高效焦化煤气发电技术

高效焦化气体发电技术作者：匿名2007/12/28 19336033611

频道：关键词：正文/中国能源网韩小平中国是世界上焦炭产量较大的国家，但每年在炼焦过程中都有大量的焦化气体被浪费掉。如果能积极利用这一资源，每年可节约数千万吨标准煤。焦化煤气发电是一种方便的综合利用方法。本文主要研究了相应的技术装备和应采取的配套政策。关键词：焦化煤气利用煤气发电和焦化煤气热电联产，浪费惊人，污染严重。中国是世界上较大的焦炭生产国，估计每年有2亿吨优质煤用于生产焦炭。据不完全统计，仅山西省，炼焦每年就消耗煤炭9000多万吨。虽然中国今年限制了焦炭出口，但预计全年总出口量仍将超过1300万吨，中国焦炭的出口量将直接影响世界市场。根据焦炉类型和煤质的不同阈值，每吨原煤转化为焦炭，可生产300 ~ 400立方米热值相当于1500 ~ 4500千卡/立方米的焦炉煤气。中国每年有600-800亿立方米的焦化气伴随着焦化，粗略估计相当于250-350亿立方米的天然气，超过西气东输工程的总量，相当于3000立方米。在目前生产焦炭的过程中，大多数项目不回收焦化气，焦化气要么通过火炬头排出，要么直接排放。它不仅造成了严重的资源浪费，而且对环境造成了巨大的污染。在山西、陕西和内蒙古的一些焦炭产区，空气污染已经达到了令人震惊和无法忍受的程度。空气中弥漫着令人窒息的烟雾和硫化氢的气味，导致当地呼吸道疾病的传播，肺癌的发病率不断上升，严重危及当地人民的健康，对社会稳定和经济持续发展构成巨大威胁。如何有效利用焦化伴生气资源是我国可持续发展的一个非常重要的问题。它不仅是为了控制环境污染，而且是为了节约资源，提高能源利用效率，解决当前电力和煤炭供应短缺，维护国民社会和经济的可持续发展。我国煤炭资源是在目前的技术经济门槛下开采的，生态环境容量允许有效供给的满载开采净有效量仅为1037亿吨，仅占1万亿吨探明储量的10%。中国煤炭资源供给的基本情况是总量充足，但有效供给能力明显不足。再加上人口因素，实际人均可用煤远低于世界平均水平。2003年，中国煤炭生产能力达到16亿吨，2002年超过14亿吨，预计2004年将超过17亿吨。根据预测，2020年中国将需要约29亿吨煤炭，根据工业煤炭联合会正在进行的规划研究，到2020年工业的较大煤炭产量将达到20.5~22.1吨。考虑到环境约束和其他限制门槛，专家预测，中国煤炭产量的较高峰值仅为25亿吨左右。按照目前的开采利用方式，山西的煤炭只能维持40年，而相关专家认为中国的煤炭资源只能维持60年左右。一方面是资源大量浪费，环境迅速恶化；另一方面，资源供应的时限正在接近。当我们的孩子守卫一片荒芜的土地时，他们将如何面对自己的未来？如果我们现在就行动，也许还能弥补。国务院发展研究中心建议，国家应将节约资源、保护环境和计划生育作为其“基本国策”。国务院主持的国家中长期能源发展规划也确立了“节能优先”的宗旨。为了实施这一决定，有必要有效地回收焦化气体。焦炉煤气发电的四种技术选择目前，焦炉煤气发电可用的设备主要是锅炉和汽轮机较传统的技术组合；

锅炉汽轮机：这是一项非常传统的技术，也是大家熟悉的工艺。它利用锅炉直接燃烧焦化气体，通过锅炉内的管束将气体的热能转化为蒸汽，驱动汽轮机带动发电机发电。系统主要设备有燃气燃烧器、锅炉、化学水系统、供水系统、汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、干式变压器和控制系统，工艺流程复杂。优点是：对燃气的要求比较低，只要燃气燃烧器能承受的燃气一般都能适应，燃气只需要有限的压力，所以燃气处理系统的投资比较简单；但缺点是：工艺复杂，建设周期长，再动起来困难，必须消耗大量水资源，占用大量土地，管理人员多，能源利用效率太低，一般不到20%。该技术曾是我国利用焦炉煤气的主要技术途径。它可以与燃煤电厂相结合，在燃煤锅炉中安装燃气燃烧器，来自焦化厂的焦化气体可以直接注入锅炉燃烧。这种方法较大的优点是能适应焦化厂间歇生产的特点，少气多煤无气，不会影响供电质量和容量。这项技术较大的限制是水。中国水资源极其短缺，尤其是山西、陕西、内蒙古等焦炭生产大省。甚至人和动物都很难喝水。要保证焦化气的利用，消耗大量的水资源几乎是不可能的。因此，要解决我国焦化瓦斯资源的综合利用，必须考虑其他更可行的技术方案。燃气内燃机：世界上第一台以燃气为燃料的内燃机。1876年，德国商人、机械分部的奥托发明了第一台以气体为燃料的四冲程内燃机。经过10年的不断改进，另一个德国机械分部“戴姆勒，奔驰之父”。本茨将这种四冲程发动机改进为汽油发动机，柴油发动机直到1895年才被发明。燃气内燃机的工作原理与汽车发动机基本相同，需要火花塞点火。由于内燃机气缸核心区域的工作温度可达1400，其效率大大超过汽轮机甚至燃气轮机。燃气内燃机的发电效率通常在30%到40%之间，这是比较常见的

型一般可以达到35％。燃气内燃机较突出的优点正是发电效率比较高，其次是设备集成度高，安装快捷，对于气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低。但是内燃机也有一些不足的地方，首先，内燃机燃烧低热值燃料时，机组出力明显下降，一台燃烧低热值8000大卡/立方米天然气燃料的500千瓦级燃气内燃发电机组，在使用低热值4000大卡/立方米的焦化煤气时，出力可能下降到350～400kW左右。此外，内燃机需要频繁更换机油和火花塞，消耗材料比较大，也影响到设备的可用性和可靠性两个主要设备利用指标，对设备利用率影响比较大，有时不得不采取增加发电机组台数的办法，来消除利用率低的影响。内燃机设备对焦化煤气中的水分子含量和硫化氢比较敏感，可能导致硫化氢和水形成硫酸腐蚀问题，需要采取一些必要措施加以克服。总之，内燃机是一种比较合适的技术选择，目前我国已经有几家厂家可以提供相应的机组，例如山东胜利油田胜利机械厂，已可以大量生产500千瓦级燃气内燃机，该机组已经在焦化煤气利用中起到了非常积极的作用。但是500千瓦级燃气内燃机只能在380V等级并网，无法大规模利用焦化煤气。国外的卡特彼勒和颜巴赫等公司也有相关技术和运行经验。燃气轮机：从工作原理上看，燃气轮机无疑是较适合焦化煤气利用的工艺技术。燃气轮机是从飞机喷气式发动机的技术演变而来的，它通过压气机涡轮将空气压缩，高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧，是空气急遽膨胀做功，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，可以利用热值比较低的燃料气体。国内已经有了不少成功的经验，国内较著名的一个案例是宝山钢铁公司采用原ABB公司（现阿尔斯通公司）的GT11燃气轮机利用热值仅有750大卡立方米高炉煤气的项目。燃气轮机比较适用于高含氢低热值和气体含杂质较多的劣质燃料，一些燃气轮机甚至使用原油和高硫渣油燃料。燃气轮机自身的发电效率不算很高，一般在30％～35％之间，但是产生的废热烟气温度高达450～550℃，可以通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽，驱动蒸汽轮机再发一次电，形成燃气轮机——蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到45~50，一些大型机组甚至可以超过55％。采用燃气轮机的优势相对比较多，首先是设备的可用性和可靠性都比较高，综合利用率一般可以保持在90％；其次，对于燃料的适应性比较强，含硫、含尘高一点问题都不大；再有就是发电出力一般不会减少，甚至因为燃料进气量增加而有所增加；此外，燃气轮机体积小功率大，比较适合再移动，便于转移运行现场，这对于存在一些不确定性的焦化厂项目的焦化煤气利用非常有利。但是，世上的事务有一利，必有一弊，没有十全十美的事情。燃气轮机进气压力比较大，越是发电效率高的机组燃料进气压力越高，因为焦化煤气本身没有什么压力，这就需要使用燃气压缩机，压缩燃气需要消耗大量的能量，影响到设备的实际输出功率，一些项目甚至需要消耗燃气轮机15~20的功率，对于联合循环项目可能影响10~15的输出功率；采用联合循环系统存在与蒸汽轮机相同的水资源条件要求，系统比较复杂，投资也比较大，同时搬迁也比较困难。燃气轮机在我国焦化煤气利用上已经有不少成功的尝试，焦化煤气在国际上主要规类为高氢燃料，国外公司在燃气轮机利用高氢燃料上都具有较多的经验，但是具体到焦化煤气上的经验都不太多，主要原因是国外炼焦工业一直处于不断萎缩，中小型焦化厂已经很少，而大多数焦炭来自大型联合化工企业，产生的焦炉煤气多用于化工产品的制造，所以焦化煤气发电项目十分有效。国内生产的燃气轮机主要是航空改型机组和引进技术组装生产的机组，航空改型主要以株洲和沈阳两大航空发动机制造企业为主，株洲采用涡轮螺旋桨发动机改进的燃气轮机更加适合焦化煤气燃料，目前石家庄焦化厂就是采用涡桨6发动机改进的机组。引进生产的燃气轮机除了“西气东输”工程中使用的F级燃气轮机外，主要是南京汽轮机厂引进GE6B型40兆瓦级燃气轮机，703所乌克兰25MW级燃气轮机和沈阳GE10型10MW级燃气轮机等，其中GE机组可以适应焦炉煤气。微型燃气轮机：研究焦化煤气发电就不得不涉及到微型燃气轮机技术，尽管微燃机目前还没有普及，但是未来它在这一行业的潜力将是非常巨大。微型燃气轮机的技术与其说是来自航空技术，不如说是来自汽车技术。微燃机采用了离心式涡轮设计，而不是目前燃气轮机普遍采用的轴流式涡轮，世界上较早的航空喷气式发动机和地面使用的燃气轮机都是采用这种设计，但是后来因为效率太低，所以没有能够继续采用。离心式涡轮可以将压气机和动力涡轮共同铸造在一个轮盘上，制造工艺简单，体积也比较小，后来，这一技术一直沿用在大型喷气式客机的启动发动电机上。该技术真正得到推广是因为汽车发动机采用废气涡轮进气增压技术而得到普及，它利用汽车发动机废气驱动一个离心式涡轮的动力叶片，利用铸造在另一侧的压气机涡轮给进入气缸的新鲜空气增压，通过增加气缸工质密度增加发动机出力，达到减少燃料和降低排放的作用，目前这一技术已经在汽车工业中广泛采用。将这一成熟技术再一次转回的发电技术是因为回热器技术的突破，早在上世纪70年代后期，工业国家因为经历了两次惨痛的能源危机之后，就开始致力于研发各种国家先进高效的能源利用技术，将燃气轮机高温烟气中的余热，直接加温经过压缩的功质空气，一方面可以回收能量，另一方面可以提高燃烧室燃烧的基础温度将大大提高燃气轮机的效率，目前采用这一技术美国索拉公司水星50小型燃气轮机组的发电效率从原型机27％的效率一下提高到38.5。将这一技术与简单的离心式涡轮组合的微型燃气轮机应运而生，而且很快得到了市场的高度青睐，现在市场上的微型燃气轮机的容量在28－250kW，正在研发400kW级的机组，已经将离心式涡轮12－16％的发电效率提高到26－34％，目前的计划是在2008年以前将发电效率突破40％。现在科学家们正在为其研发陶瓷转子，航天飞机上使用的陶瓷隔热瓦可以承受远远超过各种金属溶化温度的高温极限，并具有很大的强度，而且制造简单，加工成本低廉，能够适应各种燃料而不[1][2]下一页 来源：中国电力资料网