1、技術(shù)應(yīng)用背景

焦爐煤氣為煉焦企業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，我國現(xiàn)狀有很多中小型煉焦廠產(chǎn)生的焦爐煤氣除部分返回煉焦爐作為加熱燃料外，大量的焦爐煤氣直接放空，不僅造成大量資源浪費而且嚴重污染環(huán)境。焦爐煤氣利用問題一直困擾著政府主管部門。同時，由于工業(yè)的發(fā)展，造成局部地區(qū)電力供應(yīng)緊張也會制約當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，因此將焦爐煤氣利用勢在必行，從而使焦爐煤氣發(fā)電項目具有很好經(jīng)濟效益和社會效益。依據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護法》中關(guān)于“新建工業(yè)企業(yè)和現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)的技術(shù)改造，應(yīng)當采取資源利用率高，污染物排放量少的設(shè)備和工藝?！焙汀吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》中關(guān)于“國家鼓勵發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)”的規(guī)定。結(jié)合焦化企業(yè)污染源多，危害嚴重及地區(qū)缺電少熱的特點，將富裕的焦爐煤氣提煉、凈化、同時將其作為燃料輸入燃氣發(fā)電機機發(fā)電，可改善環(huán)境、降低成本、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、提高能源綜合利用率。

2、項目技術(shù)方案

2.1發(fā)電需求

本技術(shù)依托河南某煉焦企業(yè)，簡要選取分析焦爐煤氣發(fā)電的可行性方案。河南某煉焦企業(yè)是一家集煉焦、化產(chǎn)品回收、煤氣凈化商用為一體的民營企業(yè)，年產(chǎn)焦炭100萬噸以上，焦爐煤氣氣量（處于排放浪費狀態(tài)）達20000Nm3/h，公司廠區(qū)內(nèi)每月用電量245萬kWh，煙氣脫硫裝置投運后，小時用電量達到4300kWh。因此焦爐煤氣發(fā)電的電量可以提供給廠區(qū)各設(shè)備使用。

2.2焦爐煤氣氣質(zhì)參數(shù)分析

根據(jù)其煉焦廠提供的焦爐煤氣氣質(zhì)參數(shù)表分析燃氣發(fā)電機用氣氣質(zhì)要求。

一般市場上典型燃氣發(fā)電機對焦爐煤氣氣質(zhì)要求為焦油含量≤50mg/Nm3， 氨含量≤20mg/Nm3，H2S≤50mg/Nm3，總硫化物含量≤200mg/Nm3，雜質(zhì)粒度≤5μm，雜質(zhì)含量≤30mg/Nm3，水分含量≤10g/Nm3，熱值≥6MJ/Nm3。

所以廠區(qū)經(jīng)過凈化處理后焦爐煤氣符合燃氣發(fā)電機氣質(zhì)的用氣氣質(zhì)要求。

2.3工藝技術(shù)方案選取

通過調(diào)研資料，國外同類燃氣發(fā)電機組與國內(nèi)燃氣發(fā)電機相比，設(shè)備制造周期長，設(shè)備造價較高，結(jié)合投資規(guī)模及建設(shè)周期的需求，焦爐煤氣發(fā)電站主要設(shè)備選型立足于國內(nèi)為主，根據(jù)廠區(qū)內(nèi)焦爐煤氣量和廠區(qū)用電負荷來確定電站規(guī)模，并在此基礎(chǔ)上進行裝機方案的比選，經(jīng)市場調(diào)查和研究，相適應(yīng)方案有以下三種：

方案一：燃氣鍋爐+蒸汽輪機發(fā)電

裝機容量：3MW，外供蒸汽8t/h

本方案為焦爐煤氣利用常規(guī)技術(shù)方案，采用鍋爐直接燃燒焦爐煤氣，將焦爐煤氣通過鍋爐內(nèi)的管束把水轉(zhuǎn)換為蒸汽，利用蒸汽推動蒸汽輪機再驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，系統(tǒng)主要設(shè)備是燃氣燃燒器、鍋爐本體、化學(xué)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽輪機、冷凝器、冷卻塔、發(fā)動機、變壓器和控制系統(tǒng)，工藝流程比較復(fù)雜。

燃氣鍋爐與蒸汽輪機組成發(fā)電站過去一直是利用焦爐煤氣的主要技術(shù)方式。但是該技術(shù)最大的限制為水，國內(nèi)水資源匱乏，消耗大量的水資源來保障焦爐煤氣的利用是不可取的，所以要解決焦爐煤氣資源綜合利用，必須考慮其他更加可行的方案。

方案優(yōu)點：對燃氣要求比較低，適應(yīng)性強，煤氣處理系統(tǒng)投資較少，該方案技術(shù)比較成熟。

方案缺點：

1、工藝復(fù)雜，建設(shè)周期比較長，建成后難以再移動建設(shè)

2、裝機容量小，熱利用率較低

3、機組占地面積大，投資相對較大

4、水消耗量大，機組需要的冷卻水循環(huán)量高

5、機組啟動較慢，且低負荷運行對機組效率影響大。

方案二：采用燃氣內(nèi)燃機發(fā)電

裝機容量：3MW，外供蒸汽無

燃氣內(nèi)燃機的工作原理基本與汽車發(fā)動機類似，需要火花塞點火，由于內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的核心區(qū)域溫度可以達到1400℃，使其效率大大超過了蒸汽輪機，甚至燃氣輪機。燃氣內(nèi)燃機的發(fā)電效率通常在30%～40%，比較常見的機型可以達到35%。

目前我國有許多燃氣發(fā)電機廠家可以提供相應(yīng)的機組。根據(jù)與各廠家交流，并經(jīng)過多方調(diào)研資料，目前國內(nèi)較為成熟的燃氣內(nèi)燃機組裝機容量為500KW，在許多中小型焦化廠已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。

方案優(yōu)點：

1、設(shè)備集成度高，安裝快捷，維修工作量小，自動化程度高

2、對燃料氣體的粉塵度等要求不高

3、運行過程中基本不需要水

4、設(shè)備啟動簡單快速，控制系統(tǒng)集成度高，勞動定員少

5、設(shè)備模塊化設(shè)計，占地面積小，也便于整體搬遷。

缺點：

1、綜合效率不是很高 雖然發(fā)電效率高，但蒸汽產(chǎn)量低，無法同時滿足用戶用電和蒸汽的要求

2、燃料不同，對機組出力影響較大，采用焦爐煤氣的燃氣內(nèi)燃機其出力為燃用天然氣的55%左右

3、單機容量較小 目前國內(nèi)較為成熟的燃氣內(nèi)燃機為500KW。

方案三：采用燃氣輪機+余熱回收鍋爐

裝機容量：10MW，外供蒸汽：20t/h

燃氣輪機是從飛機噴氣式發(fā)動機技術(shù)演變而來的，通過軸流壓氣機將空氣壓縮，高壓空氣在燃燒室與燃料混合燃燒，燃氣急速膨脹推動動力渦輪旋轉(zhuǎn)做功驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，因為是旋轉(zhuǎn)持續(xù)做功，可以利用熱值較低的燃料氣體。

燃氣輪機自身發(fā)電的發(fā)電效率不算很高，一般在30%～35%，但可利用廢熱煙氣溫度通過余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機再次發(fā)電，形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

但是燃氣輪機燃料發(fā)電機組所需要燃氣壓力較高，越是發(fā)電效率高的機組燃料進氣壓力越高，需要使用煤氣壓縮機，煤氣壓縮機需要消耗大量的能量，需要消耗燃氣輪機12%～14%的功率，本方案存在與蒸汽輪機相同的水資源條件要求，系統(tǒng)比較復(fù)雜，投資比較大。

燃氣輪機在焦爐煤氣上使用的經(jīng)驗不多，主要原因是中小型焦化廠較少，所產(chǎn)生的焦爐煤氣多用于化工產(chǎn)品制造，所以采用焦爐煤氣的大型燃氣輪機發(fā)電項目很少。

方案優(yōu)點：

1、裝機容量大

2、機組結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定

3、相比方案一水消耗量小

方案缺點：

1、發(fā)電機組需要按照制造廠家要求定期的停機維護檢查

2、燃氣輪機大修需要返回制造廠修理，拆、裝難度大

3、燃料進氣壓力要求高，需要設(shè)置煤氣升壓裝置。

結(jié)論：通過以上三個方案比選，結(jié)合廠區(qū)用電負荷少，電能只廠區(qū)自用，不并網(wǎng)外輸?shù)那疤嵯?，本項目推薦采用方案二。所需焦爐煤氣自廠區(qū)引入，經(jīng)過凈化處理，滿足燃氣發(fā)電機組燃氣氣質(zhì)需求。選取6臺500GFMJ（8300D/MJ-2）作為發(fā)電站主要設(shè)備。

燃氣發(fā)電機組產(chǎn)生的煙氣溫度達到550℃，后期也可充分利用這部分熱量，采用設(shè)置補燃機余熱鍋爐的方式產(chǎn)生中溫中壓蒸汽，為周邊工業(yè)企業(yè)或居民用戶提供蒸汽氣源。

3、項目技術(shù)方案分析

焦爐煤氣發(fā)電項目充分利用煉焦廠豐富廉價的焦爐煤氣資源，將焦爐煤氣作為燃氣發(fā)電機燃料發(fā)電。做到綜合利用資源，保護環(huán)境。

發(fā)電裝置采用的燃氣內(nèi)燃機直接發(fā)電方式，它具有綜合效率高、占地面積小、啟停迅速、操作方便、維護簡單、可靠性高等特點。

總之，焦爐煤氣發(fā)電利用的工藝路線、生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案均符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保法規(guī)，也適合當?shù)氐膶嶋H情況和市場需求。工藝路線具有技術(shù)先進可靠、成熟、操作方便、工藝短捷、經(jīng)濟合理、保護環(huán)境等特點。對節(jié)約能源、環(huán)境保護、發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟、提高當?shù)孛夯に蕉计鹬e極的作用。方案合理，經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益較好，有很好的應(yīng)用市場。