焦?fàn)t煤氣精處理方法的優(yōu)化方案

張曉凱，曹韋韋，張榮宇，李海英

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電(簡稱CCPP)是目前最為先進(jìn)、成熟的發(fā)電技術(shù)。以焦?fàn)t煤氣為燃料的航改型燃?xì)廨啓C發(fā)電為CCPP發(fā)電技術(shù)的一種，但要求進(jìn)燃機焦?fàn)t煤氣潔凈度非常高，經(jīng)過焦化車間凈化工序、焦?fàn)t煤氣精制裝置后仍無法滿足要求。目前我國現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣輕型燃?xì)廨啓C在投產(chǎn)初期，燃?xì)廨啓C的運行都遇到了焦油含量高的困擾，頻繁停機更換濾芯，原因即是焦?fàn)t煤氣中含有少量苯、萘、焦油等雜質(zhì)成分，這些雜質(zhì)在管道經(jīng)過過濾器時，流速降低，或焦?fàn)t煤氣溫度降低時，有一部分會冷凝析出堵塞燃機自帶的入口裝置濾芯。如何降低燃機入口焦?fàn)t煤氣中焦油含量成為燃機安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

1 目前焦?fàn)t煤氣精處理方法

針對燃機入口焦?fàn)t煤氣過濾器頻繁堵塞的情況，現(xiàn)有的處理方法都是在燃機焦?fàn)t煤氣過濾器前進(jìn)行整改，通過對精過濾器前焦?fàn)t煤氣冷卻、過濾、加熱脫除焦?fàn)t煤氣中的苯、萘、焦油等雜質(zhì)成分。

現(xiàn)有的技術(shù)方法一：

如圖1中所示為現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程圖，焦化工藝精制焦?fàn)t煤氣首先進(jìn)入壓縮機進(jìn)行四級壓縮，壓縮后的高溫焦?fàn)t煤氣經(jīng)冷卻、分離進(jìn)入過濾階段，主要包括粗過濾和精過濾兩個階段將煤氣中顆粒物脫除，最后進(jìn)入燃汽輪機。

圖1 焦?fàn)t煤氣精處理技術(shù)方法一

現(xiàn)有的技術(shù)方法二：

如圖2中所示的流程是基于圖1中的焦?fàn)t煤氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝流程發(fā)展起來的，其主要特點是在焦?fàn)t煤氣過濾后利用蒸汽對焦?fàn)t煤氣進(jìn)行加熱，使焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)保持氣態(tài)進(jìn)入燃機。

圖2 焦?fàn)t煤氣精處理技術(shù)方法二

2 現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣精處理方法優(yōu)缺點

圖1中的技術(shù)方案，利用了焦?fàn)t煤氣的物理特性對煤氣進(jìn)行凈化處理，但在設(shè)備運行中還是出現(xiàn)了精過濾器頻繁堵塞的現(xiàn)象。其主要原因是壓縮后的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過冷卻后溫度降低，雖然在冷卻后設(shè)置了氣水分離裝置，但由于分離后的煤氣溫度依舊保持在煤氣中苯、萘等雜質(zhì)的結(jié)晶露點以下，使得各雜質(zhì)繼續(xù)在管道中析出，從而導(dǎo)致焦?fàn)t煤氣精過濾器的頻繁堵塞。

圖2中的技術(shù)方案使得圖1中的煤氣凈化方案得到了改進(jìn)，通過這種改進(jìn)在實際運行中取得了一定的效果。但圖2中的技術(shù)方案系統(tǒng)能耗比較高，沒有對工藝過程中的余熱進(jìn)行有效利用。由于加壓后的高溫煤氣在氣水換熱器中直接與循環(huán)冷卻水進(jìn)行換熱，將熱量通過冷卻塔直接排至大氣環(huán)境中，一方面造成熱量的浪費，另一方面循環(huán)水在散熱過程中會損失一部分的水量，造成水資源浪費。

3 焦?fàn)t煤氣熱法精處理方案

針對目前存在的兩種焦?fàn)t煤氣精處理方法，現(xiàn)提出以下處理方案，如圖3所示。

圖3 焦?fàn)t煤氣熱法精處理方案

具體介質(zhì)流程如下：

首先，焦?fàn)t煤氣經(jīng)過煤氣壓縮機四級壓縮變?yōu)楦邷馗邏好簹膺M(jìn)入一級冷卻器1，在與凈化后的焦?fàn)t煤氣換熱后進(jìn)入二級冷卻器2進(jìn)行二次降溫，使得焦?fàn)t煤氣溫度降低到焦油、苯、萘等雜質(zhì)結(jié)晶溫度點以下。低溫焦?fàn)t煤氣進(jìn)入氣水分離器3首先脫除部分焦油和水分依次進(jìn)入過濾精度分別為5 μm、3 μm的一級過濾器4、二級過濾器5將結(jié)晶的苯、萘等雜質(zhì)脫除變?yōu)閮艋範(fàn)t煤氣。在一級冷卻器1后增設(shè)蒸汽加熱器6，利用蒸汽對焦?fàn)t煤氣進(jìn)行二次加熱，通過調(diào)整設(shè)備入口蒸汽流量，使得焦?fàn)t煤氣溫度保持在焦油、苯、萘等雜質(zhì)結(jié)晶露點溫度以上，保證過濾以后的焦?fàn)t煤氣中的雜質(zhì)在進(jìn)入燃機前不再結(jié)晶析出。

這種焦?fàn)t煤氣精處理方法優(yōu)化方案最大限度地利用了煤氣壓縮機后的焦?fàn)t煤氣余熱，用高溫未凈化焦?fàn)t煤氣加熱凈化后的焦?fàn)t煤氣，減少冷卻水量消耗的同時也降低了蒸汽加熱器蒸汽量的消耗。

以一臺20000 m3/h焦?fàn)t煤氣壓縮機為例，壓縮機入口焦?fàn)t煤氣溫度40℃，經(jīng)過四級壓縮后焦?fàn)t煤氣溫度120℃，一級冷卻器凈化焦?fàn)t煤氣入口溫度40℃，出口100℃，焦?fàn)t煤氣定壓比熱容Cp=11 kJ/kg℃，密度 ρ=0.4 kg/m3。

一級冷卻器換熱量：

式中，M——質(zhì)量流量，kg/h；

Cp——定壓比熱容，kJ/kg℃；

T1——焦?fàn)t煤氣進(jìn)口溫度，℃；

T2——焦?fàn)t煤氣出口溫度，℃；

通過計算，節(jié)約標(biāo)煤約180 kg/h。

5 結(jié)語

通過對當(dāng)前輕型燃機入口焦?fàn)t煤氣精處理方法的對比分析，提出了一種優(yōu)化的方案，相較于原來的焦?fàn)t煤氣精處理方法，本優(yōu)化方案的優(yōu)勢在于利用焦?fàn)t煤氣自身熱量，既節(jié)水又節(jié)能，對今后的焦?fàn)t煤氣凈化工藝有一定的指導(dǎo)意義。