【文章內(nèi)容簡介】 19 世紀(jì)就已經(jīng)得到應(yīng)用。干法脫硫具有工藝簡單、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。 氫氧化鐵法脫硫是將焦?fàn)t煤氣通過含有氫氧化鐵的脫硫劑，使 SH2 與 3)(OHFe 反應(yīng)生成 32SFe 或 FeS 。當(dāng)硫在脫硫劑中富集到一定程度后，使脫硫劑與空氣接觸，在有水分存在時，空氣中的氧將貼的硫化物有轉(zhuǎn)化為氫氧化物并生成單體硫，脫硫劑即得到再生并可繼續(xù)使用。當(dāng)煤氣中含有氧時，則脫硫和脫硫劑的再生可同時進(jìn)行。 經(jīng)過反復(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。所以當(dāng)脫硫劑上含有 30%~40%（質(zhì)量）的硫磺時，需要更換新的脫硫劑。 脫硫劑應(yīng)含有占風(fēng)干物料 50%以上的氧化鐵，氧化鐵中活性氫氧化鐵含量應(yīng)在 70%以上。在裝入脫硫箱時，不應(yīng)含有腐殖酸或腐殖酸鹽，其 PH 應(yīng)大于 7。如腐殖酸類類的含量大于 1%，將會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。此外為使脫硫劑在使用中不因硫的集聚而過于增大體積和變得密實(shí)，脫硫劑在自然狀態(tài)下應(yīng)該是疏松的，濕料堆密度不宜大于 。 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 按上述要求，脫硫劑可用磨碎的沼鐵礦或鐵屑和鋸木屑按照體積 1： 1 的比列混 合制成，再加上約 %（質(zhì)量）的熟石灰以使脫硫劑呈堿性（ PH 為 8~9），并用水均勻調(diào)濕至含水分 30%~40%。用鐵屑置備的脫硫劑，需置于空氣中約三個月，并定期翻曬，以使其充分氧化。 干法脫硫裝置可分為箱式和塔式兩種，常用的為多箱式。 箱式干法脫硫裝置整個設(shè)備為一長方形的槽，箱體可以用鋼板焊接或者用鋼筋混凝土制成，內(nèi)壁涂一層瀝青或?yàn)r青漆。整個干法脫硫裝置由四組設(shè)備組成，一般用三組并聯(lián)操作，另外一組設(shè)備備用。 干法脫硫可能達(dá)到的凈化話程度很高，一般可以達(dá)到 ~ 3100/ mg （標(biāo)）煤氣。但是箱式脫硫裝置設(shè)備比較笨重，占地面積大，需要更換脫硫劑時勞動強(qiáng)度大。 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第三章 發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型 公司情況介紹 湖南省資興焦電股份有限公司于 2021 年 3 月籌建， 8月份正式成立。其前身為資興礦務(wù)局煤電焦化總廠，始建于 1958 年，是集洗煤、煉焦、發(fā)電、化工、建材于一體的綜合利用企業(yè)。該公司現(xiàn)有煉焦生產(chǎn)規(guī)模維持在 34 萬 t/a 左右，每年消耗洗精煤約 45萬噸。 每月煉焦生產(chǎn)規(guī)模約 萬噸，每煉制一噸焦將生產(chǎn)煤氣 420 3m ，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外排放。為實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，減少焦?fàn)t煤氣對周邊環(huán)境污染，設(shè)計(jì)一個發(fā)電系統(tǒng)并對其進(jìn)行節(jié)能分析。 方案選擇 目前 ,利用焦?fàn)t煤氣發(fā)電的技術(shù)方案主要有以下三種： 第一種，利用蒸汽輪機(jī)發(fā)電 這種方法是鍋爐直接燃燒焦?fàn)t煤氣，將煤氣的熱能通過鍋爐內(nèi)的管束把水轉(zhuǎn)換為蒸汽，利用蒸汽推動汽輪機(jī)再驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。這是我國焦化企業(yè)采用較多的發(fā)電技術(shù)。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)動機(jī)、變壓器和控制系統(tǒng)，工藝流程比較復(fù)雜。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是：對焦?fàn)t煤氣的要求比較低。燃?xì)馓幚硐到y(tǒng)比較簡單，技術(shù)成熟。缺點(diǎn)是：整個發(fā)電系統(tǒng)比較復(fù)雜，建設(shè)周期比較長，電站一旦建成就難以再移動，同時必須消耗大量的水資源，占地較多，需要的管理人員也比較多，對于單機(jī)功率幾千乃至幾萬千瓦的機(jī)組來說，機(jī)組的效率較低，大約在 20%左右。目前有一些焦化廠在采用這種發(fā)電技術(shù)。 第二種，采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電 燃?xì)廨啓C(jī)是以氣體為工質(zhì)、經(jīng)壓縮、加熱后在透平中膨脹，將部分熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械。燃?xì)廨啓C(jī)比較適用于高含氫低 熱值和氣體含雜質(zhì)較多的劣質(zhì)燃料，一些燃?xì)廨啓C(jī)甚至使用原油和高硫渣油燃料。但燃?xì)廨啓C(jī)自身的發(fā)電效率不是很高，一般在 30%～ 35%，所產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達(dá) 450～ 550℃，可通過余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機(jī)再發(fā)電，實(shí)現(xiàn)燃?xì)?— 蒸汽聯(lián)合循環(huán)。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。 焦?fàn)t煤氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電存在以下問題：一是焦?fàn)t煤氣凈化問題，由于燃?xì)廨啓C(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，所以其對燃?xì)馄焚|(zhì)的要求就很高，包括機(jī)械雜質(zhì)、水分、腐蝕性物質(zhì)如 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 硫化氫等，一旦達(dá)不到要求，將會對葉片造成嚴(yán)重?fù)p傷，而這種故 障在現(xiàn)場是無法處理的。二是燃料進(jìn)氣壓力比較大，越是發(fā)電效率高的機(jī)組燃料進(jìn)氣壓力越高，因?yàn)榻範(fàn)t煤氣本身沒什么壓力，這就需要使用燃?xì)鈮嚎s機(jī)，壓縮燃?xì)庑枰拇罅康哪芰浚绊懙皆O(shè)備的實(shí)際輸出功率，一些項(xiàng)目甚至需要消耗燃?xì)廨啓C(jī) 15%～ 20%的功率。此外，燃?xì)廨啓C(jī)對操作人員的要求高，且機(jī)組現(xiàn)場維修困難，一旦出現(xiàn)故障，必須由專業(yè)人員或返回制造廠家修復(fù)。燃?xì)廨啓C(jī)在我國焦?fàn)t煤氣利用上進(jìn)行過不少的嘗試，但是由于實(shí)際存在的問題，燃?xì)廨啓C(jī)在焦化領(lǐng)域的應(yīng)用還存在不少問題。 第三種，采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電方式是最近幾年發(fā) 展起來的新技術(shù)，其工作原理與車用發(fā)動機(jī)類似，需要火花塞點(diǎn)火。由于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的核心區(qū)域工作溫度可達(dá) 1400℃，使其效率超過了蒸汽輪機(jī)，甚至燃?xì)廨啓C(jī)。該方案現(xiàn)主要應(yīng)用在單機(jī)功率 2 MW 以下的小型發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)電效率約為 32～ 36%。 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)正是發(fā)電效率比較高，其次是設(shè)備集成度高，安裝快捷，對氣體的品質(zhì)要求不高，對于風(fēng)扇水箱式機(jī)組用水量很少，設(shè)備的單位千瓦造價也比較低。內(nèi)燃機(jī)對焦?fàn)t煤氣中的水含量和硫化氫含量比燃?xì)廨啓C(jī)的要求低得多，根據(jù)近幾年的使用情況來看，對焦?fàn)t煤氣稍加處理即可滿足要求。 通過對比上述三種各方案，將各方案中主要設(shè)備的特點(diǎn)列入下表。 表 31焦?fàn)t煤氣發(fā)電設(shè)備特點(diǎn) 性能比較 蒸汽輪機(jī) 燃?xì)廨啓C(jī) 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī) 建設(shè)周期 周期長 周期較長 周期短 建設(shè)造價 每千瓦 40005500元 每千瓦約 4500元 每千瓦約 3500元 電站自耗電量 自耗電量大 {可達(dá)到20%以上 } 自耗電量大（可達(dá)到 15%～20%） 自耗電量少，小于發(fā)電量的5% 建站輔助設(shè)備 輔助設(shè)備多 輔助設(shè)備多 輔助設(shè)備少 機(jī)組特點(diǎn) 單機(jī)功率大，適于建立大功率燃?xì)怆娬?，一般為幾十萬千瓦 單機(jī)功率較大，適于建立中型燃?xì)?電站，一般為幾萬千瓦到幾十萬千瓦 單機(jī)功率相對小，建站靈活，適合于建設(shè)幾千千瓦到幾萬千瓦的電站 機(jī)組運(yùn)行與維護(hù) 運(yùn)行可靠，機(jī)組操作人員多，操作復(fù)雜，對人員要求高 運(yùn)行可靠，機(jī)組機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對操作人員要求高 機(jī)組運(yùn)行可靠，對操作人員要求相對低 對氣源要求 對氣源要求低 對氣源要求高焦?fàn)t煤氣需脫硫脫萘處理，燃?xì)庑枰訅? 對氣源要求不高，達(dá)到一般工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)，壓力達(dá)到 3kPa以上即可 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 綜合考慮各方案煤氣利用效率、技術(shù)成熟程度煤氣凈化要求、投資情況等各方面的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇第三種方案應(yīng)用于焦?fàn)t煤氣發(fā)電。 設(shè)計(jì)及選型 高爐煤氣發(fā)電具有節(jié)能、環(huán)保和創(chuàng)效等綜合效益，是一項(xiàng)利國利民的工作。它在一定程度上改善能源結(jié)構(gòu)，緩解區(qū)域性電力短缺，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。高爐煤氣經(jīng)過燃燒發(fā)電以后，還降低了直接排放給環(huán)境帶來的污染。下圖為焦電企業(yè)生產(chǎn)工藝圖 : 圖 31 焦電生產(chǎn)工藝圖 從圖中可以看出本設(shè)計(jì)所需要做的工作在于選擇合適的方案來利用企業(yè)浪費(fèi)的焦?fàn)t煤氣，即虛框所示。 發(fā)電機(jī)組的選型 發(fā)電機(jī)組設(shè)備選用勝利油田動力機(jī)械有限公司的產(chǎn)品，其燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)可適用于含 2H 量較高的燃?xì)獬煞?,采用多點(diǎn)電控噴射技術(shù) ,保證了燃?xì)鈾C(jī)組各缸的充分良好燃燒 ,保證了機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2)可適應(yīng)低壓力的燃?xì)?,不必增壓 ,減少投資和提高有效發(fā)電量。 (3)發(fā)電效率高 ,系統(tǒng)自耗電少 ,機(jī)組熱效率可達(dá) 32%~35%,若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供 ,熱效率可達(dá) 80%以上。 (4)機(jī)組運(yùn)行靈活。可單臺使用 ,也可多臺組合使用 ,可并機(jī) ,也可并網(wǎng) 。可根據(jù)廠內(nèi)自身實(shí)際用電負(fù)載的需要控制發(fā)電量大小并可根據(jù)實(shí)際用電負(fù)荷的差異 ,隨時調(diào)整運(yùn)行機(jī)組的數(shù)量 ,有效利用設(shè)備資源 ,減少運(yùn)行成本。 (5)機(jī)組的配氣系統(tǒng)采用專為燃?xì)獍l(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的凸輪軸及其他配氣機(jī)構(gòu) ,具有獨(dú)特 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 的配氣相位、配氣夾角、點(diǎn)火提前角等 ,可使發(fā)動機(jī)達(dá)到較佳的燃燒效果。 目前勝動焦?fàn)t煤氣機(jī)組有 120GF153T 、 400GFT、 500GFRJ 、 1200GFT 、 2021GFT型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。這幾種型號的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)主要參數(shù)如表 32所示： 表 32 主要機(jī)型燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 單位 120GF153T 400GFT 500GFRJ 1200GFT 2021GFT 額定輸出功率 kw 120 400 500 1200 2021 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 Rpm 1000 1000 1000 1000 1000 最小氣源壓力 2/cmkg 能量消耗（低熱的） MJ/kWh 焦?fàn)t煤氣耗量 hrm/3 90 298 325 750 1250 發(fā)電熱效率 % 供熱效率 % 總熱效率 % 熱電比 % 163 175 146 137 140 焦?fàn)t煤氣熱值為 3/NmMJ 這幾種產(chǎn)品中，型號為 500GFRJ 的機(jī)組應(yīng)用最為廣泛，其技術(shù)成熟，性價比高。因此， 從公司剩余焦?fàn)t煤氣量和性價比綜合考慮，本設(shè)計(jì)中選用 500GFRJ 型機(jī)組。根據(jù)該公司每月產(chǎn)焦量可計(jì)算出本設(shè)計(jì)中所需發(fā)電機(jī)組臺 數(shù)，計(jì)算如下： 按照每月 30天計(jì)算： M= 410 247。 30247。 24= 噸 /h 氣M = 420= 3/mh 發(fā)電M =（ 155%%） = 3/mh N=247。 325= 臺 取整為 15臺 因考慮 機(jī)器需要維護(hù)或出現(xiàn)特殊情況，增加一臺機(jī)器備用，故整個系統(tǒng)需要發(fā)電機(jī)組為 16 臺。 主要技術(shù)參數(shù) 機(jī)組由 12V190ZL 燃?xì)鈾C(jī)與西門子技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)配套組成，發(fā)動機(jī)采用增壓中冷、電子調(diào)速（美國 WOODWARD 公司的電子調(diào)速器）、 TEM 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。該機(jī)組應(yīng)用我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電控混合技術(shù)、發(fā)動機(jī)防回火爆燃技術(shù)和增壓技術(shù)，解決了因焦?fàn)t煤氣含氫比例高，爆炸范圍寬、點(diǎn)火能量小、燃燒速度快而帶 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 來的發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。其經(jīng)濟(jì)效益可觀，環(huán)保效果顯著。該公司自行研制的數(shù)字點(diǎn)火系統(tǒng) 性能可靠，提高了機(jī)組的可靠性。空氣和燃?xì)鈫为?dú)增壓的結(jié)構(gòu)形式大大降低了對燃?xì)獬煞莸囊螅?TEM 控制系統(tǒng)提高了機(jī)組的自動化程度，確保機(jī)組安全運(yùn)行。燃料范圍：天然氣、沼氣、煤礦瓦斯氣、焦化尾氣等。 500GFRJ 型焦?fàn)t尾氣發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表 33所列出 。 表 33 500GFRJ發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 參 數(shù) 名 稱 參 數(shù) 值 機(jī)組型號 500GFRJ 發(fā)動機(jī)型號 12V190ZL 氣缸數(shù) 12 額定功率 kW 320 額定電壓 V 400 額定頻率 Hz 50 額定轉(zhuǎn) 速 r/min 1000 額定功率因數(shù) cosφ （滯后） 燃?xì)鉄岷穆? MJ/kW h 11 機(jī)油消耗率 g/kW h ≤ 冷卻方式 強(qiáng)制水冷 潤滑方式 壓力和飛濺潤滑 起動方式 24V直流電起動 外形尺寸， l b h mm 5040 1970 2690 凈質(zhì)量 kg 12021 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組主要性能特點(diǎn) 12V190ZL 型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)屬于往復(fù)式、四沖程內(nèi)燃機(jī) ,與柴油機(jī)、汽油機(jī)工作原理相似。主要由機(jī)體、曲軸、連桿活塞、缸蓋、點(diǎn)火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。發(fā)動機(jī)用 計(jì)算機(jī)控制合理的匹配空氣與燃?xì)獗壤?,火花塞點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)最佳燃燒，完成做功過程。