燃气轮机用于焦炉煤气热电联产

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图2 焦炉煤气热电联产燃气轮机电站基本工艺流程
颗粒等杂质。 3 . 2 延长燃气轮机寿命的其他措施 1 ) 燃气轮机是技术密集、 资金密集的设备, 因 此, 运行维护人员必须经过培训, 具备操作维护技能 才能上岗, 具备一定的故障处理能力; 2 ) 按照厂家提供的维护建议, 合理维护, 一般 采取四级维护策略, 即每日巡检、 每月详细检查、 每 半年 进 行 一 次 4 0 0 0 h维 护 保 养, 每年进行一次 8 0 0 0 h 维护保养。根据现场运行实际情况, 适度对 燃气轮机进行内部的水洗清洁, 清洗的最长时间间 0 0 0 h ; 隔不得超过 4
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甘 肃 科 技 第 3 0卷 是同样 的, 处 理 的 越 洁 净, 处理费用也呈指数增 加, 因此需要 在 处 理 费 用 和 维 护 维 修 费 用 之 间 找 到一个平衡 点 如 图 4所 示, 使得整体运行费用最 低。
3 ) 尽量采用原厂备件。 3 . 3 运行费用的平衡点 对于燃气轮机而言, 空气、 燃料气等处理的越 洁净越好, 这 样 机 组 的 维 护、 维 修 费 用 就 下 降, 但

图3 针对炼焦厂环境设计的空气进气过滤器
3 ) 装配氢气可燃气体探测器。焦炉煤气含氢 气较多, 当燃气轮机在运行中熄火时, 燃料和空气形 成一种具有爆炸性的混合气体, 如果在熄火状态被 探测到之前被排入高温烟气和锅炉系统中去, 有可 能引起爆炸; 4 ) 合理处理焦炉煤气, 重点关注煤气中的杂质 处理, 尽量去除焦炉煤气中的硫、 油、 焦油、 萘、 固体
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1 燃气轮机简介
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮 高速旋转, 将燃料的能量转变为有用功的内燃式动
图1 燃气轮机组成 ( 美国 S o l a r T u r b i n e s 公司 T i t a n 1 3 0燃气轮机)
第 6期 王 辉: 燃气轮机用于焦炉煤气热电联产
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7 2 0 0 0 0 0 元,一 年 累 计 可 收 益 ( 或 创 造 效 益)
2 燃气轮机用焦炉煤气发电简介
2 . 1 焦炉煤气的特点 焦炉煤气, 又称焦炉气, 由于可燃成分多, 属于 中热值煤气。它是由几种烟煤配制成炼焦用煤, 在 炼焦炉中经过高温干馏后, 在产出焦炭和焦油产品 的同时所产生的一种可燃性气体, 是炼焦工业的副 产品。焦炉煤气是混合物, 其产率和组成因炼焦用 煤质量和焦化过程条件不同而有所差别, 一般每吨
3 干煤可生产焦炉气 3 0 0~ 3 5 0 N m 。它有如下特点:
6 3 3 6 0 0 0 0元。
3 燃气轮机现场运行
炼焦厂是环境非常恶劣的地方, 焦炉煤气里杂 质较多, 采用焦炉煤气做燃料的燃气轮机的很多事 故是燃料或燃烧空气中硫、 钠、 钾共存, 诱发燃气轮 机内部金属腐蚀造成的, 一般又以燃气轮机高温段 部件所遭受的污染最为严重, N a S O , K S O 2 4 2 4 是产生 热腐蚀的主要因素。因此需要采取措施提高燃气轮 机现场运行的安全性、 可靠性、 经济性。 3 . 1 燃气轮机采取独特的设计 1 ) 在燃气轮机高温部位采用有针对性的防腐 涂层, 使其能够耐盐腐蚀; 2 )一 台 T i t a n 1 3 0每 天 大 概 需 要 空 气 流 量 4 3 0 0 0 0 0 k g , 为了使得参与燃烧的空气更清洁, 采用 专门设计的三级空气过滤系统如图 3所示;
2 0 1 0年, 我国焦炭产量达到了 3 . 8 8亿 t , 占世 界焦炭产量 6 0 % 以上, 同时生产出 1 5 6 0× 1 0N m
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力机械, 是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机 是一种先进而复杂的成套动力机械装备, 是典型的 高新技术密集型产品, 代表了多理论学科和多工程 领域发展的综合水平, 素有“ 工业之花” 或“ 机械工 业皇冠上的明珠” 之称。 燃气轮机与内燃机相比, 具有重量轻、 体积小、 单机功率大、 运行平稳、 寿命长、 维修方便等优点; 与 蒸汽轮机相比有体积小、 重量轻、 启动快、 安装快, 用 水少或不用水, 能使用多种液体和气体燃料; 燃气轮 机功率系列齐全, 从 1~ 4 5 M W 范围内, 可根据实际 情况选择合适功率的机型, 因此在发电上有较多的 应用。此外, 燃气轮机在油气开采输送、 交通、 冶金、 化工、 舰船、 飞机动力等领域也得到广泛应用。 用于发电的燃气轮机主要由减速齿轮箱、 燃烧 空气进口组件、 压气机、 扩压段、 燃烧室、 燃气发生 器、 排气蜗壳组成如图 1所示。与用于油气输送、 舰 船动力的燃气轮机相比, 少了动力涡轮, 因为发电机 转速恒定, 燃气轮机通过减速齿轮箱将动力输送给 发电机。
[ 1 ] 赵国辉, 王辉, 孙明周, 等. 燃气轮机与压缩机组操作 维护手册[ M] . 北京: 石油工业出版社, 2 0 0 9 . [ 2 ] B o y c e , M e h e r w a nP . G a stLeabharlann Baiduu r b i n ee n g i n e e r i n gh a n d b o o k [ M] .B u r l i n g t o nM A ,G u l fP r o f e s s i o n a lP u b l i s h i n g , 2 0 0 6 . [ 3 ] 孟昭满. 焦炉煤气的净化和有效利用途径[ J ] . 中国环 保产业, 2 0 0 7 , 2 0 ( 8 ) : 5 8- 6 0 . [ 4 ] 杨丽, 汪红有. 焦炉煤气的综合利用技术[ J ] . 河北化 2 0 1 1 , 3 4 ( 2 ) : 1 1- 1 2 . 工, [ 5 ] 杨文彪, 任培兵. 进一步优化焦炉煤气资源化的开发 J ] . 河北冶金, 2 0 1 1 , 2 2 ( 2 ) : 5 5- 5 7 . [
第3 0卷 第 6期 2 0 1 4年 3月
甘肃科技 G a n s uS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y
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燃气轮机用于焦炉煤气热电联产
王 辉
( 中国石油西部管道兰州输气分公司, 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ) 摘 要: 焦炉煤气作为一种宝贵的人工煤气, 多年来回收利用率一直非常低, 造成了大量的能源浪费, 同时也污染了 周边环境。我国焦化企业的现状是中小型独立焦化企业数量多、 分布广、 回收设备简陋、 产品单一, 目前的各种焦炉 煤气回收利用途径还不能从根本上解决中小型企业“ 点天灯” 现象。利用燃气轮机进行热电联产, 适用于独立中小 型焦化企业焦炉煤气回收利用。它具有低投资, 高产出的优点。在燃气轮机设计、 运行阶段还可采取一些措施, 进 一步降低运行费用。 关键词: 燃气轮机; 焦炉煤气; 热电联产 中图分类号: T K 4 7
2 . 3 经济性分析 以 1台美国 S o l a r T u r b i n e s 公司生产的 T i t a n 1 3 0 燃气轮机常规热电联产项目为例, 焦炉煤气热电联 产燃气 轮 机 电 站 有 非 常 好 的 经 济 效 益。一 套 T i t a n 1 3 0燃气轮机热电联产项目初始投资约 1亿元, 4 3 0~ 1 2× 1 0 N m , 每小时可发电 每天消耗焦炉煤气 1 1 3 0 0 0 k W, 产生供热蒸汽 2 5 t , 按照电费 0 . 5元 / k W ·h 计算, 则每年电费收入为 1 3 0 0 0× 0 . 5× 2 4× 3 0 按照蒸汽 8 0元 / t 、 每年供暖 5 × 1 2= 5 61 6 00 0 0元; 个月 计 算, 则供热收入 8 0×2 5×2 4×3 0×5=
1 ) 焦炉煤气发热值高 1 6 7 2 0~ 1 8 8 1 0 k J / N m, 可 燃成分较高( 约9 0 %左右) ; 2 ) 焦炉煤气是无色有臭味的气体, 焦炉煤气因 含有 C O和少量的 H S 而有毒; 2 3 ) 焦炉煤气含氢多, 燃烧速度快, 火焰较短; 4 ) 焦炉煤气如果净化不好, 含有较多的焦油和 萘, 就会堵塞管道和管件, 给调火工作带来困难; 5 ) 着火温度为 6 0 0~ 6 5 0℃; 6 ) 焦炉煤气含有 H 5 5 %~ 6 0 %) 、 C H 2 3 % 2( 4( ~ 2 7 %) 、 C O ( 5 %~ 8 %) 、 C O 1 . 5 %~ 3 . 0 %) 、 N 2( 2 ( 3 %~ 7 %) 、 O (< 0 . 5 %) 、 C ( 2 %~ 4 %) 。 2 mH n 2 . 2 焦炉煤气燃机电站基本工艺流程 热电联产的燃气轮机电站基本工艺流程如图 2 所示, 它的核心就是燃气轮机, 造价约占总投资的 6 0 %。
以上的焦 炉 煤 气, 其中可回收的有 7 8 0×1 0N m。 近年来, 通过国家《 焦化行业准入条件》 的贯彻以及 焦化企业 的 技 术 改 造, 焦炉煤气放散率每年均以 5 % ~8 % 的 速 率 递 减, 但现在每年仍有 3 0 0× 1 0N m 焦炉煤气可作资源开发利用, 这相当于西气 东输每年满负荷的输气量。富余的焦炉煤气直接排 放或点了“ 天灯” , 既造成巨大的资源浪费, 又造成 严重的环境污染。 目前对焦炉煤气的回收应用主要集中在生产甲 醇、 合成天然气、 发电, 对于炼钢厂可直接用于还原 铁。从目前我国能源结构看, 甲醇产能过剩, 而天然 气供需严重不足, 将焦炉气甲烷化制合成天然气, 对 促进焦化行业技术进步与产业可持续发展具有重要 的意义, 但是焦炉煤气合成天然气需要配套相应的 设备和管道, 投资巨大, 对于焦炉煤气产量不是很大 的中小企业来说并不经济。 利用焦炉煤气发电是较为成熟的技术, 有蒸汽发 电、 燃气轮机发电、 内燃机发电、 燃气轮机—蒸汽联合 类。蒸汽机的发电效率最低, 不到 3 0 %, 循环发电 4 其次是燃气轮机发电和内燃机发电, 发电效率 3 0 % 蒸汽联合循环发电( 即燃气轮机 ~ 3 5 %。燃气轮机 - 热电联产) 效率高达 5 0 % 以上, 是热能资源的高效 梯级综合利用, 值得在中小焦化企业积极推广。
图4 处理费用和维护维修费用的平衡
4 结论
对于中小焦化企业来说, 用焦炉煤气做燃料, 采 用燃气轮机进行热电联产显然是非常有效的回收利 用焦炉煤气项目, 在项目实施及后续运行过程中, 还 有很多可采取的措施来进一步降低运行维护成本, 这将极大地提高中小焦化企业有效回收利用焦炉煤 气的积极性, 对我国能源发展战略, 实现经济可持续 发展意义重大。 参考文献:
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