钢厂CCPP这个江湖 - 图文

钢厂CCPP作为小众江湖，虽然没有天然气发电那么，却也是精彩纷呈，高潮迭起。

一． 二． 三． 四．

钢厂CCPP江湖那些事 （1）

最近咨询低热值燃料应用的项目多起来，鉴于目前能源价格虽然有所回升，但是依然在历史低位，本人并不相信IGCC或者低热值燃料发电会像前几年那样再次火热。作为一个老兵，打算花点篇幅介绍和回顾一下低热值燃机尤其是钢厂低热值煤气发电这个小众江湖。这个江湖很小，却也是精彩纷呈，高潮迭起。

低热值燃料燃气轮机相对于天然气燃气轮机，最大的挑战就是大流量燃料带来的燃机运行工况甚至挑战运行边界。从下图可以看出，相对于天然气应用，合成气燃料增加１６％，相应的燃机排气也增加，所以合成气燃机的出力都会比同款天然气燃机大。其实也好理解，合成气里一般含有大量Ｎ２，ＣＯ２等不可燃成分，就相当于从燃烧室额外多送入高压空气做功，当然发电量会更多，但是如果低热值燃料也需要增压的话，这部分耗功也是很可观的。高流量，大出力，带来的主要问题有：

? 轴功超限

? 压气机喘震 – 透平一级碰嘴前流量增加，但是通流有限，导致压气机 出口压力上

升，就是俗话说的吃过了，憋到了

? 透平出口流速超限 – 透平出口流量增加，但是通流不变的话 ? 等等

忍者扬威 大兵追击 骑士潜行 万法归一

在这个小江湖里，主要有三大门派：东洋忍者MHI，美国大兵GE和 欧洲骑士Ansaldo. 这三大家为了处理大流量大出力带来的挑战，各现神通，从而发展出不同的燃机技术路线。接下来会给大家逐一呈现，敬请期待。 钢厂CCPP江湖那些事 （2）- 忍者扬威

虽然GE长期在燃气轮机市场处于领先地位，但是当燃气轮机技术大发展的时候，美国钢铁业却已是昨日黄花，即使GE曾经最早在意大利某钢厂使用高炉煤气和焦炉煤气发电，但是仅仅是把天然气燃机做了尽可能少的修改，并没有进一步发展。而东洋忍者MHI则赶上了日本钢铁业的大时代和日本国内先进燃机国家计划，设计了全新的为了低热值燃气轮机和大流量燃料压缩机，同时发展并优化了系统设计和控制。

前文提到低热值燃气轮机的几大挑战，下面我们看看MHI是如何解决的：

1． 空气过量和压气机喘振 – 干脆重新设计了空气压气机，将原有天然气燃机的压气机

叶片整体削短，相当于做了一个小一号的压气机。这样做的好处是可以减少压气机耗功，提高燃机效率，但是毕竟这是个小市场，机群不是很大，由此带来的开发成本分摊和客户以后的维护成本都较高。

2． 为了配合低热值燃料燃烧，开发了带旁路阀的多管燃烧器，同时使用燃料旁路系统

来调节燃料热值变化和变工况 运行。

3． 钢厂高炉煤气和焦炉煤气含尘含焦油多，MHI 也开发了相应的净化系统

凭心而论，MHI在燃机上的改进措施一般，并不足以成为其后来在这一细分市场上占领一半以上份额的杀手锏，其他两大门派在燃机的改进上也毫不逊色。MHI真正的“杀手锏”是系统集成和优化：

1． 开发了高转速大流量高压比轴流式燃料压缩机- 效率高，不需要中间冷却，极大简

化辅机系统，而且燃料加压后温度高，提高系统效率和燃料活性，轴流压气机采用进口导叶调节燃料流量和机组负荷，便于部分负荷运行

2． 极大简化了燃料系统控制，从而减少了燃料压缩机出口到燃机燃烧室入口的压降

（ 只有约18bara）, 减少了燃料压缩机的耗功和成本

3． 高转速燃料压缩机+燃料系统低压降，使得压缩机的出口压力始终高于燃烧室入口

所需压力，所以MHI的机组都可以直接使用煤气点火启动。当然，还是需要蒸汽作为低转速下初始启动能量来源 上面的这两点使的MHI的机组，不管是50MW级别还是150MW级别的，都拥有了性能和成本的优势，MHI甚至为鞍钢开发了300MW的F级高炉煤气联合循环机组。 钢厂CCPP江湖那些事 （３）- 大兵追击

眼看着MHI在日本本土攻城略地，同时随着我国钢铁业的大发展，大举进入中国市场，先后拿下多个订单，美国大兵GE坐不住了，利用其在低热值燃气轮机和IGCC领域的技术积累，先后开发了50MW和150MW级别的燃用高炉煤气和焦炉煤气的机组，尤其是150MW级别，GE不仅仅对燃机做了改动以适应低热值煤气，而且对系统也做了优化。 相对于东洋忍者的精细，美国大兵保持了一贯的皮实思路，尽可能花小钱达到目的，美其民曰“最少的改动，保持天然气系列机组的可靠性和内用性”。

1． 为了解决空气过量和压气机喘振，主要以疏为主，采用了以下措施：

１） 增加第一级喷嘴的通流面积 ２） 降低燃烧温度 ３） 从压气机出口抽气

这几种措施好处在于不用改压气机，所有压气机的部件都和天然气版本通用，客户的维修成本低，但是都会影响燃机效率。由于通流增加，所以大兵的机组都比忍者的出力大。（不过后来忍者的增强型机组也增大了通流，出力反而更大，毕竟相对于改压气机，改个一级喷嘴那都不是事）

2． GE在低热值领域，尤其是燃烧系统的功力深厚，转为低热值燃料开发的MNQC 多

喷嘴静音燃烧器不仅仅在钢厂燃料，而且在其他低热值燃料领域使用效果的很好。比较有特色的是可以多燃料混燃，这点对于能源可靠性要求比较高的钢厂比较有吸引力, GE甚至凭借这点，在日本虎口拔牙，拿到几个项目。

3． 在煤气压缩机上，大兵也采用了非常皮实的离心式压缩机，据说终生免维护，小遍

不太相信，但是维护费用应该是很低。皮实是很皮实，不过效率就差点，而且需要中间冷却，旁边会有一套庞大而且复杂的中间冷却系统。离心式压气机的外壳一般铸造，如此大的铸件成本和周期都是挑战。

4． GE也在系统上进行了优化，比如煤气压缩机中间多级冷却，分别预热高压和低压

给水，压气机抽气也进入余热锅炉换热。但是煤气压缩机采用了旁路调节，再加上下游燃料系统的燃料控制还是采用了传统的SRV+GCV双阀控制，导致参与调节的阀门过多，系统过于复杂，而且煤气压缩机后压降太大，煤气压缩机耗功较多。小编的感觉是煤气压缩机和燃机是两张皮，集成度不高。

5． 启动上由于还要拖动煤气压缩机，所以采用了F 级燃机类似的变频启动。燃机和煤

气压缩机同轴同转速，部分转速下煤气压缩机的出口压力低于燃机所需要压力，所以需要天然气或者油作为点火启动燃料

还别说，大兵的东东主打“出力大，可靠性高，维护成本底”，迅速切入中国市场，一举拿下包钢，武钢和邯钢三大战役，一度占据５０％的市场份额，同时也利用多燃料混烧的优势，切入忍者的大本营日本市场。忍者估计一开始有点被打蒙了，但是很快发起了反击，推出了加强型180MW 701SLDA机组，效率达到４６％，而且扩大本土化范围，一举拿下了接下来的包钢，本钢和首钢三个项目。

钢厂CCPP江湖那些事 （4）- 骑士潜行

其实早在忍者和大兵在钢厂低热值燃料联合循环市场大战前，Alstom（前身ABB） 和川崎重工1997年为上海宝钢提供过一套150MW级别的机组，其技术特色主要是：

1． 燃机，煤气压缩机，汽轮机同轴，需要启动蒸汽作为初始启动能量，这点和MHI

一样，但是燃机又使用轻油点火启动

2． 燃料压缩机采用离心（高压）+ 轴流（低压） 3． 采用了单筒燃烧器

据说实测效率高于45%，但是系统复杂性以及燃烧喷嘴结焦还是给市场留下不好的影响，而且2000年以后，Alstom基本被排除出中国市场，这款机组也就没有再出现。

2014年安萨而多和上海电气合作以后，也推出了他们的燃烧钢厂低热值燃料的机组AE94.2K2，小编有幸听他们介绍过，其对燃机的修改也别具特色。我们前文说过，为了解决空气过量带来的压气机喘振，MHI是把压气机叶片整体削短，而GE则把一级喷嘴改大同时压气机出口抽气和降低燃烧温度，而安萨而多则把天然气压气机第一级叶片切掉然后在最后一级增加了一级更短的叶片，这样保证除了第一级和最后一级，其他叶片还是和原有天然气燃机通用，听起来比较象意大利的浪漫. 在燃烧系统上，安萨而多也进行了优化，主要包括喷嘴角度，喷嘴出口长度等来提高火焰稳定性，同时也具备多燃料能力。不过迄今为止，安萨而多并没有在国内钢厂市场中标，让我们拭目以待。