高效利用焦炉煤气发电

高效利用焦炉煤气发电--提升发电效率并减少CO2排放
作者：本网编辑文章来源：POWER《电力》点击数：381发布时间：2010-07-05
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焦炭厂在使用原煤生产焦炭的同时，也生产出焦炉煤气（COG）。

采用燃气轮机，让焦炉煤气在燃气轮机中发电，并使燃气轮机的排气在余热锅炉中生产蒸汽，再利用汽轮机组发电，就构成了燃气-蒸汽联合循环发电方式。

这一发电方式具有很大的发展潜力，不仅能够节约一次能源的消耗，而且也大大减少了CO2的排放。

背景概述
利源焦化有限公司成立于1997年，位于河南省安阳市铜冶镇北部，是一家集洗煤、炼焦、化工及发电于一体的现代化股份制焦化企业。

公司现年产优质冶金焦70万t、精洗煤240万t、焦油2.4万t、粗笨7000t、硫铵6000t，并拥有3000kW和6000kW汽轮发电机组各两台，年发电1.2亿kWh。

为了满足市场对优质冶金焦、煤焦油及粗笨不断增长的需求，提升企业竞争力，利源焦化公司进行了二期扩建。

二期扩建工程要建设200万t的焦化项目，并相应建设焦炉气净化、水处理，以及甲醇生产等配套工程。

利源焦化公司从工程建设伊始就提出了高标准的要求，不仅要使工程实现产能目标，更要创造综合社会效益，使其成为改善当地环境的榜样。

焦化厂生产流程
焦化厂将精洗煤在焦炉中加热，使原煤中的挥发分等分解出来，从而生产出焦炭。

焦炭生产过程中会产生大量焦炉煤气（COG）。

每生产1t冶金焦，大约需要消耗1.33t焦煤，同时产生出大约350~400m3、热值在3700~4200kcal/m3的焦炉煤气。

由于焦炉加热的需要，只有约170~200m3的剩余焦炉煤气被排出，用于其他用途。

一座年产60万t焦炭的焦炉，每年可供使用的焦炉煤气大约为1.2亿m3，即每小时焦炉煤气产量为1.37万m3。

同时，还可以提取2万t的煤焦油和6900t的粗苯等，煤焦油和粗笨都是具有很高附加值的化工产品。

焦炉煤气可以卖给居民或附近的金属冶炼企业用做燃料，也可以用焦炉煤气来发电，还可以用焦炉煤气生产甲醇。

年产100万t焦炭的焦化厂，每年所产生的焦炉煤气量可以生产80~100万t的甲醇。

而甲醇价格随市场需求情况变化很大，大概在1600~3250元/t间波动，因此对焦化企业的经营影响很大。

利用焦炉煤气生产甲醇，对焦炉煤气的净化要求很高，投资也比较大。

建设一座年产100万t甲醇的工厂，需投资3.5~4.0亿元，加之运行费用也很高，一般7年多才能收回全部投资。

而且国家对上马甲醇项目也有规定，年产100万t以下的甲醇项目将不予批准。

图1 LM2500＋型燃气联合循环发电流程图
利用焦炉煤气发电
利用焦炉煤气发电有两种不同的方式。

一是将焦炉煤气在锅炉中燃烧产生蒸汽，再利用汽轮发电机组发电。

这一发电方式技术成熟，投资也较少，国产设备就能满足要求，但其发电效率仅有27%左右。

以年产70万t的焦炭厂为例，剩余、可利用的焦炉煤气为15980m3/h，发电净功率为20MW。

如果机组每年运行8000h，则年发电量为16万MWh，相应的CO2减排量为14.4万t。

而另一种发电方式是采用燃气轮机。

首先让焦炉煤气在燃气轮机中发电，然后使燃气轮机的排气在余热锅炉中生产蒸汽，再利用汽轮机组发电，这样就构成了燃气-蒸汽联合循环发电的方式。

这种方式可以充分利用焦炉煤气的热能。

整个发电净效率可达42%左右，比汽轮发电机组效率高出12~15个百分点。

既最大限度地利用了一次能源，又大大地减少了CO2排放。

如采用燃气轮机，在发电净功率为33MW的条件下，机组每年运行8000h，年发电量为26.4万MWh，相应的CO2减排量为23.76万t，与传统发电方式相比减少CO2排放近2倍。

因此，这一发电方式具有很大的发展潜力，值得大力推广和应用。

因为这一发电方式不仅节约了一次能源的消耗，还大大减少了CO2的排放，符合国家低碳、节能和减排的政策。

以上两种发电方式比较说明，传统的汽轮机发电方式虽然也能利用焦炉气发电，但相比燃机联合循环发电则效率要低12~15个百分点。

联合循环发电效率高达40%以上，而传统的汽轮发电机发电方式效率仅有27%。

在消耗同样多焦炉煤气的情况下，联合循环发电功率为33MW，汽轮机发电仅有20MW。

考虑长远经营，燃机联合循环发电能为企业带来更大的利润，以及对环保做出更大的贡献。

实施情况
河南利源焦化对燃机联合循环发电进行了半年多的调研、考察、分析和比较，最后选用了GE能源的
LM2500+燃气轮机。

其原因在于，GE LM2500+燃机具有单机功率大、效率高、启动迅速、结构紧凑，以及占地面积少等优点，而且利源焦化剩余的焦炉煤气量能满足两台LM2500+燃机的燃气需求量。

GE
LM2500燃机不仅应用于发电，而且还用于油气管线、钻井平台的驱动等。

在中国的西气东输管线上就安装了60多台GE LM系列燃机，用于带动压缩机运行。

利源焦化订购了两台LM2500+燃机，总装机容量约为60MW，年发电可达48万MWh，预计每年可减少CO2排放43.2万t。

利源焦化发电项目单位千瓦投资约为5000元，预计4年即可收回全部投资。

该项目按计划将于2010年第4季度末投入运行。

经济价值分析
据统计，2008年中国大型焦化企业焦炭产量为3.24亿t，其中63.8%产自纯焦化企业，纯焦化企业产生的剩余焦炉煤气估计为417.58亿m3。

假设纯焦化企业中35%的企业焦炉煤气已经全部使用掉，那么没有使用的剩余焦炉煤气量大概有271.43亿m3。

再假定30%的没有使用的剩余焦炉煤气被用来利用燃机进行联合循环发电，那么利用燃机进行发电的焦炉煤气量就达81.43亿m3。

另据有关资料显示，2008年仅山西放散的焦炉煤气量就多达40亿m3。

一台30MW级燃机，每小时大约需要消耗1.6万m3的焦炉煤气。

每年81.43亿m3的焦炉煤气能满足58台30MW级燃机的燃气需求，发电容量可达1740MW。

如果按每台燃机每年运行8000h计算，则年发电量为1392万MWh。

假定燃煤发电厂的标准煤耗为330克/kWh，则每年可节约标准煤约460万t，减排CO2约1252.8万t。

焦炉煤气发电除了焦化厂自用外，多余的发电量还可以并入公共电网，但这需要政策方面的有力支持。

如焦化厂的发电能够并入公共电网，则可有力推动国家实现节能减排的大目标，并为用户提供绿色电力。