【正文】 能 源消費(fèi)的比例 我國(guó)以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)如下 : ( 1 ) 煤炭資源形勢(shì)嚴(yán)峻，煤炭生產(chǎn)任務(wù)艱巨 煤炭是不可再生能源，按目前的可開(kāi)采儲(chǔ)量和每年的開(kāi)采量計(jì)算，煤炭可開(kāi)采的年限不超過(guò) 70年。 ( 2 ) 交通運(yùn)輸面臨巨大的壓力 中國(guó)的煤炭資源分布相對(duì)集中，大部分分布在山西、陜西、內(nèi)蒙西部、新疆北部和云貴川等省，這些地區(qū)的煤炭資源占總量的 %，而 13 個(gè)沿海工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)省、市的煤炭資源僅占煤炭資源總量的 %。因此，我國(guó)主要煤炭生產(chǎn)地和主要消費(fèi)地嚴(yán)重背離，造成了目前北煤南運(yùn)、西煤東調(diào)的 煤炭運(yùn)輸格局。我國(guó)的交通運(yùn)輸能力本身就十分緊張，隨著能源消費(fèi)的增加，交通運(yùn)輸業(yè)必然面臨著巨大的壓力。 ( 3 ) 以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染和破壞 我國(guó)長(zhǎng)期以煤炭作為能源利用的主體，造成的大氣污染十分嚴(yán)重。目前，中國(guó)燃煤 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 電廠安裝煙氣脫硫裝置的比例非常低 ,2021 年新投產(chǎn)的姍煤機(jī)組的裝機(jī)容量達(dá)到 5500萬(wàn)千瓦，但安裝并運(yùn)行脫硫裝置的只有 40%。 2021 年，全國(guó) SO2 仇排放總量高達(dá) 2549萬(wàn)噸，居世界第一位，中國(guó)酸雨區(qū)已約占全國(guó)面積的 30 %。酸沉降、光化學(xué)煙霧、細(xì)顆粒物己經(jīng)在城市密集地區(qū)構(gòu) 成嚴(yán)重的區(qū)域性污染，燃煤是造成上述污染的主要原因門(mén) .與此同時(shí)，煤炭開(kāi)采過(guò)程也破壞了大量的 水資源和土地，造成了地表塌陷、水土流失、沙漠化、固體廢棄物對(duì)土地的壓占和污染等，我國(guó)因煤炭開(kāi)采而引發(fā)的土地塌陷面積已達(dá) 40 萬(wàn)公頃。 ( 4 ) 溫室氣體的排放不斷增加 我國(guó)目前 2CO 排放量?jī)H次于美國(guó)，居世界第二位。 2CO 是造成全球氣候變暖的主要污染物，所引起的危害可能有 :早澇災(zāi)害、淡水資源分布不均加劇、傳染病蔓延趨勢(shì)增長(zhǎng)、海平 面升高淹沒(méi)低地、冰川消失、稀有物種滅絕等。 盡管中國(guó) 2CO 的人均排放量不高， 但巨大的總量和快速的排放增長(zhǎng)已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)擔(dān)憂。預(yù)計(jì)在 2021 年至 2025年間，中國(guó) 2CO 的排放量將從占西歐國(guó)家總排放量的 8%上升到 167%，從美國(guó)排放量的53 %上升到 82 %, 2030 年中國(guó)將成為 2CO 第一大排放國(guó) ]8[ 。我國(guó)已于 2021 年 9 月加入了京都議定書(shū)，雖然目前還沒(méi)有減排 2CO 的任務(wù)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，中國(guó)作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的大國(guó)，必然要在未來(lái)承擔(dān)一定的減排義務(wù)。事實(shí)上，中國(guó)已經(jīng)同加拿大、意大利和法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家就議定書(shū)框架下的“ 清潔發(fā)展機(jī)制 (CDM) ”展開(kāi)了項(xiàng)目合作 . 總之，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)必然要伴隨著能源消耗，特別是煤炭消耗的增加 .但是，我國(guó)以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)同時(shí)也帶來(lái)了日益嚴(yán)重的空氣、水和其它形式的污染。黨的“ 十六大”提出中國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)， 2020 年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值力爭(zhēng)在 2021 年基礎(chǔ)上翻兩番 . 為了完成這一目標(biāo)， 我國(guó)必須建立可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)、 社會(huì)、資源、能源和環(huán)境體系，必須走一條符合實(shí)際的，科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路。 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局 1996 年 8 月 9 日下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步開(kāi)展資源綜合利用的意見(jiàn)》、國(guó)務(wù)院國(guó)發(fā) ((1996)36 號(hào) 《國(guó)務(wù)院批轉(zhuǎn)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委等部門(mén)關(guān)于進(jìn)一步開(kāi)展資源綜合利用意見(jiàn)的通知》、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委資源節(jié)約綜合利用司 1996 年 12 月《關(guān)于 ―關(guān)于進(jìn)一步開(kāi)展資源綜合利用的意見(jiàn) ‖若干主要問(wèn)題的說(shuō)明》、 國(guó)務(wù)院 1996 年 8 月 3日《國(guó)務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問(wèn)題的決定》等文件中均明確指出，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣、廢水 (液 )、廢氣、余熱、余壓等進(jìn)行回收和合理利用，支持資源綜合利用電廠生產(chǎn)電力。單機(jī)容量 ～ 12MW 范圍內(nèi)的發(fā)電機(jī)組符合并網(wǎng)條件，電力部門(mén)都應(yīng)允許并網(wǎng)，簽訂并網(wǎng)協(xié)議，免交上網(wǎng)配套費(fèi)，并在核定的上網(wǎng)電量?jī)?nèi)優(yōu)先購(gòu)買(mǎi)，不參加電網(wǎng)調(diào)峰。國(guó)家經(jīng)貿(mào)委 1999 年 4 月 26 日下發(fā)的《關(guān)于關(guān)停小火電機(jī)組有關(guān)問(wèn)題的意見(jiàn)》中也明確指出，對(duì)于綜合利用的小火電機(jī)組，不在關(guān)停范圍內(nèi)。國(guó)家有關(guān)部門(mén)和電網(wǎng)企業(yè)要按照國(guó)家對(duì)綜合利用的有關(guān) 政策繼續(xù)給予支持。 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 從前面的分析可以看出，我國(guó)每年待利用的焦?fàn)t煤氣數(shù)量巨大。為實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，本文以此為研究課題，著重研究了利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電的可行性以及對(duì)其尾氣中余熱利用的問(wèn)題，以期最大限度地提高焦?fàn)t煤氣資源的利用數(shù)量和效率。本課題的主要研究?jī)?nèi)容有 : 1煉焦的基本生產(chǎn)工藝 首先了解焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)，包括焦?fàn)t煤氣的成分，以及焦?fàn)t煤氣的一些物理特性。然后了解焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)的工藝流程和各個(gè)流程基本的工作。最后了解焦?fàn)t煤氣凈化過(guò)程，包括焦?fàn)t煤氣的冷卻，除焦油，除硫等元素的過(guò)程和方法。 2焦?fàn)t煤氣發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型 首先介紹是公司概況以及企業(yè)所需要達(dá)到的要求，然后發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型包括發(fā)電機(jī)組的比較選擇，發(fā)電機(jī)組的各個(gè)參數(shù)的對(duì)比選擇，以及后面發(fā)電機(jī)組數(shù)量的確定以及設(shè)備備用等情況的選擇。 3焦?fàn)t煤氣發(fā)電系統(tǒng)高溫尾氣的綜合利用 高溫尾氣的余熱利用為本論文主要研究的內(nèi)容，其主要為余熱鍋爐的設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)鍋爐的形式以及采用的換熱形式，鍋爐的具體設(shè)計(jì)又包括鍋爐換熱面積的設(shè)計(jì)，外殼的設(shè)計(jì)以及內(nèi)部換熱管的設(shè)計(jì)以及換熱系數(shù)等等參數(shù)的計(jì)算。 4焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 通常決定一種技術(shù)能否在實(shí)踐中得到 快速應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一是其經(jīng)濟(jì)性，如成本、投資回收期等。本文選取焦?fàn)t煤氣發(fā)電系統(tǒng)的投資、總成本費(fèi)用和流動(dòng)資金等進(jìn)行了計(jì)算，評(píng)價(jià)了基準(zhǔn)項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。研究了系統(tǒng)產(chǎn)品成本的分?jǐn)偡椒ǎM(jìn)行了燃料( 原料 )價(jià)格、產(chǎn)品價(jià)格和產(chǎn)品產(chǎn)量的敏感性分析，評(píng)價(jià)了規(guī)模擴(kuò)大對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的影響，針對(duì)不同規(guī)模的焦化廠，選出了最佳投資項(xiàng)目。 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第二章 焦?fàn)t煤氣的基本工藝和凈化 焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn) 焦?fàn)t煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所得到的可燃?xì)怏w，是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。主要 作燃料和化工原料。 焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)： 焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值高 16720—18810 3/NmKJ ，可燃成分較高（約 90%左右）； 焦?fàn)t煤氣是無(wú)色有臭味的氣體； 焦?fàn)t煤氣因含有 CO 和少量的 SH2 而有毒； 焦?fàn)t煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短； 焦?fàn)t煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會(huì)堵塞管道和管件，給調(diào)火工作帶來(lái)困難； 著火溫度為 600~650 ℃ 。 焦?fàn)t煤氣含有 2H （ 55~0%）， 4CH （ 23~27%）， CO（ 5~8%）， 2CO （ ~%），2N （ 3~7%）， 2O （ %）， nm HC (2~4%)，密度為 ~ 3/Nmkg 。 焦?fàn)t煤氣的工藝流程 煉焦生產(chǎn)工藝流程 : 現(xiàn)代焦炭生產(chǎn)過(guò)程分為洗煤、配煤、煉焦和產(chǎn)品處理等工序。工藝流程圖如下圖 21： 原煤場(chǎng) 配 煤 洗 煤 貯煤場(chǎng) 篩 分 熄 焦 炭化室 焦?fàn)t煤氣 飽和器 初冷器 焦 炭 粉 碎 貯煤塔 干 燥 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 21 煉焦工藝流程圖 1）洗煤 原煤在煉焦之前，先進(jìn)行洗選，目的是降低煤中所含的灰分和去除其他雜質(zhì)。 2）配煤 將各種結(jié)焦性能不同的煤按一定比例配合煉焦，目的是在保證焦炭質(zhì)量的前提下，擴(kuò)大煉焦用煤的使用范圍，合理地利用國(guó)家資源，并盡可能地多得到一些化工產(chǎn)品。 3）煉焦 將配合好的煤裝入煉焦 爐的炭化室，在隔絕空氣的條件下通過(guò)兩側(cè)燃燒室加熱干餾，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，最后形成焦炭。炭化室內(nèi)成焦過(guò)程如圖 22 所示： 圖 22 結(jié)焦過(guò)程示意圖 4）煉焦的產(chǎn)品處理 將爐內(nèi)推出的紅熱焦炭送去熄焦塔熄火，然后進(jìn)行破碎、篩分、分級(jí)、獲得不同粒度的焦炭產(chǎn)品，分別送往高爐及燒結(jié)等用 戶。 熄焦方法有干法和濕法兩種。濕法熄焦是把紅熱焦炭運(yùn)至熄焦塔，用高壓水噴淋60～ 90s；干法熄焦是將紅熱的焦炭放入熄焦室內(nèi)，用惰性氣體循環(huán)回收焦炭的物理熱， 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 時(shí)間為 2～ 4h。 在煉焦過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生煉焦煤氣及多種化學(xué)產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣是燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼和軋鋼生產(chǎn)的主要燃料。 焦?fàn)t煤氣的初冷和焦油氨水的分離 煤氣初冷的目的：一是冷卻煤氣，二是使焦油和氨水分離，并脫除焦油渣。 在煉焦過(guò)程中，荒煤氣從焦?fàn)t炭化室經(jīng)上升管溢出的溫度為 650750176。 C，首先需要經(jīng)過(guò)初步 冷卻，將煤氣溫度降至 2235176。 C，荒煤氣中所含的大部分水汽、焦油氣、萘及固體微粒被分離出來(lái)，部分硫化氫和氰化氫等腐蝕物質(zhì)也溶于冷凝液中，從而減少凈化設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕；煤氣經(jīng)冷卻后，體積變小，從而使減少將煤氣送往后續(xù)凈化工序的動(dòng)力消耗；較低的煤氣溫度，也是保證煤氣凈化效果及煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收率和質(zhì)量的先決條件。 煤氣的初步冷卻分兩部進(jìn)行：第一步是在集氣管及橋管中用大量的循環(huán)氨水噴灑，使煤氣的溫度冷卻達(dá)到 8286176。 C；第二步在根據(jù)后續(xù)煤氣凈化工藝的要求在煤氣初冷器中冷卻到 2235176。 C。 煤氣在橋管和集 氣管內(nèi)的冷卻，是用表壓為 的循環(huán)氨水通過(guò)噴頭強(qiáng)烈噴灑進(jìn)行的，當(dāng)細(xì)霧狀氨水與煤氣充分接觸時(shí)，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，故氨水吸收煤氣顯熱并大量蒸發(fā)，兩者間快速進(jìn)行著熱和質(zhì)的傳遞。傳熱過(guò)程取決于煤氣和氨水的溫度差，煤氣將熱量傳給氨水得以冷卻，所傳遞的熱量為顯熱，約占煤氣冷卻放出熱量的 10%15%。傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力是循環(huán)氨水液面上的水汽分壓和煤氣中水汽分壓之差，氨水部分蒸發(fā)，煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發(fā)所需的潛熱，此部分熱量約占煤氣冷卻所放出總熱量的 75%80%。另有約占所放出總熱 量的 10%的熱量有集氣管表面散失。 通過(guò)上述過(guò)程煤氣溫度由 650750176。 C 降至 8286176。 C，同時(shí)有 60%左右的焦油氣冷凝下來(lái)。由于煤氣的冷卻主要靠氨水的蒸發(fā)，所以，氨水噴灑的霧化程度好，循環(huán)氨水的溫度較高，氨水蒸發(fā)量大，煤氣冷卻效果就越好；反之亦然。 煤氣有集氣管沿吸煤氣主管流向煤氣初冷器。吸煤氣主管除將煤氣由焦?fàn)t引向后續(xù)凈化工藝裝置外，還起著空氣冷卻劑的作用，但煤氣溫度降低程度取決于煤氣管的長(zhǎng)短和環(huán)境溫度，一般可降低 13176。 C。 煤氣進(jìn)入初冷器的溫度仍然很高，且含有大量的水汽和焦油氣，需在冷卻器中冷卻到 2235176。 C，并將大部分焦油氣和水汽冷凝下來(lái)。 目前國(guó)內(nèi)廣泛采用的煤氣初步冷卻的方式有：間接冷卻、直接冷卻和間接 直接冷卻三種。上述三種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、工藝要求以及其他條件選擇采 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 用。 煤氣中焦油霧的清除 初冷器后煤氣中焦油霧的含量一般為 3/mg （立管式初冷器后）或 3/mg（橫管式初冷器后或直接冷卻塔后）。煤氣凈化工藝要求煤氣中焦油霧含量低于 3/mg ，否則對(duì)煤氣凈化操作有嚴(yán)重影響。焦油霧是煤氣冷卻過(guò)程中形成的，它以內(nèi)充滿煤氣焦油氣泡狀態(tài)或極細(xì)小的焦油滴存在煤氣中。清除焦油霧的方法很多，但從焦油霧的大小所要求的凈化程度來(lái)看，采用電捕焦油氣最為經(jīng)濟(jì)可靠，效率可達(dá) 98%以上]9[ 。 煤氣中硫的清除 焦?fàn)t煤氣中所含的硫化氫、氰化氫以及氨是有害的物質(zhì)，他們腐蝕化學(xué)產(chǎn)品回收設(shè)備及煤氣儲(chǔ)存輸送設(shè)施，還會(huì)污染廠區(qū)環(huán)境。硫化氫燃燒生成的二氧化硫、氰化氫及氨燃燒產(chǎn)生的的 氮氧化物均有毒，會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)境。所以，焦?fàn)t煤氣中的硫化氫、氰化氫和氨應(yīng)予清除。 硫化氫（ SH2 ）在常溫下是一種帶刺鼻氣味的無(wú)色氣體，燃燒時(shí)能生成有毒的二氧化硫 ,在空氣中含有 %就能使人致命。焦?fàn)t煤氣中的硫化物按其化合物狀態(tài)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是硫的無(wú)機(jī)化合物，主要是 SH2 ；另一類(lèi)是硫的有機(jī)化合物。煤氣中 SH2 所含的硫約占硫總量的 90%以上。焦?fàn)t煤氣脫硫不但可以提高煤氣質(zhì)量 ，同時(shí)還可以生產(chǎn)硫磺或者硫酸，有效的保護(hù)環(huán)境，變害為利，綜合利用。 煤氣的干法脫硫早在