隨著燃氣輪機技術的發(fā)展，人們找到了有效解決這個問題的方法。以燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)去利用廢煤氣，可以顯著地提高電功率輸出和增加蒸汽產(chǎn)量，同時還可減少NO x的排放量。下面將介紹意大利某鋼廠的這種技術改造路線和措施。
1新裝置的一般狀況
意大利的大型煉鋼廠Ilva在Tarano有幾個軋鋼廠，其中的一個軋鋼廠被選作動力裝置改造的試點。該軋鋼廠原先有兩臺汽輪發(fā)電機組在運行。一臺是二十世紀六十年代初期安裝的老的CET21，額定功率160MW ；另一臺是二十世紀八十年代安裝的CET22，額定功率480MW.它們既發(fā)電，又產(chǎn)生工藝蒸汽。平均供電效率為36%左右，較低。此外，鍋爐只能燒部分回收煤氣。這些存在問題再加上需要減少現(xiàn)場產(chǎn)生的NO x排放并利用意大利政府的征稅優(yōu)惠機會，于是該軋鋼廠用可靠性高和容量更大的新裝置去取代CET21，同時使CET22現(xiàn)代化并繼續(xù)投運。
這個新裝置就是M S9001E燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)裝置，命名為CET23.其額定功率為530MW ，供電總效率為45% ，并可產(chǎn)生多達150000噸小時的工藝蒸汽。燃氣輪機不僅驅動發(fā)電機和向余熱鍋爐供應廢熱生產(chǎn)蒸汽，而且還驅動壓縮機將廢煤氣加壓達到燃氣輪機燃燒要求。該裝置已在1997年投運。該裝置的設計是基于利用三種不同的廢煤氣源：熱值分別為800kcal Nm 3的高爐煤氣、4500kcal Nm 3的焦爐煤氣及2100kcal Nm 3的轉爐煤氣。從體積上講，高爐煤氣的容積*大，但由于含氮量高熱值*低。焦爐煤氣熱值*高，但容積*小。副產(chǎn)品煤氣的組成和容積在很大程度上受鋼的生產(chǎn)過程的影響，其*佳情況出現(xiàn)在瀉放過程中。
繼Taranto軋鋼廠后， Ilva鋼廠正在對其在L ivorno的第二個軋鋼廠改裝動力裝置。與Taranto軋鋼廠一樣，也是采用單套9E聯(lián)合循環(huán)裝置。預計在2000年第三季度投運。這兩個動力裝置改造項目都是由意大利的新庇隆公司設計的。
2新裝動力裝置的特點
211燃燒室設計
9E的低熱值燃燒系統(tǒng)是多年來開發(fā)煤和生物質氣化技術的成果。燃氣輪機上的所有14個燃燒室的外部尺寸與標準的天然氣型式相同，但對它們作了修改：允許雙燃料運行DD單獨燒天然氣，或燒天然氣與組分可變的低熱值煤氣的混合物。每個燃燒室的燃燒器由燒低熱值煤氣的外圈和燒天然氣的內圈組成。此燃燒室能用熱值在1500到2000kcal Nm 3范圍內的天然氣與廢煤氣的混合物運行。
運行時先將廢煤氣凈化，然后增壓到燃氣輪燃燒系統(tǒng)所要求的壓力值。必須除去高爐煤氣和轉爐煤氣中的大量含塵雜質和焦爐煤氣中的液態(tài)碳氫化合物。Taranto軋鋼廠采用了基于濕式靜電過濾器的魯奇過濾系統(tǒng)。它包括兩個轉爐煤氣靜電過濾器、三個焦爐煤氣脫焦電濾器及一個為凈化三種煤氣的混合物的末級靜電過濾器。焦爐煤氣在與部分轉爐煤氣來氣混合以前，必須先通過一個增壓機提高氣體壓力。為提高可靠性，過濾器和鼓風機都是以冗余并聯(lián)方式布置，以保證廢煤氣流入壓縮機組不會中斷。
212燃料煤氣的壓縮
上述的這些工序是在清潔煤氣進入燃料煤氣壓縮機和燃氣輪機之前進行的，以防止該套設備中的部件受到損壞。少量轉爐煤氣不進入壓縮機，而用管道送到余熱鍋爐供補燃之用。
根據(jù)兩個主要參數(shù)去選擇壓縮機，即為將燃料噴注到燃氣輪機燃燒室所要求的*終壓力和要被壓縮的容積（廢煤氣的熱含量）。
通常采用離心式壓縮機。但是在小的鋼廠內可采用往復式壓縮機。在非常大的鋼廠中，在*初的壓縮階段中采用軸流式壓縮機，后面采用離心式壓縮機比較有利。這是因為在前面的壓縮中煤氣容積很大。廢煤氣混合物以接近大氣壓的壓力（20～40 m barg）和大約七倍于具有相同能量的天然氣的容積進入聯(lián)合循環(huán)裝置。藉一個三級間冷的壓縮系統(tǒng)，煤氣壓力增加到22barg.該壓縮系統(tǒng)是由燃氣輪機通過升速齒輪箱（3000到5040rpm ）驅動的。該壓縮系統(tǒng)在一個缸體內進行一級壓縮，在第二個缸體內進行其余兩級壓縮。
Taranto裝置具有一個雙流式DM CL 1006低壓氣缸，在其內進入的煤氣被分成兩股，在水平中分式氣缸的兩端處被吸入。煤氣經(jīng)過壓縮從該氣缸中部的單個出口出來，然后被冷卻。再送到下一個2M CL 1007氣缸，在那里煤氣增壓到8bar，抽出來進行再次冷卻，然后送回進行*終壓縮，達到22bar.除了用一臺DM CL 1007壓縮機取代DM CL 1006以外，L ivonor軋鋼廠也采用了同樣的配置。增壓過程吸收了約27MW的功率，但煤氣通過9E透平膨脹后體積的增加有可能回收上述能量的三分之二左右，即約18MW.
213單軸序列
燃氣輪機發(fā)電機組、升速齒輪箱及煤氣壓縮機形成約50米長的一個五機單軸布置。之所以寧愿采用單軸解決方法而不用一臺電動機或汽輪機，是因為這種方法具有比較好的可靠性和比較高的效率。
對于后一種選擇來說，煤氣壓縮機將要求一臺大的且昂貴的調速電動機。此外，用燃氣輪機驅動取代汽輪機驅動允許即使在蒸汽循環(huán)有故障的情況下仍能作滿負荷運行。
在Taranto和L ivorno軋鋼廠，燃氣輪機的起動都是基于使用天然氣。一個原因是22bar的噴注壓力僅當燃氣輪機和煤氣壓縮機在全速運行時才達到。另一個原因是在低于一定的溫度時機組存在點火和火焰和穩(wěn)定性等問題。
在Taranto軋鋼廠要保證聯(lián)合循環(huán)的性能，煤氣熱值必須滿足以下條件，正常運行所需煤氣的熱值是1800kcal Nm 3， 1475kcal Nm 3是保證火焰穩(wěn)定性良好的*小值， 1975kcal Nm 3的煤氣可用性低。
214較好的性能
用天然氣運行的9E單循環(huán)機組的額定功率目前是12314MW ，相應的熱耗率為10653kJ kW h.質量流量是403kg sec，排氣溫度為594℃。按1×1模式（即S109E）設計的聯(lián)合循環(huán)運行的額定功率是18912MW ，相應的熱耗率為6935kJ kW h.
早先， Taranto軋鋼廠的每個聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的出力預定為：燃氣輪發(fā)電機的為103MW ，汽輪發(fā)電機的為68MWDD所有三套系統(tǒng)的總出力接近520MW.當燃氣輪機燒廢煤氣時，由A nsaldo公司供貨的燃氣輪發(fā)電機在15kV下的額定輸出功率為129MVA.使用空氣進行冷卻，勵磁是靜態(tài)的。
Taranto和L ivorno軋鋼廠的余熱鍋爐為帶補燃設施的三壓再熱裝置。燃氣輪機的一部分排氣送入余熱鍋爐上部的非補燃煙道，一部分送入下部的燃燒室，其燃燒器組件將位于余熱鍋爐煙道中的過熱器和再熱器中的煙氣溫度升高到540℃。
3工藝流程
高壓部分產(chǎn)生壓力95到100bar、溫度540℃的蒸汽；帶再熱的中壓部分提供表壓25bar、溫度540℃的蒸汽；低壓部分產(chǎn)生除氧器用的飽和蒸汽。
余熱鍋爐的補燃用的燃燒器是在Genoa試驗站，利用來自煉鐵過程中的廢煤氣特地為這項應用設計的。帶再熱器和冷凝裝置的沖動反動式蒸汽透平來自A nsaldo公司，額定輸出功率設計為68MW.
在正常工況下，這些蒸汽透平以滑壓方式運行，保持進氣閥門全開。排汽在兩箱、兩通道表面冷凝器中冷凝。為增強冷卻效果，增加了冷卻劑的泵送容量，并采取措施去提高可靠性。與常規(guī)的聯(lián)合循環(huán)裝置所產(chǎn)生的熱量相比，在該系統(tǒng)的冷卻設計中還采用了特殊的技術去適應該動力裝置的更多的熱量輸出。
其主要原因是使用了廢煤氣間冷器。Taranto設備通過引入一個閥式循環(huán)海水回路，連同來自現(xiàn)有工作范圍的補給水設施去實現(xiàn)這個要求。如果汽輪機停機，為保證鋼廠對電和蒸汽的需求的繼續(xù)支持，該設計在新汽與冷的再熱器之間和熱的再熱器與冷凝器之間設置了旁通閥。
煤電廠不變，另建一個燃氣輪機余熱鍋爐系統(tǒng)，利用蒸汽和供水管路把它們和原有的蒸汽鍋爐汽輪機連接起來，形成一個雙源并聯(lián)聯(lián)合循環(huán)電站。
雙源并聯(lián)改造花費并不很多，因為原有鍋爐不做任何改動，新的燃氣輪機余熱鍋爐相對于原有機組可隨意定位安裝，少有麻煩，無不良影響。燃氣輪機排氣通道上安裝旁通閥和旁通煙囪，它也可做單循環(huán)方式運行。雙源并聯(lián)改造的周期短，原機組僅需停機六周，以便連接通往透平的補充蒸汽管道，以及至冷凝器供水加熱器的供水回水管路。雙源并聯(lián)聯(lián)合循環(huán)電站運行方式十分靈活，既可燒煤又可燒天然氣；既可同時運行又可互相獨立運行，互為備用。這第二條改造路線又有不同的方案，就不再贅述了?？傊?，天然氣管線的下游用戶在建聯(lián)合循環(huán)電站時，南汽都可以進行服務。
4為兩站中的燃氣輪機提供可靠的備品備件
南汽憑借其數(shù)十年的制造透平機械的經(jīng)驗、強大的生產(chǎn)能力、幾百名技術人員的智慧、再加上新的工業(yè)裝備的支撐，完全可以為客戶提供優(yōu)良的國產(chǎn)化的備品備件。
未來天然氣管線上的成百套燃氣輪機機組的備品備件倘若全部依賴進口，每年需要幾億美元。立足于國內，通過中外合作生產(chǎn)的方式，將會大大降低更換零部件的成本，同時能提高國內的生產(chǎn)制造水平。
對客戶來講，節(jié)約了時間與關稅費用，又可減少停機時間，提高兩站的可用率。
未來的備品備件一定要立足于國內生產(chǎn)，而南汽有得天獨厚的優(yōu)勢成為提供燃氣輪機國產(chǎn)化備品備件的強大基地。
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