利用小型焦炉煤气发电

电力18讯：    0　前　言　　
　　目前，我国的小型焦化厂数目众多，华北地区尤为突出。这些小型焦化厂又多是用电大户，由于许多厂区地处偏辟，电力供应比较紧张，经常的停限电直接影响到正常生产。另一方面，焦炉生产焦碳过程中所副产的焦炉煤气全部排空，浪费了能源，污染了环境。解决这一问题的途径有很多，据我们调研，应用小型燃气轮机发电机组发电技术在我国日趋成熟，已有多家用户，是一种较好的解决方案。本文以某厂煤气发电站为例来阐述这一问题的解决方法。

1　企业概况　　
　　该厂为部属机修总厂自办焦化厂。生产规模为7×105 t／a焦碳，另有4×105 t／a的焦化厂即将投产，合计总产量11×105 t／a焦碳，日产煤气4×10m3（热值为17．5 MJ／m3），目前这部分煤气全部排空。
　　总厂现有采暖面积9×105 m2，有2台锅炉，1台10 t／h，1台6．5 t／h用于供热、采暖。加上生产工艺用煤，全厂年耗煤量6 000 t。此外，焦化厂另有2台4 t／h锅炉供工艺及采暖用汽，其中1台备用。

2　发电方案
2．1　发电方案的确定
　　国产小型燃气轮机近10 a得到较大的发展。主要生产厂家黎明发动机公司和南方动力机械公司，均为航空改型发动机。其主要型号如下：
机组型号　  　WZ5G1　WJ5G1　WJ6G1　WP6G1

额定功率／kW　1100　 1250 　2000　 4050

　　同时，随着煤气化工艺的逐步完善，小型燃气机已在煤气化工程中被应用。这种发电方式就是以小型燃气轮机为主机设备代替常规的锅炉――汽轮机蒸汽发电。
2．2　发电容量的确定
　　本工程为节能技术改造工程。本着充分利用现有条件，保证机组安全经济运行的原则，实行以煤气定电。该厂产焦炉煤气量4×105 m3／d，平均1 600～2 000 m3／h，其热值17．5 MJ／m3。按机组发电热效率21．5％计算，可利用煤气发电1 500～2 200 kW。本工程发电容量定为2 000 kW。
2．3　工程系统
    工程系统图见图1。



　　从图1中可以看出，工程主要由3大部分构成，即净化系统、燃气轮机发电系统和余热锅炉供热系统。
2．4　主体设备介绍
2．4．1　小型燃气轮机发电机组
    小型燃气轮机发电机组都是由航空发动机改装的。单独发电时，机组发电热效率为21．5％。
型号：QDE20型

额定功率：2 000 kW

最大功率：2 200 kW

输出电压：6．5 kV

设计煤气耗量：1．02 m3／kW・h（平均值）　　

涡轮后温度：约450℃

2．4．2　余热锅炉
工作压力：0．8 MP　　

额定出力：6．5 t／h

3　燃机燃料供应
3．1　使用的燃料为焦炉煤气，热值不低于1 600 kJ／m3，供气压力为35．7 Pa，经增压后压力为0．89～0．9 MPa。
3．2　煤气成分见表1。
　　                  表1　煤气成分
组成　　CO2　O2　CO　CH4　H2　CmHn　N2　Q／（MJ・m－3）

成分／％0．19 0．5 6．6 23．4 62 3 5，7 17．5
3．3　煤气杂质含量对燃机有较大影响，煤气中含有残余的芳香烃、焦油等物质易在喷头积炭，堵塞喷头煤气孔，造成功率下降，严重的将腐蚀喷嘴，造成穿孔，燃烧室火焰不均匀，燃气轮机放炮。煤气中的H2S，S含量过多，也易腐蚀叶轮，影响机组寿命。所以应在搞清煤气中氨，H2S、S、萘、焦油等杂质含量基础上，采取相应措施。
3．4　焦化厂生产周期性决定了焦炉煤气流量的周期性变化。燃机额定耗气量恰好在供气波动范围内，这样供气不稳定将影响稳定发电。因此，可以建设一个（1～2）×105m3气柜，间接供气。一则可以稳定供气，保证发电，二则调节方便，供气灵活。

4　环保和节能效果　　
　　电站未建立前，焦炉煤气直接排放到大气中，其污染程度可想而知。电站建立后，通过多级除尘，其排烟污染物浓度大大降下，改善了环境。
　　2 000 kW节能电站建成后，排入大气的4×105m3／d焦炉煤气全部回收作为电站燃机燃料，按全厂总热效率70％计（其中发电热效率21．5％，产汽热效率48．5％ ），可年发电14 000万kW・h，年供汽量45．5万t。年节约标煤4 888 t左右。

5　经济效益分析　　
　　电站总投资900万元。千瓦投资4 500元。年发电量14 000万kW・h，按厂用电率20％，电价0．3元／kW・h计，年供电收入336万元。年供汽量45．5万t，按0．8 MPa蒸气热价25元／t计算，供汽收入114万元。全年全厂合计收入450万元。扣除各项开支，年创效益200万元以上，投资回收期4．5 a左右 。