【正文】 本科畢業(yè)設計說明書 目 錄 第一章 緒 論 .......................................... 1 ........................... 1 我國焦爐煤氣的利用現(xiàn)狀 ......................... 1 國內外 焦爐煤氣的利用方式 ...................... 2 ............................... 3 ................................. 5 第二章 焦爐煤氣的基本工藝和凈化 ......................... 7 焦爐煤氣的特點 ..................................... 7 焦爐煤氣的工藝流程 ................................. 7 ..................................... 9 焦爐煤氣的初冷和焦油氨水的分離 ................. 9 煤氣中焦油霧的清除 ............................ 10 煤氣中硫的清除 ............................... 10 第三章 發(fā)電系統(tǒng)設計及設備選型 .......................... 12 公司情況介紹 ...................................... 12 方案選擇 ......................................... 12 設計及選型 ....................................... 14 發(fā)電機組的選型 ............................... 15 主要技術參數(shù) ................................. 16 燃氣發(fā)電機組主要性能特點 ...................... 17 .......................... 18 第四章 余熱鍋爐設計 .................................. 20 煙氣參數(shù)的計算 .................................... 20 余熱鍋爐換熱系數(shù)的計算 ............................ 21 管外對流換熱系數(shù)的計算 ....................... 22 管內對流換熱系數(shù) .............................. 23 總換熱系數(shù)的計算 .............................. 26 .......................................... 30 ..................... 30 第五章 節(jié)能及技術經濟評價 ............................... 32 本科畢業(yè)設計說明書 投資估算 ........................................ 32 技術經濟評估 ..................................... 33 技術經濟評價 ................................ 33 評價結論 .................................... 34 節(jié)能評估 ........................................ 34 煤氣消耗量的計算 ............................ 34 發(fā)電量計算 .................................. 35 余熱鍋爐產生的蒸汽量計算 .................... 35 節(jié)能計算 .................................... 35 第六章 全文總結 ....................................... 36 ........................................ 36 ........................................ 37 參 考 文 獻 ............................................. 38 致 謝 ................................................... 40 附錄一：外文翻譯及原文 附錄二： CAD圖紙 本科畢業(yè)設計說明書 第一章 緒 論 我國生產焦炭的企業(yè)類型主要有：鋼鐵企業(yè)附屬的焦化廠、城市煤氣廠、以生產焦炭為主的獨立焦化廠和土焦企業(yè)。 鋼鐵企業(yè)附屬焦化廠中的焦爐煤氣利用率比較高 ]1[ ,但是利用焦爐煤氣生產的產品比較單一，用于發(fā)電或深加工的比例較 小，存在 高質低用 的現(xiàn)象。因此，鋼鐵企業(yè)附屬焦化廠富余的焦爐煤氣可看作是潛在的可被利用資源。 隨著“ 西氣東輸”項目和沿海 LNG(液化天然氣的簡稱 )氣站的建設，部分供應城市煤氣的焦化廠，如北京焦化廠、天津煤氣廠、山西神州焦化、上海焦化廠、青島煤氣廠等，將面臨天然氣取代焦爐煤氣作為城市燃氣的狀況。例如，北京焦化廠目前已經被關停。未來這些焦化企業(yè)過剩的焦爐煤氣迫切希望找到經濟、高效的利用途徑。因此，城市煤氣廠的富余焦爐煤氣也可認為是潛在的可利用資源。 獨立焦化廠的焦爐煤氣資源中，只有極少部分的焦爐煤氣通過發(fā)電、合成氨等方式利用，其余則被直接燃燒后排空。因此，獨立焦化廠的這部分焦爐煤氣可認為是待利用的資源。 土法煉焦是國家明令禁止的，土焦企業(yè)技術、設備非常落后，因此不能對焦爐煤氣加以利用， 只能直接燃燒后排空。在國家有關部門的嚴格執(zhí)法下，不久的將來，我國的土焦爐將全部被關閉。這部分市場份額將主要由獨立焦化廠代替，同樣面臨著焦爐煤氣的利用問題。因此，土焦企業(yè)的這部分焦爐煤氣可認為是潛在的可利用資源。 綜上所述， 2021年我國焦爐煤氣資源估算如表 11 所示。 表 11 2021年我國焦爐煤氣資源估計 焦化企業(yè)類型 焦炭產量（萬噸） 焦爐煤氣資源（億 3Nm ） 總量 焦爐用 待利用或潛在可利用 機焦 鋼鐵企業(yè)焦化廠 8043 342 0 342 城市煤氣廠 獨立焦化廠 15042 640 309 331 本科畢業(yè)設計說明書 土焦 1215 52 25 27 合計 24300 1034 334 700 從表 11 可以看出，我國焦爐煤氣資源非常豐富，每年待利用或潛在可利用的焦爐煤氣就有 700億 3Nm ， 僅獨立焦化廠每年就有近 300億 3Nm 的焦爐煤氣可以被利用。 國內外焦爐煤氣的利用方式 目前在國內外，焦爐煤氣的可利用方式主要有以下幾種 ]2[ 。 （ 1）焦化廠將焦爐煤氣用于加熱焦爐的燃料； （ 2）軋鋼廠將凈化后的焦爐煤氣用作燃料； （ 3）焦爐煤氣用作城市煤氣； （ 4）焦爐煤氣用作化工原料合成氨； （ 5）焦爐煤氣 用作苯加氫的氫源； （ 6）焦爐煤氣用于鍋爐和蒸汽輪機以及燃氣輪機發(fā)電； （ 7）焦爐煤氣制甲醇； （ 8）焦爐煤氣還原生產海綿鐵； （ 9）焦爐煤氣用于燃氣內燃機發(fā)電。 在這些利用方式中，燃氣內燃機發(fā)電機組是焦爐煤氣直接燃燒，再帶動發(fā)電機組發(fā)電，燃氣內燃機發(fā)電具有以下優(yōu)點： （ 1）有利于環(huán)境保護。燃氣內燃機燃用焦爐煤氣（凈化、脫硫后）不產生灰份及爐渣，不產生二氧化硫，氮氧化物和二氧化碳的排放量少。 （ 2）發(fā)電熱效率高。隨著燃氣內燃機發(fā)電技術的成熟，將燃氣內燃機用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱效率已達 55%，而燃氣內燃機的熱效率 一般在 38%左右，熱能利用率較高，能大大地節(jié)約燃料資源。 （ 3）節(jié)約用水。由于燃氣內燃機不需水，可節(jié)約寶貴的水資源。 （ 4）電廠占地面積。燃氣內燃機體積較小，輔助系統(tǒng)少，占地面積一般較其他類型電廠少，可節(jié)約寶貴的土地資源。 （ 5）運行維護方便，費用較低。燃氣內燃機電廠自動化程度高，操作及控制簡單，因而電廠員工僅為其他電廠的一半左右，降低了勞動力成本。另外，由于燃氣內燃機電廠設備簡單和故障率較低，維護費用較低。 （ 6）具有良好的調峰性能。燃氣內燃機單循環(huán)起動快，帶負荷快，能隨時停機，非常適合于每天開停帶峰荷的 運行方式，是高效率的調 本科畢業(yè)設計說明書 峰機組，同時也可做應急電源。 （ 7）工期短。燃氣內燃機設備簡單且多為組裝式，因而其建設工期短，比煤 (油 )電廠可節(jié)省工期一年以上。 （ 8）廠用電率低。燃氣內燃機電廠的廠用電率一般為 5%，可降低能耗，節(jié)約能源。 能源是人類賴以生存和社會進步的重要物質基礎。 我國改革開放以來得以實現(xiàn)令世界矚目的高速經濟增長，能源的支持是一個重要因素。我國的能源儲量中煤炭資源比較豐富，占世界的份額較大，而石油和天然氣相對 匱乏 。截止 2021 年底，我國煤炭的可開采儲量為 1145億噸 ，約占世界的 %，而石油可開采儲量為 22 億噸，僅占世界的 %]3[ 。 我國的能源消費總量從 1978 年的 億噸標準煤上升到了 2021 年的 億噸標準煤 ]4[ ，增長了近 4 倍，中國已成為世界第二大能源生產國和能源消費國。我國能源的生產和消費均以煤炭為主，以 2021年為例，我國的一次能源消費中煤炭占 %,石油占 %，天然 氣占 %，水電、核電占 % ]5[ 。 雖然從 1991 年至 2021 年，煤炭在我國一次能源消費中的比例是逐年下降的 ]76[? ，如圖 11 所示，但 2021年以 后，該比例是逐年上升的，這說明中國以煤為主的能源結構在今后一段時間內難以改變。盡管對中國未來能源需求的預測有不盡相同的結果，但基本結論都顯示以煤為主的格局將長期存在。預計到 2020年，我國一次能 源需求量至少達 2533 億噸標準煤，比較集中的估計是 2930億噸標準煤， 其中煤炭消費占一次能源比重仍在 60%左右。如果 2050 年要達到目前中等發(fā)達國家的經濟發(fā)展水平，我國人均能源消耗至少要達到 34 噸標準煤，能源需求總量為 50 億噸標準煤左右。 本科畢業(yè)設計說明書 圖 1 1 我國近年煤炭占一次能源消費的比例 我國以煤為主的能源消費結構帶來了許多問題，主要表現(xiàn)如下 : ( 1 ) 煤炭資源形勢嚴峻，煤炭生產任務艱巨 煤炭是不可再生能源，按目前的可開采儲量和每年的開采量計算，煤炭可開采的年限不超過 70年。 ( 2 ) 交 通運輸面臨巨大的壓力 中國的煤炭資源分布相對集中，大部分分布在山西、陜西、內蒙西部、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個沿海工農業(yè)發(fā)達省、市的煤炭資源僅占煤炭資源總量的 %。因此，我國主要煤炭生產地和主要消費地嚴重背離，造成了目前北煤南運、西煤東調的煤炭運輸格局。我國的交通運輸能力本身就十分緊張，隨著能源消費的增加，交通運輸業(yè)必然面臨著巨大的壓力。 ( 3 ) 以煤為主的能源消費結構帶來了嚴重的環(huán)境污染和破壞 我國長期以煤炭作為能源利用的主體，造成的大氣污染十分嚴重。目前，中國燃煤電廠安裝煙氣脫硫裝置的比例非常低 ,2021年新投產的姍煤機組的裝機容量達到 5500 萬千瓦，但安裝并運行脫硫裝置的只有 40%。 2021 年，全國 SO2仇排放總量高達 2549萬噸，居世界第一位，中國酸雨區(qū)已約占全國面積的 30 %。酸沉降、光化學煙霧、細顆粒物己經在城市密集地區(qū)構成嚴重的區(qū)域性污染，燃煤是造成上述污染的主要原因門 .與此同時，煤炭開采過程也破壞了大量的 水資源和土地，造成了地表塌陷、水土流失、沙漠化、固體廢棄物對土地的壓占和污染等，我國因煤炭開采而引發(fā)的土地塌陷面積已達 40萬公頃。 ( 4 ) 溫室氣體的排放不斷增加 我國目前 2CO 排放量僅次于