内燃机利用焦炉煤气发电技术

内燃机利用焦炉煤气发电技术
1 焦炉煤气利用现状 焦炉煤气利用现状
在炼焦生产过程中，转变为焦炉煤气的煤炭约占初始总量的 15%。目前炼焦行业逐步 向精细化方向发展， 对焦炉煤气的合理利用将是焦化企业提高综合效益的一条有利途径。 国 内行业对焦炉煤气的利用情况是： （1）大中型焦化厂主要是向附近城镇提供民用燃气，其特点是：投资规模较大；中间 环节由煤气公司控制，不能实现最大效益；冬季用量大，夏季用量小，因季节变换能源不能 充分利用。 （2）小型焦化厂的焦炉煤气除部分用于烧锅炉外，大部分点燃放空处理，除造成资源 浪费外，对环境也造成很大的污染。 随着我国“西气东输”工程的实施，对天然气的应用将不可避免地取代很大一部分煤气 的市场。这体现在两方面：一是天然气的价格将低于煤气。目前西气输到东部的天然气门站 价格为 1.0～1.3 元/m3，用户零售价格为 1.1～1.8 元/m3，单位热值售价约为 0.22 元/m3，而 人工煤气未计财政补贴的单位热值售价约为 0.34～0.41 元/m 3。通过对比可以看出，天 然气在价格方面对煤气已经构成了很大的威胁； 二是在覆盖地域方面， 虽然目前天然气的供 气范围相对煤气还较小，但是随着“西气东输”“俄气南供”“近海气登陆”等国家重点工 、 、 程的实施，天然气管网将覆盖东北、华北、华南等地区，城市燃气中天然气的比重将会有较 大提高。 上述事实表明： 大中型焦化企业需要寻找新的焦炉煤气利用方式， 以便应对将来民用煤 气需求量的降低；小型焦化厂同样需要寻找合理的焦炉煤气利用方式，以便变废为宝，提高 企业效益，并满足国家及地方政府对环保的要求。
2 焦化尾气发电应用前景 焦化尾气发电应用前景
我国焦化厂数目众多，焦化厂的副产品——焦化尾气（煤气）资源十分丰富。采用内燃 机发电，一次性投资小，建站周期短，功率范围可根据焦化尾气产量的大小确定，并且搬迁 十分方便，这非常适合于中小型焦化厂。数台焦化尾气发电机组并车构成电站，可自成一个 小电网，也可并入大电网，同样能够满足大型焦化厂使用要求。正常情况下使用焦化尾气发 电驱动作业机械，当气源出现问题或焦化尾气发电机组需要检修时，可以使用原配套电网， 使生产、生活不受影响，降低生产成本，提高经济效益。因此内燃机组发电是目前解决焦化 尾气应用问题的一条好途径。 内燃机利用焦化尾气发电还具有以下特点： （1）建设周期短。正常条件下，采用内燃机建设一个总装机容量为 2000kW 的电站， 建设周期一般在 20 天左右。 （2）可以实现焦化厂安全

生产的双回路供电。利用焦化尾气发电，能够改善供电条件， 实现双回路供电，尤其对处于用电紧张地区的焦化厂，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。焦化尾气主要成分是甲烷、氢气、一氧化碳等，利用焦化尾气发 电不但可以变废为宝， 同时可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。焦化尾气发电机组体积小，占地面积小，基础建设投资少，电站能够 方便地移走。若采用撬装式电站，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。焦化厂可根据排放焦化尾气多少选择电站规模，焦化尾气 发电机组品种多，功率齐全。
3 焦炉煤气发电方案 焦炉煤气发电方案
3.1 焦炉煤气发电工艺 结合焦炉煤气利用现状， 提出利用大中功率内燃机发电机组进行焦炉煤气发电综合利用 的方案。焦炉煤气经过常规的降温、 脱硫、 脱焦油、 脱水处理， 直接被内燃机发电机组利用， 转化为电能驱动焦化厂内自身的用电设备， 多余的电能上网， 避免煤气排空。 有条件的单位， 可以将发动机的余热再利用，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%，为企业创造更可观的经济效益。 焦炉煤气发电工艺流程如图 1 所示。 3.2 焦炉煤气发电设备 图 1 焦炉煤气发电工艺流程 焦化尾气发动机以焦化尾气为燃料， 进气方式采用微电子控制技术， 可根据焦化尾气浓 度的变化对混合气空燃比进行自动调节， 并具有有效的防爆措施， 能够保证发动机始终处于 最佳工作状态。该发动机主要用来发电，也可以直接驱动工程机械。 焦化尾气发电机组主要采用下列技术： （1）空燃比电控混合技术： “电控混合器”是焦化尾气发电机组的核心部件，适用于气 体压力极低的场所，只要气体压力在 980Pa 以上即可，同时对燃气热值要求也降低了，热值 只要在 3780kJ 以上就可应用。 （2）预燃技术：预燃技术是指先由火花塞点燃预燃室的混合气，然后出现多个着火点， 引燃燃烧室的混合气。其优点是：降低排温，使排气温度降低 50～100℃；实现稀燃；用于 大缸径的发动机上，可以使燃烧更加充分。内置式预燃技术可将排温控制在 550℃左右，减 少缸盖等主要件的损耗，从而延长整机的使用寿命，同时降低气耗，功效提高 30%左右。 （3）数字式点火技术：该技术是由电控单元根据不同类型的燃气机或燃气机不同的工 况，从软件上调整点火能量和点火时间。此点火系统尤其适合多缸机型，可分别

调整每个缸 的点火能量和点火时间，使每个气缸都能在最佳状态下工作，发挥机器的最大能力，提高热 效率。 （4）增压中冷技术：采用电控混合器，空气与燃气在增压器前混合，然后经过增压器 增压，再经中冷器冷却后进入气缸。此种机型既提高了单机功率，又无需配置压缩机组。 （5）自动保护技术：发电机组控制屏具有过载、短路、欠压及逆功率等保护功能，远 传显示器与安装在发动机上的监控仪配合，可实时监控发动机冷却水温、机油温度及压力、 转速等，保证机组安全运行。 3.3 经济效益分析 目前，内燃机利用焦炉煤气发电已分别在山东、陕西等地焦化厂形成了一定的规模。焦 化尾气低热值约在 12600～16800kJ/m3，可发电 1.3kW.h/m3，每天放空量达到 10 万 m3 的 焦化厂，即可组建 4 台 1200GF 的燃气发电站（装机功率 4800kW） 。 建站投资包括：机组费用 1192 万元，基建费用 25 万元，电器费用 40 万元，冷却系统 费用 20 万元，安装费用 10 万元，其它不可预测费用 5 万元，合计 1292 万元。 年运行费用包括：人员费用：电站日常维护保养需要 10 人，每人每年按 1.2 万元计算， 合计为 12 万元；机油消耗：每台每年消耗机油 16000kg，价格为 6 元/ kg，总费用为 38.4 万元；配件及维修费用：每台机组 5 万元，合计为 20 万元；管理费用：10 万元；不可预测 费用：5 万元。合计：85.4 万元。 按 4 台机组运行计算，每台平均负荷 800kW，每年按 330 天正常运转（其余时间用作 维护保养） ，电价按每度 0.36 元计算，则：每年电费收入 912.3 万元；每年净收益 826.9 万 元；投资回收期 1.56 年。 通过上面的投资分析可知， 内燃机利用焦化尾气发电经济效益相当可观。 焦化尾气利用
是一项节能环保项目，根据国家有关能源政策和采取“多种气源、多种途径、因地制宜、合 理利用”的燃气发展方针，各地政府十分重视煤气产业，一些地方 政府也出台了煤气能 源利用的方针政策，利用焦炉煤气发电可免税，免交上网装备费，同网同价，满发满供等。 这些为该项目的实施提供了比较优越的外部条件。