熱電冷聯(lián)產(chǎn)在焦化廠的高效應(yīng)用

趙承繼

(山西煤鋼聯(lián) 正智煤化有限公司，山西 臨汾 041200)

山西煤鋼聯(lián)正智煤化有限公司一焦化廠60萬t焦化項目配套城市煤氣凈化工藝，擔(dān)負居民生活用城市煤氣的供應(yīng)。每日除焦?fàn)t生產(chǎn)自用回爐煤氣和居民用城市煤氣外，該廠有30～35萬m3的裕量煤氣，根據(jù)環(huán)保要求必須實現(xiàn)零排放，如將剩余煤氣進行深加工建設(shè)甲醇項目等不成規(guī)模，沒有效益。本文結(jié)合焦化生產(chǎn)對蒸汽的需求，提出建設(shè)熱電冷聯(lián)產(chǎn)項目。

熱電冷聯(lián)產(chǎn)是指以燃氣為能源，能同時滿足區(qū)域內(nèi)的熱(冷)、電需求的一種能源供應(yīng)系統(tǒng)，通常由發(fā)電機組、換熱設(shè)備和吸收式冷(熱)水機組組成。熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)將高品位能源用于發(fā)電，發(fā)電機組排放的低品位能源(煙氣余熱、熱水余熱)用于供熱或制冷，實現(xiàn)能源的梯級利用，提高能源的綜合利用率。熱電冷聯(lián)系統(tǒng)具備環(huán)保、安全、節(jié)能、高效、系統(tǒng)靈活、啟動便捷等特點。

1 熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案的對比選擇

根據(jù)該廠的實際情況，熱電冷聯(lián)產(chǎn)項目有兩種方案。

1)方案一：燃煤氣鍋爐產(chǎn)制蒸汽推動汽輪機組進行發(fā)電，同時滿足生產(chǎn)用蒸汽。

根據(jù)該公司情況可建2×50 t/h，3.82 MPa，450℃中溫中壓燃氣鍋爐，配置2臺6 000 kW抽凝汽空冷機組。正常運行方式為二爐二機，汽機抽0.981 MPa，310℃，經(jīng)減溫供生產(chǎn)、生活使用，同時發(fā)電 12.0×103kW/h。

這是常規(guī)電站模式，主要設(shè)備是燃氣燃燒器、鍋爐本體、化學(xué)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽輪機、冷凝器、冷卻塔、發(fā)電機、變壓器和控制系統(tǒng)，工藝流程比較復(fù)雜。

優(yōu)點：對于燃料氣體要求比較低，燃氣燃燒器要求煤氣只需要有限的壓力，因而煤氣處理系統(tǒng)投資比較簡單，電站的運行、維修、管理等均有成熟經(jīng)驗，單位投資約 5 000元/kW。

缺點：工藝復(fù)雜，機組占地面積大，建設(shè)周期比較長，永久性基礎(chǔ)，難以再移動；鍋爐蒸發(fā)量大，化水處理規(guī)模較大；水消耗量大，機組需要的冷卻水循環(huán)量約2 200 t(損失消耗量約為 64 t/h)；機組啟動較慢，約需 4 h以上，且低負荷運行對機組效率影響大。

2)方案二：燃氣輪機燃燒煤氣發(fā)電，外排煙氣通過配套余熱鍋爐產(chǎn)制蒸汽，滿足焦化生產(chǎn)需求。

根據(jù)城市煤氣裕量采用美國索拉公司大力神130機組和金牛60兩臺燃氣輪機發(fā)電，配套2臺余熱鍋爐總產(chǎn)蒸汽量為0.8 MPa、170℃、1臺24t/h，1臺11 t/h。該電站可發(fā)電18.612×103kW/h。

優(yōu)點：裝機容量達 19 MW，熱效率為 59.8％以上(含外供蒸汽)，項目投資少(4 600元/kW)、電站建設(shè)周期短；機組結(jié)構(gòu)簡單、啟動迅速、運行穩(wěn)定、故障率低、維修工作量小、自動化程度高；設(shè)備小巧，功率密度大，占地面積小，機組能實現(xiàn)孤網(wǎng)運行；水消耗量小，機組需要的冷卻水循環(huán)量約為 60 t/h。

缺點：燃氣輪機發(fā)電機組需按制造廠家要求進行定期的維護檢查工作，燃氣輪機大修需返廠或替換式維修；燃料進氣壓力要求高，需增設(shè)煤氣壓縮機組裝置。

從技術(shù)先進性、節(jié)能高效、經(jīng)濟效益分析選擇方案二較為適宜，即裕量城市煤氣經(jīng)加壓后供燃氣輪機燃燒，直拖發(fā)電機組發(fā)電，燃氣輪機高溫尾氣經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，蒸汽滿足焦化生產(chǎn)需求，夏季蒸汽需求量減少，可經(jīng)蒸汽型溴化鋰冷水機組提供制冷，形成熱電冷聯(lián)產(chǎn)項目。

2 燃氣輪機熱電冷聯(lián)產(chǎn)項目效益分析

項目總投資概算9 200萬元，包括燃氣輪機發(fā)電機組、余熱鍋爐、煤氣過濾處理設(shè)施、軟水處理系統(tǒng)等所有配套設(shè)備及工程。每年的運行費用6 962萬元，產(chǎn)品收益8 057萬元，凈收益1 095萬元(不含夏季制冷量)，投資回收期為8.4年。項目情況見表1。

綜上分析，焦化廠實現(xiàn)零排放，剩余煤氣量按0.5元/m3回收核算，發(fā)電機組容量達18 612 kW，同時提供滿足生產(chǎn)需求的蒸汽，提升產(chǎn)品價值的情況下達到效益最大化。

表1項目情況表

3 熱電冷聯(lián)產(chǎn)項目概況

采用美國索拉公司大力神130機組和金牛60兩臺燃氣輪機發(fā)電，分別配套24 t余熱鍋爐和11 t鍋爐產(chǎn)生0.8 MPa蒸汽。同時選用蒸汽型溴化鋰冷水機組2臺, 用低壓蒸汽作為冷水機組的熱源，可滿足用冷量需要，形成熱電冷聯(lián)產(chǎn)。工藝流程示意圖見圖1。

圖1 工藝流程示意圖

1)工作原理。

凈化合格的焦?fàn)t煤氣干法脫硫后，煤氣中的 H2S 含量低于20 mg/Nm3，經(jīng)煤氣壓縮機增壓至2.5 MPa，且調(diào)節(jié)壓縮機后冷卻器和壓縮機旁通回路，滿足燃機對燃料溫度(≤70℃)、壓力(2.16～2.45 MPa)和流量的使用要求，管道輸送至燃氣輪機配有過濾和計量裝置的燃料系統(tǒng)中。

燃氣輪機軸流式壓氣機從外部吸收空氣,壓縮后送入燃燒室,同時高壓煤氣也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合,在受控方式下進行定壓燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入透平膨脹做功,推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn),從而使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功,轉(zhuǎn)子的大部分做功(現(xiàn)時情況下約2/3)用于驅(qū)動壓氣機,另約 1/3 的功率被輸出用來驅(qū)動發(fā)電機。透平出來的煙氣溫度大約 500 ℃,2臺燃氣輪機可產(chǎn)生尾氣流量24 kg/h，利用余熱鍋爐進行熱交換產(chǎn)制蒸汽。夏季生產(chǎn)用剩余蒸汽通過溴化鋰冷水機組，提供冷卻量，便于生產(chǎn)與生活使用。

2)噪音防治。

燃氣輪機的噪聲主要為燃機進氣、排氣和機械運動所產(chǎn)生的噪聲，在燃機的進、出氣口設(shè)置有消聲器，機組為集裝箱式成撬安裝，帶有箱裝體消除機械噪聲。煤氣壓縮機設(shè)置隔噪消音裝置，工業(yè)廠房采取了降噪措施。

3)污染物控制。

熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)采用供城市用戶使用的剩余城市煤氣作為能源，而城市煤氣已經(jīng)凈化處理，脫除了焦?fàn)t煤氣中的硫化氫、焦油、苯、萘等化學(xué)成分，燃燒排放物對環(huán)境無污染，滿足GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》。塵含量≤20 mg/m3,NOx≤315×10-6。

4)事故風(fēng)險、檢測手段與防范措施。

考慮焦?fàn)t煤氣應(yīng)用安全特殊性，設(shè)備本身有一套高氫燃料的安全操作指南，具有氫氣探測系統(tǒng)、氮氣吹掃系統(tǒng)，增加橇內(nèi)通風(fēng)流量，如有氫氣泄漏，盡可能地淡化氫氣殘留；以柴油作燃料，停車前一刻或停車過程中用氮氣吹掃；以焦?fàn)t煤氣為燃料，緊急停車前一刻或緊急停車過程中用氮氣吹掃；使用柴油啟動或加速，加載到300 kW時切換成焦?fàn)t煤氣；停車前換回柴油系統(tǒng)；通風(fēng)失效時關(guān)停燃機系統(tǒng)；煤氣泄漏檢測；所有保護均在系統(tǒng)控制中自動運行，保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全、可靠、高效運行。

4 結(jié)束語

采用熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，充分利用裕量煤氣，在實現(xiàn)最大發(fā)電量的情況下，滿足了焦化生產(chǎn)的蒸汽需求，同時蒸汽又可制冷，形成能源轉(zhuǎn)換最大收益化，符合國家產(chǎn)業(yè)節(jié)能政策，同時設(shè)備的可用性和可靠性較高，綜合利用率一般可保持在 90％以上，值得推廣應(yīng)用。

參 考 文 獻

[1]焦樹建.燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000：21-23.