【正文】 焦爐煤氣在內(nèi)燃機內(nèi)燃燒發(fā)電時所排除的高溫氣體通過余熱鍋爐進行換熱，用高 溫尾氣加熱水產(chǎn)生水蒸氣。然而，燃氣內(nèi)燃機的排氣溫度在 500～ 550℃之間，如直接排放將造成了能量的嚴重浪費。 根據(jù)前面的分析，焦爐煤氣在經(jīng)除焦、脫硫及除塵后，可利用燃氣內(nèi)燃機組發(fā)電，其發(fā)電的工藝流程圖如下所示。 燃氣發(fā)電機組特點有以下幾個方面： （ 1）可適用于燃氣成份變化的燃氣發(fā)電，計算機閉環(huán)控制，自動跟蹤成份變化，保證良好燃燒，保證機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 (3)采用預(yù)燃室技術(shù) ,先由火花塞點燃預(yù)燃室的混合氣 ,然后出現(xiàn)多個著火點 ,增大點火能量 ,引燃燃 燒室的混合氣 ,提高燃燒速度 ,降低發(fā)動機的熱負荷 ,降低氣耗率 ,提高效率。該機主要性能特點有： (1)采用電控混合技術(shù)：用計算機控制合理的匹配空氣與燃氣的比例 ,可根據(jù)可燃氣濃度的變化，對混合氣空燃比進行實時自動閉環(huán)調(diào)節(jié) ,解決了燃氣機因可燃濃度變化而造成的發(fā)動機熄滅、爆燃、進氣管回火等問題以適應(yīng)焦爐煤氣濃度變化大、熱值低的特點。主要由機體、曲軸、連桿活塞、缸蓋、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。 h 11 機油消耗率 g/kW 500GFRJ 型焦爐尾氣發(fā)電機組經(jīng)濟技術(shù)指標如表 33所列出 ?？諝夂腿細鈫为氃鰤旱慕Y(jié)構(gòu)形式大大降低了對燃氣成份的要求， TEM 控制系統(tǒng)提高了機組的自動化程度，確保機組安全運行。其經(jīng)濟效益可觀，環(huán)保效果顯著。 主要技術(shù)參數(shù) 機組由 12V190ZL 燃氣機與西門子技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機配套組成，發(fā)動機采用增壓中冷、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，能實現(xiàn)遠程控制。 24= 噸 /h 氣M = 420= 3/mh 發(fā)電M =（ 155%%） = 3/mh N=247。根據(jù)該公司每月產(chǎn)焦量可計算出本設(shè)計中所需發(fā)電機組臺 數(shù)，計算如下： 按照每月 30天計算： M= 410 247。這幾種型號的燃氣內(nèi)燃發(fā)電機主要參數(shù)如表 32所示： 表 32 主要機型燃氣內(nèi)燃發(fā)電機技術(shù)參數(shù) 項目 單位 120GF153T 400GFT 500GFRJ 1200GFT 2021GFT 額定輸出功率 kw 120 400 500 1200 2021 發(fā)動機轉(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 焦爐煤氣耗量 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 焦爐煤氣熱值為 3/NmMJ 這幾種產(chǎn)品中，型號為 500GFRJ 的機組應(yīng)用最為廣泛，其技術(shù)成熟，性價比高。 (5)機組的配氣系統(tǒng)采用專為燃氣發(fā)電機設(shè)計的凸輪軸及其他配氣機構(gòu) ,具有獨特 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 的配氣相位、配氣夾角、點火提前角等 ,可使發(fā)動機達到較佳的燃燒效果?？蓡闻_使用 ,也可多臺組合使用 ,可并機 ,也可并網(wǎng) 。 (3)發(fā)電效率高 ,系統(tǒng)自耗電少 ,機組熱效率可達 32%~35%,若實現(xiàn)熱電聯(lián)供 ,熱效率可達 80%以上。 發(fā)電機組的選型 發(fā)電機組設(shè)備選用勝利油田動力機械有限公司的產(chǎn)品，其燃氣發(fā)電機組特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)可適用于含 2H 量較高的燃氣成份 ,采用多點電控噴射技術(shù) ,保證了燃氣機組各缸的充分良好燃燒 ,保證了機組的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。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。 設(shè)計及選型 高爐煤氣發(fā)電具有節(jié)能、環(huán)保和創(chuàng)效等綜合效益，是一項利國利民的工作。 通過對比上述三種各方案，將各方案中主要設(shè)備的特點列入下表。 燃氣內(nèi)燃機最突出的優(yōu)點正是發(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)扇水箱式機組用水量很少，設(shè)備的單位千瓦造價也比較低。由于燃氣內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的核心區(qū)域工作溫度可達 1400℃，使其效率超過了蒸汽輪機，甚至燃氣輪機。燃氣輪機在我國焦爐煤氣利用上進行過不少的嘗試，但是由于實際存在的問題，燃氣輪機在焦化領(lǐng)域的應(yīng)用還存在不少問題。二是燃料進氣壓力比較大，越是發(fā)電效率高的機組燃料進氣壓力越高，因為焦爐煤氣本身沒什么壓力，這就需要使用燃氣壓縮機，壓縮燃氣需要消耗大量的能量，影響到設(shè)備的實際輸出功率，一些項目甚至需要消耗燃氣輪機 15%～ 20%的功率。但是，目前燃氣輪機在性能、可靠性和壽命方面都不盡人意。燃氣輪機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，一些燃氣輪機甚至使用原油和高硫渣油燃料。目前有一些焦化廠在采用這種發(fā)電技術(shù)。燃氣處理系統(tǒng)比較簡單，技術(shù)成熟。系統(tǒng)的主要設(shè)備是燃氣燃燒器、鍋爐本體、化學(xué)水系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽輪機、冷凝器、冷 卻塔、發(fā)動機、變壓器和控制系統(tǒng)，工藝流程比較復(fù)雜。 方案選擇 目前 ,利用焦爐煤氣發(fā)電的技術(shù)方案主要有以下三種： 第一種，利用蒸汽輪機發(fā)電 這種方法是鍋爐直接燃燒焦爐煤氣，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再驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。 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%的煤氣用于焦爐本身，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。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)。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度大。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。 干法脫硫裝置可分為箱式和塔式兩種，常用的為多箱式。 湘潭大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 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%。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。 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。 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。當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。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，所以至今一直得到采用，焦爐煤氣的干法脫硫較多采用的是氫氧化鐵法。焦爐煤氣脫硫不但可以提高煤氣質(zhì)量 ，同時還可以生產(chǎn)硫磺或者硫酸，有效的保護環(huán)境，變害為利，綜合利用。焦爐煤氣中的硫化物按其化合物狀態(tài)可分為兩類：一類是硫的無機化合物，主要是 SH2 ；另一類是硫的有機化合物。所以，焦爐煤氣中的硫化氫、氰化氫和氨應(yīng)予清除。 煤氣中硫的清除 焦爐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)備及煤氣儲存輸送設(shè)施，還會污染廠區(qū)環(huán)境。焦油霧是煤氣冷卻過程中形成的，它以內(nèi)充滿煤氣焦油氣泡狀態(tài)或極細小的焦油滴存在煤氣中。 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）。 目前國內(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。 煤氣進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。吸煤氣主管除將煤氣由焦爐引向后續(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短和環(huán)境溫度，一般可降低 13176。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。 C 降至 8286176。另有約占所放出總熱 量的 10%的熱量有集氣管表面散失。傳熱過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%。 C。 煤氣的初步冷卻分兩部進行：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到 8286176。 C，首先需要經(jīng)過初步 冷卻，將煤氣溫度降至 2235176。 焦爐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。 在煉焦過程中還會產(chǎn)生煉焦煤氣及多種化學(xué)產(chǎn)品。 熄焦方法有干法和濕法兩種。 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兩側(cè)燃燒室加熱干餾，經(jīng)過一定時間，最后形成焦炭。工藝流程圖如下圖 21： 原煤場 配 煤 洗 煤 貯煤場 篩 分 熄 焦 炭化室 焦爐煤氣 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)計說明書 圖 21 煉焦工藝流程圖 1）洗煤 原煤在煉焦之前，先進行洗選，目的是降低煤中所含的灰分和去除其他雜質(zhì)。 焦爐煤氣含有 2H （ 55~0%）， 4CH （ 23~27%）， CO（ 5~8%）， 2CO （ ~%），2N （ 3~7%）， 2O （ %）， nm HC (2~4%)，密度為 ~ 3/Nmkg 。主要 作燃料和化工原料。研究了系統(tǒng)產(chǎn)品成本的分攤方法，進行了燃料( 原料 )價格、產(chǎn)品價格和產(chǎn)品產(chǎn)量的敏感性分析，評價了規(guī)模擴大對項目經(jīng)濟性的影響，針對不同規(guī)模的焦化廠，選出了最佳投資項目。 4焦爐煤氣系統(tǒng)的節(jié)能及經(jīng)濟評價 通常決定一種技術(shù)能否在實踐中得到 快速應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一是其經(jīng)濟性，如成本、投資回收期等。 2焦爐煤氣發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與選型 首先介紹是公司概況以及企業(yè)所需要達到的要求，然后發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與選型包括發(fā)電機組的比較選擇，發(fā)電機組的各個參數(shù)的對比選擇，以及后面發(fā)電機組數(shù)量的確定以及設(shè)備備用等情況的選擇。然后了解焦爐煤氣生產(chǎn)的工藝流程和各個流程基本的工作。為實現(xiàn)資源的綜合利用，本文以此為研究課題，著重研究了利用焦爐煤氣發(fā)電的可行性以及對其尾氣中余熱利用的問題，以期最大限度地提高焦爐煤氣資源的利用數(shù)量和效率。國家有關(guān)部門和電網(wǎng)企業(yè)要按照國家對綜合利用的有關(guān) 政策繼續(xù)給予支持。單機容量 ～ 12MW 范圍內(nèi)的發(fā)電機組符合并網(wǎng)條件，電力部門都應(yīng)允許并網(wǎng)，簽訂并網(wǎng)協(xié)議，免交上網(wǎng)配套費，并在核定的上網(wǎng)電量內(nèi)優(yōu)先購買，不參加電網(wǎng)調(diào)峰。黨的“ 十六大”提出中國全面建設(shè)小康社會， 2020 年國內(nèi)生產(chǎn)總值力爭在 2021 年基礎(chǔ)上翻兩番 . 為了完成這一目標， 我國必須建立可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟、 社會、資源、能源和環(huán)境體系，必須走一條符合實際的，科技含量高、經(jīng)濟效益好、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。我國已于 2021 年 9 月加入了京都議定書，雖然目前還沒有減排 2CO 的任務(wù)，但從長遠來看，中國作為一個負責(zé)任的大國，必然要在未來承擔一定的減排義務(wù)。 盡管中國 2CO 的人均排放量不高， 但巨大的總量和快速的排放增長已經(jīng)引起國際社會擔憂。 ( 4 ) 溫室氣體的排放不斷增加 我國目前 2CO 排放量僅次于美國，居世界第二位。 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 %。 ( 3 ) 以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)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。因此，我國主要煤炭生產(chǎn)地和主要消費地嚴重背離，造成了目前北煤南運、西煤東調(diào)的 煤炭運輸格局。 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(jié)構(gòu)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(chǎn)任務(wù)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。預(yù)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