焦炉煤气发电技术及经济性分析

焦炉煤气发电技术及经济性分析

1 概述

我国焦化产业长期以来只注重焦炭生产而忽略化工产品回收，焦化生产主要副产品焦炉煤气除少数企业作为城市煤气供居民用户使用外，大多数企业的焦炉煤气直接放空，由此产生严重的环境污染和二次能源的浪费，造成的经济损失很大。

全国电力日趋紧张，为解决电力的供需矛盾，不少焦化生产企业按照国家节能减排方针政策，积极采用燃气发电机组，利用剩余焦炉煤气自建发电站，变废为宝，不仅节约能源，还创造出较高的经济效益。电站除满足企业自身用电外，剩余的电还可上网外供。这给厂内的焦化生产提供了可靠的电源，并保证企业的连续生产。

2 焦炉煤气发电技术

2.1 焦炉煤气

焦炉煤气产率和组成因炼焦煤质和焦化过程的条件不同而有所差别，一般每1t干煤可产焦炉煤气(标准状态)300～350m3。焦炉煤气属于中热值煤气，其低热值为17～19MJ/m3，可作为燃气发电机组的优质燃料。焦炉煤气是易燃易爆且有毒性的气体，在空气中的爆炸极限(体积分数)为6%～30%。

2.2 焦炉煤气发电工艺

焦炉煤气经过常规的降温、脱硫、脱焦油、脱水处理，符合燃气发电机组对煤气质量要求后，直接供燃气发电机组将热能转化为电能。

燃气发电机组由内燃式燃气发动机和发电机组成，机组的运转过程可由自带的控制系统自动控制，6kV发电机发出的电力通过高压控制开关导入汇流母排后，可外供使用。

发电机组产生的热量可通过机内的热交换器及尾气换热器由循环冷却液导出，循环冷却液通过板式换热器加热外供的循环水，对外提供热量。板式换热器循环冷却液进口温度为90℃，出口温度为70℃。通过板式换热器与外供循环水换热，能将外供循环水加热至80℃以上，可满足一般洗浴和冬季的供暖要求。当外供热量需求较小时，冷却液剩余的热量则通过冷却器散热。有条件的单位，可以将发电的余热再利用，带动中央空调及提供生产生活用热水、蒸汽等。通过热电联供综合利用方式，焦炉煤气的利用效率可以达到70%～85%，为企业创造出可观的经济效益。

2.3 利用焦炉煤气发电的特点

①建设期短。正常条件下，采用4台500kW的内燃机发电机组建设一座总装机容量为2000kW的小型燃气电站，建设期一般在20d左右。

②可以实现焦化厂安全生产的双回路供电。利用焦炉煤气发电，能够改善供电条件，实现双回路供电，尤其对处于电力紧张地区的焦化厂，可以不受外界供电的影响，保证生产的正常运行。

③有利于环境保护。焦炉煤气主要成分是甲烷、氢气、一氧化碳等，利用焦炉煤气发电不但可以变废为宝，而且可以减少因排空燃烧造成的空气污染，对环境保护工作具有积极的意义。

④方便搬迁。焦炉煤气发电机组体积小，占地面积小，能够方便地移走。若采用橇装式电站，移动更加方便，只需安装冷却系统就可继续发电。

⑤电站规模选择范围宽。焦化厂可以根据排放焦炉煤气的量选择电站规模，焦炉煤气发电机组品种多，功率规格齐全。

3 燃气发电机组的选用

燃气发电机组有进口、国产等多种类型，国产机组对燃气的质量要求较宽松，价格较低；而进口机组的发电效率、热量利用效率、自动化程度、运行寿命等均优于国产机组，但价格较高。进口机组与国产机组的主要技术经济指标的比较见表1。

表1 进口机组与国产机组的主要技术经济指标的比较

项目进口机组国产机组备注

发电效率/% 40 30 —

供热效率/% 50 40 —

自动化程度高中进口机组配有程控机及软件

大修周期/h 60000 20000 —润滑油消耗量

/[g·(kW·h)-1)]

0.03 0.04 —

工程造价/元920×104580×104按装机容量为2000kW计算

运行寿命/a 15 10 —

年运行费用

199.59×104232.85×104—

/(元·a-1)

费用年值

285.48×104287.16×104—

/(元·a-1)

采用费用年值法进行分析，费用年值法就是把各方案在经济寿命内发生的各种支出换算成每年发生的等额的支出，费用年值小的方案为最优方案[2]。从表1可见，进口机组的各项技术经济指标均优于国产机组，尤其是发电效率和年运行费用。但进口机组的价格要远高于国产机组，故选择设备时，若从技术角度出发，应选择进口设备；若考虑节省资金，可以选择国产设备。

4 效益分析

以装机容量为2000kW的小型电站为例(选用4台国产500GF型燃气发电机组)进行分析。

4.1 主要设备技术指标

单台机组功率：500kW。

机组数量：4台。

总装机容量：2000kW。

发电电压：0.4kV。

发电功率因数：0.9。

4.2 工程造价

工程造价见表2。

表2 工程造价

序号项目造价/元

1 发电机组412.0×104

2 工艺部分24.4×104

3 电气部分54.9×104

4 土建部分34.2×104

5 冷却部分10.8×104

6 余热利用部分27.8×104

7 其他15.9×104

8 合计580.0×104

4.3 燃气发电经济性

①年运行成本

燃气发电机组稳定运行功率按装机容量的70%计，即连续运行功率为350kW，年运行时间为330d。经计算，年发电量为1108.80×104kW·h。

年运行成本包括机油消耗、人员工资、设备维护等，按0.21元/(kW·h)测算，则年总运行成本为232.85×104元。

②年发电收益

电价按0.50元(kW·h)计算，则每年发电收益为554.40×104元。

③经济性分析

年收益为年发电收益与年运行成本之差，即年收益为321.55×104元。

投资回收期为工程造价与年收益之比，即投资回收期为1.80年。

本文仅对焦炉煤气发电部分进行经济性分析，余热利用部分为厂内自用，自用方式根据各自情况而定，因此未对该部分进行经济性分析。

4.4 节能与环保效益

利用焦炉煤气发电可改善能源结构，合理开发能源，减少因焦炉煤气的排空对大气的污染，符合国家有关排放标准，节能与环保效果显著。有关折算系数和排碳系数见表3。

表3 折标准煤系数和排碳系数[3]

能源种类折标准煤系数排碳系数

符号数值单位符号数值单位