焦炉煤气发电技术应用

焦炉煤气发电技术应用
1、技术应用背景
焦炉煤气为炼焦企业生产过程中的副产品，我国现状有很多中小型炼焦厂产生的焦炉煤气除部分返回炼焦炉作为加热燃料外，大量的焦炉煤气直接放空，不仅造成大量资源浪费而且严重污染环境。

焦炉煤气利用问题一直困扰着政府主管部门。

同时，由于工业的发展，造成局部地区电力供应紧张也会制约当地经济发展，因此将焦炉煤气利用势在必行，从而使焦炉煤气发电项目具有很好经济效益和社会效益。

依据《中华人民共和国环境保护法》中关于“新建工业企业和现有工业企业的技术改造，应当采取资源利用率高，污染物排放量少的设备和工艺。

”和《中华人民共和国节约能源法》中关于“国家鼓励发展热电联产”的规定。

结合焦化企业污染源多，危害严重及地区缺电少热的特点，将富裕的焦炉煤气提炼、净化、同时将其作为燃料输入燃气发电机机发电，可改善环境、降低成本、发展循环经济、提高能源综合利用率。

2、项目技术方案
2.1发电需求
本技术依托河南某炼焦企业，简要选取分析焦炉煤气发电的可行性方案。

河南某炼焦企业是一家集炼焦、化产品回收、煤气净化商用为一体的民营企业，年产焦炭100万吨以上，焦炉煤气气量（处于排放浪费状态）达20000Nm3/h，公司厂区内每月用电量245万kWh，烟气脱硫装置投运后，小时用电量达到4300kWh。

因此焦炉煤气发电的电量可以提供给厂区各设备使用。

2.2焦炉煤气气质参数分析
根据其炼焦厂提供的焦炉煤气气质参数表分析燃气发电机用气气质要求。

一般市场上典型燃气发电机对焦炉煤气气质要求为焦油含量≤50mg/Nm3，氨含量≤20mg/Nm3，H2S≤50mg/Nm3，总硫化物含量≤200mg/Nm3，杂质粒度≤5μm，杂质含量≤30mg/Nm3，水分含量≤10g/Nm3，热值≥6MJ/Nm3。

所以厂区经过净化处理后焦炉煤气符合燃气发电机气质的用气气质要求。

2.3工艺技术方案选取
通过调研资料，国外同类燃气发电机组与国内燃气发电机相比，设备制造周期长，设备造价较高，结合投资规模及建设周期的需求，焦炉煤气发电站主要设备选型立足于国内为主，根据厂区内焦炉煤气量和厂区用电负荷来确定电站规模，并在此基础上进行装机方案的比选，经市场调查和研究，相适应方案有以下三种：
方案一：燃气锅炉+蒸汽轮机发电
装机容量：3MW，外供蒸汽8t/h
本方案为焦炉煤气利用常规技术方案，采用锅炉直接燃烧焦炉煤气，将焦炉煤气通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机发电，系统主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。

燃气锅炉与蒸汽轮机组成发电站过去一直是利用焦炉煤气的主要技术方式。

但是该技术最大的限制为水，国内水资源匮乏，消耗大量的水资源来保障焦炉煤气的利用是不可取的，所以要解决焦炉煤气资源综合利用，必须考虑其他更加可行的方案。

方案优点：对燃气要求比较低，适应性强，煤气处理系统投资较少，该方案技术比较成熟。

方案缺点：
1、工艺复杂，建设周期比较长，建成后难以再移动建设
2、装机容量小，热利用率较低
3、机组占地面积大，投资相对较大
4、水消耗量大，机组需要的冷却水循环量高
5、机组启动较慢，且低负荷运行对机组效率影响大。

方案二：采用燃气内燃机发电
装机容量：3MW，外供蒸汽无
燃气内燃机的工作原理基本与汽车发动机类似，需要火花塞点火，由于内燃机气缸内的核心区域温度可以达到1400℃，使其效率大大超过了蒸汽轮机，甚至燃气轮机。

燃气内燃机的发电效率通常在30%～40%，比较常见的机型可以达到35%。

目前我国有许多燃气发电机厂家可以提供相应的机组。

根据与各厂家交流，并经过多方调研资料，目前国内较为成熟的燃气内燃机组装机容量为500KW，在许多中小型焦化厂已经有广泛的应用。

方案优点：
1、设备集成度高，安装快捷，维修工作量小，自动化程度高
2、对燃料气体的粉尘度等要求不高
3、运行过程中基本不需要水
4、设备启动简单快速，控制系统集成度高，劳动定员少
5、设备模块化设计，占地面积小，也便于整体搬迁。

缺点：
1、综合效率不是很高虽然发电效率高，但蒸汽产量低，无法同时满足用户用电和蒸汽的要求
2、燃料不同，对机组出力影响较大，采用焦炉煤气的燃气内燃机其出力为燃用天然气的55%左右
3、单机容量较小目前国内较为成熟的燃气内燃机为500KW。

方案三：采用燃气轮机+余热回收锅炉
装机容量：10MW，外供蒸汽：20t/h
燃气轮机是从飞机喷气式发动机技术演变而来的，通过轴流压气机将空气压缩，高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧，燃气急速膨胀推动动力涡轮旋转做功驱动发电机发电，因为是旋转持续做功，可以利用热值较低的燃料气体。

燃气轮机自身发电的发电效率不算很高，一般在30%～35%，但可利用废热烟气温度通过余热锅炉再次回收热能转换为蒸汽，驱动蒸汽轮机再次发电，形成联合循环发电。

但是燃气轮机燃料发电机组所需要燃气压力较高，越是发电效率高的机组燃料进气压力越高，需要使用煤气压缩机，煤气压缩机需要消耗大量的能量，需要消耗燃气轮机12%～14%的功率，本方案存在与蒸汽轮机相同的水资源条件要求，系统比较复杂，投资比较大。

燃气轮机在焦炉煤气上使用的经验不多，主要原因是中小型焦化厂较少，所产生的焦炉煤气多用于化工产品制造，所以采用焦炉煤气的大型燃气轮机发电项目很少。

方案优点：
1、装机容量大
2、机组结构简单，运行稳定
3、相比方案一水消耗量小
方案缺点：
1、发电机组需要按照制造厂家要求定期的停机维护检查
2、燃气轮机大修需要返回制造厂修理，拆、装难度大
3、燃料进气压力要求高，需要设置煤气升压装置。

结论：通过以上三个方案比选，結合厂区用电负荷少，电能只厂区自用，不并网外输的前提下，本项目推荐采用方案二。

所需焦炉煤气自厂区引入，经过净化处理，满足燃气发电机组燃气气质需求。

选取6台500GFMJ（8300D/MJ-2）作为发电站主要设备。

燃气发电机组产生的烟气温度达到550℃，后期也可充分利用这部分热量，采用设置补燃机余热锅炉的方式产生中温中压蒸汽，为周边工业企业或居民用户提供蒸汽气源。

3、项目技术方案分析
焦炉煤气发电项目充分利用炼焦厂丰富廉价的焦炉煤气资源，将焦炉煤气作为燃气发电机燃料发电。

做到综合利用资源，保护环境。

发电装置采用的燃气内燃机直接发电方式，它具有综合效率高、占地面积小、启停迅速、操作方便、维护简单、可靠性高等特点。

总之，焦炉煤气发电利用的工艺路线、生产规模和产品方案均符合国家的产业政策和环保法规，也适合当地的实际情况和市场需求。

工艺路线具有技术先进可靠、成熟、操作方便、工艺短捷、经济合理、保护环境等特点。

对节约能源、环境保护、发展地区经济、提高当地煤化工水平都起着积极的作用。

方案合理，经济效益、社会效益、环境效益较好，有很好的应用市场。