【正文】 塌陷面積已達(dá) 40萬(wàn)公頃。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。如果 2050 年要達(dá)到目前中等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，我國(guó)人均能源消耗至少要達(dá)到 34 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能源需求總量為 50 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右。我國(guó)能源的生產(chǎn)和消費(fèi)均以煤炭為主，以 2021年為例，我國(guó)的一次能源消費(fèi)中煤炭占 %,石油占 %，天然 氣占 %，水電、核電占 % ]5[ 。 我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)得以實(shí)現(xiàn)令世界矚目的高速經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，能源的支持是一個(gè)重要因素。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)單且多為組裝式，因而其建設(shè)工期短，比煤 (油 )電廠可節(jié)省工期一年以上。另外，由于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)電廠設(shè)備簡(jiǎn)單和故障率較低，維護(hù)費(fèi)用較低。 （ 4）電廠占地面積。 （ 2）發(fā)電熱效率高。 國(guó)內(nèi)外焦?fàn)t煤氣的利用方式 目前在國(guó)內(nèi)外，焦?fàn)t煤氣的可利用方式主要有以下幾種 ]2[ 。這部分市場(chǎng)份額將主要由獨(dú)立焦化廠代替，同樣面臨著焦?fàn)t煤氣的利用問(wèn)題。 獨(dú)立焦化廠的焦?fàn)t煤氣資源中，只有極少部分的焦?fàn)t煤氣通過(guò)發(fā)電、合成氨等方式利用，其余則被直接燃燒后排空。 隨著“ 西氣東輸”項(xiàng)目和沿海 LNG(液化天然氣的簡(jiǎn)稱 )氣站的建設(shè)，部分供應(yīng)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?fàn)t煤氣作為城市燃?xì)獾臓顩r。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 第一章 緒 論 .......................................... 1 ........................... 1 我國(guó)焦?fàn)t煤氣的利用現(xiàn)狀 ......................... 1 國(guó)內(nèi)外 焦?fàn)t煤氣的利用方式 ...................... 2 ............................... 3 ................................. 5 第二章 焦?fàn)t煤氣的基本工藝和凈化 ......................... 7 焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn) ..................................... 7 焦?fàn)t煤氣的工藝流程 ................................. 7 ..................................... 9 焦?fàn)t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(shè)計(jì)及設(shè)備選型 .......................... 12 公司情況介紹 ...................................... 12 方案選擇 ......................................... 12 設(shè)計(jì)及選型 ....................................... 14 發(fā)電機(jī)組的選型 ............................... 15 主要技術(shù)參數(shù) ................................. 16 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組主要性能特點(diǎn) ...................... 17 .......................... 18 第四章 余熱鍋爐設(shè)計(jì) .................................. 20 煙氣參數(shù)的計(jì)算 .................................... 20 余熱鍋爐換熱系數(shù)的計(jì)算 ............................ 21 管外對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算 ....................... 22 管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù) .............................. 23 總換熱系數(shù)的計(jì)算 .............................. 26 .......................................... 30 ..................... 30 第五章 節(jié)能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) ............................... 32 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 投資估算 ........................................ 32 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估 ..................................... 33 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) ................................ 33 評(píng)價(jià)結(jié)論 .................................... 34 節(jié)能評(píng)估 ........................................ 34 煤氣消耗量的計(jì)算 ............................ 34 發(fā)電量計(jì)算 .................................. 35 余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量計(jì)算 .................... 35 節(jié)能計(jì)算 .................................... 35 第六章 全文總結(jié) ....................................... 36 ........................................ 36 ........................................ 37 參 考 文 獻(xiàn) ............................................. 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(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第一章 緒 論 我國(guó)生產(chǎn)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(chǎn)焦炭為主的獨(dú)立焦化廠和土焦企業(yè)。例如，北京焦化廠目前已經(jīng)被關(guān)停。因此，獨(dú)立焦化廠的這部分焦?fàn)t煤氣可認(rèn)為是待利用的資源。因此，土焦企業(yè)的這部分焦?fàn)t煤氣可認(rèn)為是潛在的可利用資源。 （ 1）焦化廠將焦?fàn)t煤氣用于加熱焦?fàn)t的燃料； （ 2）軋鋼廠將凈化后的焦?fàn)t煤氣用作燃料； （ 3）焦?fàn)t煤氣用作城市煤氣； （ 4）焦?fàn)t煤氣用作化工原料合成氨； （ 5）焦?fàn)t煤氣 用作苯加氫的氫源； （ 6）焦?fàn)t煤氣用于鍋爐和蒸汽輪機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電； （ 7）焦?fàn)t煤氣制甲醇； （ 8）焦?fàn)t煤氣還原生產(chǎn)海綿鐵； （ 9）焦?fàn)t煤氣用于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電。隨著燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)的成熟，將燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱效率已達(dá) 55%，而燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)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。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)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。 （ 6）具有良好的調(diào)峰性能。 （ 8）廠用電率低。我國(guó)的能源儲(chǔ)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(duì) 匱乏 。 雖然從 1991 年至 2021 年，煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)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(shuō)明中國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在今后一段時(shí)間內(nèi)難以改變。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 1 1 我國(guó)近年煤炭占一次能源消費(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。 ( 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。 ( 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。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)。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。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。 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) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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。研究了系統(tǒng)產(chǎn)品成本的分?jǐn)偡椒?，進(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。 焦?fàn)t煤氣含有 2H （ 55~0%）， 4CH （ 23~27%）， CO（ 5~8%）， 2CO（ ~%）， 2 N （ 3~7%）， 2 O （ %）， nm HC (2~4%)，密度為 ~ 3/Nmkg 。 3）煉焦 將配合好的煤裝入煉焦?fàn)t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。 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。 C，首先需要經(jīng)過(guò)初步冷卻，將煤氣溫度降至 2235176。 C。另有約占所放出總熱量的 10%的熱量有集氣管表面散失。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 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 冷卻效果就越好；反之亦然。 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。 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）。 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。焦?fàn)t煤氣中的硫化物按其化合物狀態(tài)可分為兩類：一類是硫的無(wú)機(jī)化合物，主要是 SH2 ；另一類是硫的有機(jī)化合物。干法脫硫具有工藝簡(jiǎn)單、成熟可靠、可以較完全的除去煤氣中的 SH2 和大部分氰化氫等優(yōu)點(diǎn)，所以至今一直得到采用，焦?fàn)t煤氣的干法脫硫較多采用的是氫氧化鐵法。 經(jīng)過(guò)反復(fù)的吸收和再生后，硫磺就在脫硫劑中聚集，并逐步包住活性 3)(OHFe 的顆粒，使其的脫硫能力逐漸降低。如腐殖酸類類的含量大于 1%，將會(huì)引起脫硫劑的的氧化，從而降低其硫容量和反應(yīng)速度，進(jìn)而可能由于硫磺菌的作用，而使硫從已形成的硫化物中的 SH2 形態(tài)分解出來(lái)。 干法脫硫裝置可分為箱式和塔式兩種，常用的為多箱式。但是箱式脫硫裝置設(shè)備比較笨重，占地面積大，需要更換脫硫劑時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大。 每月煉焦生產(chǎn)規(guī)模約 ，每煉制一噸焦將生產(chǎn)煤氣 4203m ，其中約 55%的煤氣用于焦?fàn)t本身，其他用氣單位消耗的煤氣約為%，而其余的部分則直接對(duì)外排放。系統(tǒng)的主要設(shè)備是燃?xì)馊紵?、鍋爐本體、化學(xué)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)、冷凝器、冷卻塔、發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器和控制系統(tǒng)，工藝流程比較復(fù)雜。目前有一些焦化廠在采用這種發(fā)電技術(shù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 但是，目前燃?xì)廨啓C(jī)在性能、可靠性和壽命方面都不盡人意。燃?xì)廨啓C(jī)在我國(guó)焦?fàn)t煤氣利用上進(jìn)行過(guò)不少的嘗試，但是由于實(shí)際存在的問(wèn)題，燃?xì)廨啓C(jī)在焦化領(lǐng)