高效焦化煤氣發(fā)電技術(shù)

高效焦化氣體發(fā)電技術(shù)作者：匿名2007/12/28 19336033611

頻道：關(guān)鍵詞：正文/中國能源網(wǎng)韓小平中國是世界上焦炭產(chǎn)量較大的國家，但每年在煉焦過(guò)程中都有大量的焦化氣體被浪費掉。如果能積極利用這一資源，每年可節約數千萬(wàn)噸標準煤。焦化煤氣發(fā)電是一種方便的綜合利用方法。本文主要研究了相應的技術(shù)裝備和應采取的配套政策。關(guān)鍵詞：焦化煤氣利用煤氣發(fā)電和焦化煤氣熱電聯(lián)產(chǎn)，浪費驚人，污染嚴重。中國是世界上較大的焦炭生產(chǎn)國，估計每年有2億噸優(yōu)質(zhì)煤用于生產(chǎn)焦炭。據不完全統計，僅山西省，煉焦每年就消耗煤炭9000多萬(wàn)噸。雖然中國今年限制了焦炭出口，但預計全年總出口量仍將超過(guò)1300萬(wàn)噸，中國焦炭的出口量將直接影響世界市場(chǎng)。根據焦爐類(lèi)型和煤質(zhì)的不同閾值，每噸原煤轉化為焦炭，可生產(chǎn)300 ~ 400立方米熱值相當于1500 ~ 4500千卡/立方米的焦爐煤氣。中國每年有600-800億立方米的焦化氣伴隨著(zhù)焦化，粗略估計相當于250-350億立方米的天然氣，超過(guò)西氣東輸工程的總量，相當于3000立方米。在目前生產(chǎn)焦炭的過(guò)程中，大多數項目不回收焦化氣，焦化氣要么通過(guò)火炬頭排出，要么直接排放。它不僅造成了嚴重的資源浪費，而且對環(huán)境造成了巨大的污染。在山西、陜西和內蒙古的一些焦炭產(chǎn)區，空氣污染已經(jīng)達到了令人震驚和無(wú)法忍受的程度?？諝庵袕浡?zhù)令人窒息的煙霧和硫化氫的氣味，導致當地呼吸道疾病的傳播，肺癌的發(fā)病率不斷上升，嚴重危及當地人民的健康，對社會(huì )穩定和經(jīng)濟持續發(fā)展構成巨大威脅。如何有效利用焦化伴生氣資源是我國可持續發(fā)展的一個(gè)非常重要的問(wèn)題。它不僅是為了控制環(huán)境污染，而且是為了節約資源，提高能源利用效率，解決當前電力和煤炭供應短缺，維護國民社會(huì )和經(jīng)濟的可持續發(fā)展。我國煤炭資源是在目前的技術(shù)經(jīng)濟門(mén)檻下開(kāi)采的，生態(tài)環(huán)境容量允許有效供給的滿(mǎn)載開(kāi)采凈有效量?jì)H為1037億噸，僅占1萬(wàn)億噸探明儲量的10%。中國煤炭資源供給的基本情況是總量充足，但有效供給能力明顯不足。再加上人口因素，實(shí)際人均可用煤遠低于世界平均水平。2003年，中國煤炭生產(chǎn)能力達到16億噸，2002年超過(guò)14億噸，預計2004年將超過(guò)17億噸。根據預測，2020年中國將需要約29億噸煤炭，根據工業(yè)煤炭聯(lián)合會(huì )正在進(jìn)行的規劃研究，到2020年工業(yè)的較大煤炭產(chǎn)量將達到20.5~22.1噸?？紤]到環(huán)境約束和其他限制門(mén)檻，專(zhuān)家預測，中國煤炭產(chǎn)量的較高峰值僅為25億噸左右。按照目前的開(kāi)采利用方式，山西的煤炭只能維持40年，而相關(guān)專(zhuān)家認為中國的煤炭資源只能維持60年左右。一方面是資源大量浪費，環(huán)境迅速惡化；另一方面，資源供應的時(shí)限正在接近。當我們的孩子守衛一片荒蕪的土地時(shí)，他們將如何面對自己的未來(lái)？如果我們現在就行動(dòng)，也許還能彌補。國務(wù)院發(fā)展研究中心建議，國家應將節約資源、保護環(huán)境和計劃生育作為其“基本國策”。國務(wù)院主持的國家中長(cháng)期能源發(fā)展規劃也確立了“節能優(yōu)先”的宗旨。為了實(shí)施這一決定，有必要有效地回收焦化氣體。焦爐煤氣發(fā)電的四種技術(shù)選擇目前，焦爐煤氣發(fā)電可用的設備主要是鍋爐和汽輪機較傳統的技術(shù)組合；

鍋爐汽輪機：這是一項非常傳統的技術(shù)，也是大家熟悉的工藝。它利用鍋爐直接燃燒焦化氣體，通過(guò)鍋爐內的管束將氣體的熱能轉化為蒸汽，驅動(dòng)汽輪機帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。系統主要設備有燃氣燃燒器、鍋爐、化學(xué)水系統、供水系統、汽輪機、冷凝器、冷卻塔、發(fā)動(dòng)機、干式變壓器和控制系統，工藝流程復雜。優(yōu)點(diǎn)是：對燃氣的要求比較低，只要燃氣燃燒器能承受的燃氣一般都能適應，燃氣只需要有限的壓力，所以燃氣處理系統的投資比較簡(jiǎn)單；但缺點(diǎn)是：工藝復雜，建設周期長(cháng)，再動(dòng)起來(lái)困難，必須消耗大量水資源，占用大量土地，管理人員多，能源利用效率太低，一般不到20%。該技術(shù)曾是我國利用焦爐煤氣的主要技術(shù)途徑。它可以與燃煤電廠(chǎng)相結合，在燃煤鍋爐中安裝燃氣燃燒器，來(lái)自焦化廠(chǎng)的焦化氣體可以直接注入鍋爐燃燒。這種方法較大的優(yōu)點(diǎn)是能適應焦化廠(chǎng)間歇生產(chǎn)的特點(diǎn)，少氣多煤無(wú)氣，不會(huì )影響供電質(zhì)量和容量。這項技術(shù)較大的限制是水。中國水資源極其短缺，尤其是山西、陜西、內蒙古等焦炭生產(chǎn)大省。甚至人和動(dòng)物都很難喝水。要保證焦化氣的利用，消耗大量的水資源幾乎是不可能的。因此，要解決我國焦化瓦斯資源的綜合利用，必須考慮其他更可行的技術(shù)方案。燃氣內燃機：世界上第一臺以燃氣為燃料的內燃機。1876年，德國商人、機械分部的奧托發(fā)明了第一臺以氣體為燃料的四沖程內燃機。經(jīng)過(guò)10年的不斷改進(jìn)，另一個(gè)德國機械分部“戴姆勒，奔馳之父”。本茨將這種四沖程發(fā)動(dòng)機改進(jìn)為汽油發(fā)動(dòng)機，柴油發(fā)動(dòng)機直到1895年才被發(fā)明。燃氣內燃機的工作原理與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機基本相同，需要火花塞點(diǎn)火。由于內燃機氣缸核心區域的工作溫度可達1400，其效率大大超過(guò)汽輪機甚至燃氣輪機。燃氣內燃機的發(fā)電效率通常在30%到40%之間，這是比較常見(jiàn)的

型一般可以達到35％。燃氣內燃機較突出的優(yōu)點(diǎn)正是發(fā)電效率比較高，其次是設備集成度高，安裝快捷，對于氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設備的單位千瓦造價(jià)也比較低。但是內燃機也有一些不足的地方，首先，內燃機燃燒低熱值燃料時(shí)，機組出力明顯下降，一臺燃燒低熱值8000大卡/立方米天然氣燃料的500千瓦級燃氣內燃發(fā)電機組，在使用低熱值4000大卡/立方米的焦化煤氣時(shí)，出力可能下降到350～400kW左右。此外，內燃機需要頻繁更換機油和火花塞，消耗材料比較大，也影響到設備的可用性和可靠性?xún)蓚€(gè)主要設備利用指標，對設備利用率影響比較大，有時(shí)不得不采取增加發(fā)電機組臺數的辦法，來(lái)消除利用率低的影響。內燃機設備對焦化煤氣中的水分子含量和硫化氫比較敏感，可能導致硫化氫和水形成硫酸腐蝕問(wèn)題，需要采取一些必要措施加以克服?？傊?，內燃機是一種比較合適的技術(shù)選擇，目前我國已經(jīng)有幾家廠(chǎng)家可以提供相應的機組，例如山東勝利油田勝利機械廠(chǎng)，已可以大量生產(chǎn)500千瓦級燃氣內燃機，該機組已經(jīng)在焦化煤氣利用中起到了非常積極的作用。但是500千瓦級燃氣內燃機只能在380V等級并網(wǎng)，無(wú)法大規模利用焦化煤氣。國外的卡特彼勒和顏巴赫等公司也有相關(guān)技術(shù)和運行經(jīng)驗。燃氣輪機：從工作原理上看，燃氣輪機無(wú)疑是較適合焦化煤氣利用的工藝技術(shù)。燃氣輪機是從飛機噴氣式發(fā)動(dòng)機的技術(shù)演變而來(lái)的，它通過(guò)壓氣機渦輪將空氣壓縮，高壓空氣在燃燒室與燃料混合燃燒，是空氣急遽膨脹做功，推動(dòng)動(dòng)力渦輪旋轉做功驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，因為是旋轉持續做功，可以利用熱值比較低的燃料氣體。國內已經(jīng)有了不少成功的經(jīng)驗，國內較著(zhù)名的一個(gè)案例是寶山鋼鐵公司采用原ABB公司（現阿爾斯通公司）的GT11燃氣輪機利用熱值僅有750大卡立方米高爐煤氣的項目。燃氣輪機比較適用于高含氫低熱值和氣體含雜質(zhì)較多的劣質(zhì)燃料，一些燃氣輪機甚至使用原油和高硫渣油燃料。燃氣輪機自身的發(fā)電效率不算很高，一般在30％～35％之間，但是產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達450～550℃，可以通過(guò)余熱鍋爐再次回收熱能轉換蒸汽，驅動(dòng)蒸汽輪機再發(fā)一次電，形成燃氣輪機——蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率可以達到45~50，一些大型機組甚至可以超過(guò)55％。采用燃氣輪機的優(yōu)勢相對比較多，首先是設備的可用性和可靠性都比較高，綜合利用率一般可以保持在90％；其次，對于燃料的適應性比較強，含硫、含塵高一點(diǎn)問(wèn)題都不大；再有就是發(fā)電出力一般不會(huì )減少，甚至因為燃料進(jìn)氣量增加而有所增加；此外，燃氣輪機體積小功率大，比較適合再移動(dòng)，便于轉移運行現場(chǎng)，這對于存在一些不確定性的焦化廠(chǎng)項目的焦化煤氣利用非常有利。但是，世上的事務(wù)有一利，必有一弊，沒(méi)有十全十美的事情。燃氣輪機進(jìn)氣壓力比較大，越是發(fā)電效率高的機組燃料進(jìn)氣壓力越高，因為焦化煤氣本身沒(méi)有什么壓力，這就需要使用燃氣壓縮機，壓縮燃氣需要消耗大量的能量，影響到設備的實(shí)際輸出功率，一些項目甚至需要消耗燃氣輪機15~20的功率，對于聯(lián)合循環(huán)項目可能影響10~15的輸出功率；采用聯(lián)合循環(huán)系統存在與蒸汽輪機相同的水資源條件要求，系統比較復雜，投資也比較大，同時(shí)搬遷也比較困難。燃氣輪機在我國焦化煤氣利用上已經(jīng)有不少成功的嘗試，焦化煤氣在國際上主要規類(lèi)為高氫燃料，國外公司在燃氣輪機利用高氫燃料上都具有較多的經(jīng)驗，但是具體到焦化煤氣上的經(jīng)驗都不太多，主要原因是國外煉焦工業(yè)一直處于不斷萎縮，中小型焦化廠(chǎng)已經(jīng)很少，而大多數焦炭來(lái)自大型聯(lián)合化工企業(yè)，產(chǎn)生的焦爐煤氣多用于化工產(chǎn)品的制造，所以焦化煤氣發(fā)電項目十分有效。國內生產(chǎn)的燃氣輪機主要是航空改型機組和引進(jìn)技術(shù)組裝生產(chǎn)的機組，航空改型主要以株洲和沈陽(yáng)兩大航空發(fā)動(dòng)機制造企業(yè)為主，株洲采用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機改進(jìn)的燃氣輪機更加適合焦化煤氣燃料，目前石家莊焦化廠(chǎng)就是采用渦槳6發(fā)動(dòng)機改進(jìn)的機組。引進(jìn)生產(chǎn)的燃氣輪機除了“西氣東輸”工程中使用的F級燃氣輪機外，主要是南京汽輪機廠(chǎng)引進(jìn)GE6B型40兆瓦級燃氣輪機，703所烏克蘭25MW級燃氣輪機和沈陽(yáng)GE10型10MW級燃氣輪機等，其中GE機組可以適應焦爐煤氣。微型燃氣輪機：研究焦化煤氣發(fā)電就不得不涉及到微型燃氣輪機技術(shù)，盡管微燃機目前還沒(méi)有普及，但是未來(lái)它在這一行業(yè)的潛力將是非常巨大。微型燃氣輪機的技術(shù)與其說(shuō)是來(lái)自航空技術(shù)，不如說(shuō)是來(lái)自汽車(chē)技術(shù)。微燃機采用了離心式渦輪設計，而不是目前燃氣輪機普遍采用的軸流式渦輪，世界上較早的航空噴氣式發(fā)動(dòng)機和地面使用的燃氣輪機都是采用這種設計，但是后來(lái)因為效率太低，所以沒(méi)有能夠繼續采用。離心式渦輪可以將壓氣機和動(dòng)力渦輪共同鑄造在一個(gè)輪盤(pán)上，制造工藝簡(jiǎn)單，體積也比較小，后來(lái)，這一技術(shù)一直沿用在大型噴氣式客機的啟動(dòng)發(fā)動(dòng)電機上。該技術(shù)真正得到推廣是因為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機采用廢氣渦輪進(jìn)氣增壓技術(shù)而得到普及，它利用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機廢氣驅動(dòng)一個(gè)離心式渦輪的動(dòng)力葉片，利用鑄造在另一側的壓氣機渦輪給進(jìn)入氣缸的新鮮空氣增壓，通過(guò)增加氣缸工質(zhì)密度增加發(fā)動(dòng)機出力，達到減少燃料和降低排放的作用，目前這一技術(shù)已經(jīng)在汽車(chē)工業(yè)中廣泛采用。將這一成熟技術(shù)再一次轉回的發(fā)電技術(shù)是因為回熱器技術(shù)的突破，早在上世紀70年代后期，工業(yè)國家因為經(jīng)歷了兩次慘痛的能源危機之后，就開(kāi)始致力于研發(fā)各種國家先進(jìn)高效的能源利用技術(shù)，將燃氣輪機高溫煙氣中的余熱，直接加溫經(jīng)過(guò)壓縮的功質(zhì)空氣，一方面可以回收能量，另一方面可以提高燃燒室燃燒的基礎溫度將大大提高燃氣輪機的效率，目前采用這一技術(shù)美國索拉公司水星50小型燃氣輪機組的發(fā)電效率從原型機27％的效率一下提高到38.5。將這一技術(shù)與簡(jiǎn)單的離心式渦輪組合的微型燃氣輪機應運而生，而且很快得到了市場(chǎng)的高度青睞，現在市場(chǎng)上的微型燃氣輪機的容量在28－250kW，正在研發(fā)400kW級的機組，已經(jīng)將離心式渦輪12－16％的發(fā)電效率提高到26－34％，目前的計劃是在2008年以前將發(fā)電效率突破40％?，F在科學(xué)家們正在為其研發(fā)陶瓷轉子，航天飛機上使用的陶瓷隔熱瓦可以承受遠遠超過(guò)各種金屬溶化溫度的高溫極限，并具有很大的強度，而且制造簡(jiǎn)單，加工成本低廉，能夠適應各種燃料而不[1][2]下一頁(yè) 來(lái)源：中國電力資料網(wǎng)