利用內(nèi)燃機實現(xiàn)焦化尾氣發(fā)電的工程應用

利用內(nèi)燃機實現(xiàn)焦化尾氣發(fā)電的工程應用

【摘要】首先介紹了焦化尾氣通過內(nèi)燃機發(fā)電的工藝流程，結(jié)合工程案例，對項目的系統(tǒng)配置及裝機方案進行了介紹，通過熱、電、冷三聯(lián)供模式，內(nèi)燃機發(fā)電系統(tǒng)綜合能源利用率達70%以上。焦化尾氣通過內(nèi)燃機組發(fā)電，具有建設周期短、初期投資小、投資回收期短、搬遷方便等諸多優(yōu)點。本文結(jié)合工程案例，為焦化尾氣發(fā)電的工程實踐提供了參考。【關鍵詞】焦化尾氣；發(fā)電系統(tǒng)；內(nèi)燃機；資源利用1引言國內(nèi)焦化廠數(shù)量較多，焦化廠的副產(chǎn)品—焦化尾氣資源豐富，焦化尾氣主要成分是甲烷、氫氣、一氧化碳等，將焦化尾氣進行回收利用，既可減少尾氣排空燃燒對大氣的污染，又可實現(xiàn)資源再利用，變廢為寶。將焦化尾氣進行發(fā)電是一種重要的回收利用方式，焦化尾氣發(fā)電主要有三種模式：（1）焦化尾氣通過燃氣鍋爐燃燒后產(chǎn)生蒸汽進入汽輪機發(fā)電；（2）焦化尾氣進入燃氣輪機發(fā)電；（3）焦化尾氣進入內(nèi)燃機發(fā)電。焦化尾氣采用內(nèi)燃機發(fā)電，初期投資小，建設周期短，裝機規(guī)?？筛鶕?jù)焦化尾氣產(chǎn)量靈活選擇，并且搬遷方便，適合于中小型焦化廠。多臺焦化尾氣發(fā)電機組通過集成，可自成一個小電網(wǎng)，供焦化企業(yè)自用，也可并入大電網(wǎng)，通過電能外送實現(xiàn)經(jīng)濟效益。燃氣內(nèi)燃發(fā)電機技術成熟，國際上知名制造商有GE公司、卡特比勒公司、瓦克夏公司、MWM公司、瓦錫蘭公司、康明斯公司等，這些廠家的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，均有大量的應用案例[1]。2工藝系統(tǒng)焦爐尾氣經(jīng)過降溫、脫硫、脫焦油、脫水處理后，直接被內(nèi)燃機發(fā)電機組利用，轉(zhuǎn)化為電能，除供企業(yè)自身設備用電外，多余的電能可上網(wǎng)。除發(fā)電外，用戶還可以將發(fā)動機及煙氣的余熱再利用，為焦化企業(yè)提供熱水、蒸汽、冷負荷等，通過熱、電、冷聯(lián)供方式實現(xiàn)資源的梯級利用[2]。焦化尾氣發(fā)電工藝流程如圖1所示。圖1焦化尾氣發(fā)電工藝流程2.1進氣系統(tǒng)焦爐煙道排出的尾氣需要經(jīng)過一系列凈化處理，合格的燃氣通過管線輸送到內(nèi)燃機進行發(fā)電。除輸送管線外，進氣系統(tǒng)還包括一系列保護、控制設備，進氣系統(tǒng)具體流程為：荒煤氣→凈化系統(tǒng)→潔凈煤氣→煤氣管道→蝶閥→汽水分離器→球閥→電磁閥→阻火器→緊急切斷電磁閥→進內(nèi)燃機組。2.2冷卻系統(tǒng)焦化尾氣發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)分為高、低溫兩個循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)通過換熱器進行熱量回收。高溫循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）主要作用是冷卻內(nèi)燃機機體、缸套、氣缸蓋等部件，內(nèi)循環(huán)水通常采用軟化水或防凍液。低溫循環(huán)（外循環(huán)）主要作用是冷卻機組的潤滑油和高溫循環(huán)冷卻水，外循環(huán)冷卻水通常使用工業(yè)水，工業(yè)水通過機械通風冷卻塔冷卻。2.3啟動系統(tǒng)機組通常采用壓縮空氣啟動，啟動系統(tǒng)主要包括壓縮空氣瓶、電磁閥、主起動閥、空氣分配器等。具體工藝流程為：空壓機→壓縮空氣儲氣罐→截止閥→壓縮空氣管路→進內(nèi)燃機組。2.4排氣系統(tǒng)高溫煙氣從機組排氣口排出至大氣環(huán)境，通常情況下機組排煙溫度高達550℃。排氣系統(tǒng)包括波紋膨脹節(jié)、排氣煙管、消音器等。為避免特殊工況下管道阻力過高而損壞煙氣余熱回收裝置，通常在排煙管道上裝設防爆閥泄壓。2.5燃氣監(jiān)測報警系統(tǒng)燃氣監(jiān)測報警系統(tǒng)主要監(jiān)測廠房內(nèi)H2和CO的濃度，通過設置報警值實現(xiàn)聲光報警和報警信息的遠程傳送。該系統(tǒng)同時可連鎖燃氣管路緊急切斷閥、機房通風裝置等，從而保證運行現(xiàn)場的安全。3裝機方案以某焦化廠為例，廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)設有一座6000Nm3的煤氣儲氣柜，最大供氣壓力為10kPa，可用于發(fā)電的焦化尾氣量約4000Nm3/h，尾氣低位發(fā)熱值4200kcal/Nm3。經(jīng)熱力計算，選用國產(chǎn)“淄柴”牌500kW（10.5kV/50Hz）高壓高氫燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組12套，總裝機容量為6MW。表1焦化尾氣成分序號名稱符號單位體積比1氧氣O2%0.62氫氣H2%46.13一氧化碳CO%7.04氮氣N2%10.45二氧化碳CO2%4.46甲烷CH4%29.57C2以上不飽和烴CnHm%2.0（1）余熱回收裝置燃氣內(nèi)燃機組余熱回收主要包括三部分：第一部分為機組排煙余熱，燃氣發(fā)電機組產(chǎn)生的高溫煙氣（約550℃），通過在尾部煙道加裝余熱回收裝置進行熱量回收，通過換熱器將煙氣熱量轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水，蒸汽用于廠區(qū)工藝用汽，熱水用于溴化鋰機組制冷。經(jīng)熱力計算，額定工況下單臺機組（500KW）每小時可產(chǎn)生350kg蒸汽（0.6MPa/165℃），全廠12臺機組共計產(chǎn)生4.2t/h的蒸汽。余熱回收第二部分為75℃左右的缸套水，第三部分為潤滑油冷卻水，余熱回收45～50℃的熱水。（2）溴化鋰制冷機組根據(jù)熱源條件，可選配的溴化鋰制冷機組可分為煙氣型、蒸汽型、熱水型和直燃型四種，本項目選用熱水型溴化鋰機組制冷。經(jīng)熱力計算，全廠供冷量約為13.56GJ/h。（3）主要技術經(jīng)濟指標表3技術經(jīng)濟指標序號項目名稱單位數(shù)值1熱負荷GJ/h11.62冷負荷GJ/h13.563機組數(shù)量臺124單機額定功率KW5005總裝機功率MW66年運行小時數(shù)h70007廠用電率%38發(fā)電效率%309能源綜合利用效率%704結(jié)束語（1）中小型焦化廠利用焦化尾氣進行發(fā)電，技術成熟可靠，既可以變廢為寶，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，又能滿足國家對企業(yè)環(huán)保的要求。（2）焦化尾氣通過內(nèi)燃機組發(fā)電，具有建設周期短、初期投資小、投資回收周期短、搬遷方便、電站規(guī)模選擇范圍寬等諸多優(yōu)點。（3）通過內(nèi)燃機發(fā)電模式，可實現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)，綜合能源利用率在70%以上，轉(zhuǎn)換效率高、經(jīng)濟效益可