利用小型焦爐煤氣發電

目前，我國的小型焦化廠數目眾多，華北地區尤為突出。這些小型焦化廠又多是用電大戶，由于許多廠區地處偏辟，電力供應比較緊張，經常的停限電直接影響到正常生產。另一方面，焦爐生產焦碳過程中所副產的焦爐煤氣全部排空，浪費了能源，污染了環境。解決這一問題的途徑有很多，據我們調研，應用小型燃氣輪機發電機組發電技術在我國日趨成熟，已有多家用戶，是一種較好的解決方案。本文以某廠煤氣發電站為例來闡述這一問題的解決方法。

1　企業概況　　
　　該廠為部屬機修總廠自辦焦化廠。生產規模為7×105 t／a焦碳，另有4×105 t／a的焦化廠即將投產，合計總產量11×105 t／a焦碳，日產煤氣4×10m3（熱值為17．5 MJ／m3），目前這部分煤氣全部排空。
　　總廠現有采暖面積9×105 m2，有2臺鍋爐，1臺10 t／h，1臺6．5 t／h用于供熱、采暖。加上生產工藝用煤，全廠年耗煤量6 000 t。此外，焦化廠另有2臺4 t／h鍋爐供工藝及采暖用汽，其中1臺備用。

2　發電方案
2．1　發電方案的確定
　　國產小型燃氣輪機近10 a得到較大的發展。主要生產廠家黎明發動機公司和南方動力機械公司，均為航空改型發動機。其主要型號如下：
機組型號　  　WZ5G1　WJ5G1　WJ6G1　WP6G1

額定功率／kW　1100　 1250 　2000　 4050

　　同時，隨著煤氣化工藝的逐步完善，小型燃氣機已在煤氣化工程中被應用。這種發電方式就是以小型燃氣輪機為主機設備代替常規的鍋爐——汽輪機蒸汽發電。
2．2　發電容量的確定
　　本工程為節能技術改造工程。本著充分利用現有條件，保證機組安全經濟運行的原則，實行以煤氣定電。該廠產焦爐煤氣量4×105 m3／d，平均1 600～2 000 m3／h，其熱值17．5 MJ／m3。按機組發電熱效率21．5％計算，可利用煤氣發電1 500～2 200 kW。本工程發電容量定為2 000 kW。
2．3　工程系統

　　可以看出，工程主要由3大部分構成，即凈化系統、燃氣輪機發電系統和余熱鍋爐供熱系統。
2．4　主體設備介紹
2．4．1　小型燃氣輪機發電機組
    小型燃氣輪機發電機組都是由航空發動機改裝的。單獨發電時，機組發電熱效率為21．5％。 

型號：QDE20型

額定功率：2 000 kW

最大功率：2 200 kW

輸出電壓：6．5 kV

設計煤氣耗量：1．02 m3／kW·h（平均值）　　

渦輪后溫度：約450℃

2．4．2　余熱鍋爐
工作壓力：0．8 MP　　

額定出力：6．5 t／h

3　燃機燃料供應
3．1　使用的燃料為焦爐煤氣，熱值不低于1 600 kJ／m3，供氣壓力為35．7 Pa，經增壓后壓力為0．89～0．9 MPa。
3．2　煤氣成分見表1。
　　                  表1　煤氣成分
組成　　CO2　O2　CO　CH4　H2　CmHn　N2　Q／（MJ·m－3）

成分／％0．19 0．5 6．6 23．4 62 3 5，7 17．5
3．3　煤氣雜質含量對燃機有較大影響，煤氣中含有殘余的芳香烴、焦油等物質易在噴頭積炭，堵塞噴頭煤氣孔，造成功率下降，嚴重的將腐蝕噴嘴，造成穿孔，燃燒室火焰不均勻，燃氣輪機放炮。煤氣中的H2S，S含量過多，也易腐蝕葉輪，影響機組壽命。所以應在搞清煤氣中氨，H2S、S、萘、焦油等雜質含量基礎上，采取相應措施。
3．4　焦化廠生產周期性決定了焦爐煤氣流量的周期性變化。燃機額定耗氣量恰好在供氣波動范圍內，這樣供氣不穩定將影響穩定發電。因此，可以建設一個（1～2）×105m3氣柜，間接供氣。一則可以穩定供氣，保證發電，二則調節方便，供氣靈活。

4　環保和節能效果　　
　　電站未建立前，焦爐煤氣直接排放到大氣中，其污染程度可想而知。電站建立后，通過多級除塵，其排煙污染物濃度大大降下，改善了環境。
　　2 000 kW節能電站建成后，排入大氣的4×105m3／d焦爐煤氣全部回收作為電站燃機燃料，按全廠總熱效率70％計（其中發電熱效率21．5％，產汽熱效率48．5％ ），可年發電14 000萬kW·h，年供汽量45．5萬t。年節約標煤4 888 t左右。

5　經濟效益分析　　
　　電站總投資900萬元。千瓦投資4 500元。年發電量14 000萬kW·h，按廠用電率20％，電價0．3元／kW·h計，年供電收入336萬元。年供汽量45．5萬t，按0．8 MPa蒸氣熱價25元／t計算，供汽收入114萬元。全年全廠合計收入450萬元。扣除各項開支，年創效益200萬元以上，投資回收期4．5 a左右。