 在经常检修的部位设置可靠的盲板法兰组合隔断装置。
(6)煤气管道设有静电保护装置。
(7) 在煤气管道的最高、煤气管道以及卧式设备的末端、煤气设备和管道隔离装置前等处设置氮气吹扫放散系统及取样装置。
(9)在锅炉本体制造也采取相应措施：
a．锅炉设计应符合有关的防爆标准的要求，提高锅炉本体的抗爆能力，并需要在炉内每一个火嘴处设置火焰探测器，与炉前快速切断阀联锁，瞬间必须关闭，防止炉膛熄火爆炸。另外电阻
RB=2*UD/IMN（公武2.1）
其中U D为制动电压准位，1MN为三相异步电机的额定电流。另外，当流过制动电阻的电流与额定电流相同时，需要限定电阻的最小值，保证制度电阻的阻值不能低于这个最小值，以免变频器损坏。电阻最小值RBmjji=UD/IMN。
由上，得出制动电阻阻值R介于U D/IMN和2*U D/IMN之间：
(UD/IMN) <R《(2*L'D/IMN) (公式2.3)
当制动电阻工作于直流电压位是，其耗用功率为
PO-L D2/R （公式2.4）
耗用功率意指电阻功率取此值时，该电阻可长时间工作。但E Do/,决定了现场中使用的电阻功率，主要原因在于系统制动时间很短，电阻温升不足以稳定，因此在不超过额定温升（制动电阻的温升允许值）的前提下，可尽量减小制动电阻的容量，其算法为：
PB= A*P*ED%=r*(UD2/R)十ED% （公式2.5)
其中^为降额系数，
A=l-IR-RBI/RB （公/t2.6)
其中R是实际电阻值，PB是制动电阻功率。
2.2设计方案示例
由前段分析可以推算出大致需要的制动电阻阻值及功率。下面设例进行说明：7.5K W三相异步电机，额定电流：18A，输入电压：AC460，由公式2.1 R B=2*UD／IM N=2*800／18=88.9Ω,由公式2.2RBmin=UD/IMN=800/18=44.4Ω。由公武2.3可知制动电阻阻值范围为44.4≤R≤88.9，在此范围内选用市场常用型号和功率段的电阻，阻值为75Ω。再根据公式2.5 PB=A*P*ED%=A*(U D2/R) *ED%=0+84*(8002/75)*0.1=716W.基于此计算结果可在实际中根据情况适当扩大。
3、结语
对于智能变频器来说，设计良好的启动电路能够保证三相异步电机的任意负载平稳启动，而制动电路则能快速准确响应刹车制动。日前人工智能已经广泛用于各个领域，智能变频也在不断发展。本文启停电路的设计仪是智能变频器设计的一个组成部分，笔者相信，随着工业自动化控制科技的发展和广大业界同仁的努力，智能变频器技术一定能有更广阔的应用前景，
