【正文】 顆粒物己經(jīng)在城市密集地區(qū)構(gòu)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。 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、傳染病蔓延趨勢增長、海平面升高淹沒低地、冰川消失、稀有物種滅絕等。預(yù)計在 2021年至 2025 年間，中國 2CO 的排放量將從占西歐國家總排放量的 8%上升到 167%，從美國排放量的 53 %上升到 82 %, 2030 年中國將成為 2CO 第一大排放國 ]8[ 。事實上，中國已經(jīng)同加拿大、意大利和法國等發(fā)達國家就議定書框架下的“ 清潔發(fā)展機制 (CDM) ”展開了項目合作 . 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 總之，我國經(jīng)濟的快速增長必然要伴隨著能源消耗，特別是煤炭消耗的增加 .但是，我國以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)同時也帶來了日益嚴重的空氣、水和其它形式的污染。 國家經(jīng)貿(mào)委、財政部、國家稅務(wù)總局 1996 年 8 月 9 日下發(fā)的《關(guān)于進一步開展資源綜合利用的意見》、國務(wù)院國發(fā) ((1996)36 號 《國務(wù)院批轉(zhuǎn)國家經(jīng)貿(mào)委等部門關(guān)于進一步開展資源綜合利用意見的通知》、國家經(jīng)貿(mào)委資源節(jié)約綜合利用司 1996 年 12月《關(guān)于 “ 關(guān)于進一步開展資源綜合利用的意見 ” 若干主要問題的說明》、 國務(wù)院 1996年8 月 3 日《國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護若干問題的決定》等文件中均明確指出，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水 (液 )、廢氣、余熱、余壓等進行回收和合理利用，支持資源綜合利用電廠生產(chǎn)電力。國家經(jīng)貿(mào)委 1999年 4 月 26日下發(fā)的《關(guān)于關(guān)停小火電機組有關(guān)問題的意見》中也明確指出，對于綜合利用的小火電機組，不在關(guān)停范圍內(nèi)。 從前面的分析可以看出，我國每年待利用的焦爐煤氣數(shù)量巨大。本課題的主要研究內(nèi)容有 : 1 煉焦的基本生產(chǎn)工藝 首先了解焦爐煤氣的特點，包括焦爐煤氣的成分，以及焦爐煤氣的一些物理特性。最后了解焦爐煤氣凈化過程，包括焦爐煤氣的冷卻，除焦油，除硫等元素的過程和方法。 3 焦爐煤氣發(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，包括設(shè)計鍋爐的形式以及采用的換熱形式，鍋爐的具體設(shè)計又包括鍋爐換熱面積的設(shè)計，外殼的設(shè)計以及內(nèi)部換熱管的設(shè)計以及換熱系數(shù)等等參數(shù)的計算。本文選取焦爐煤氣發(fā)電系統(tǒng)的投資、總成本費用和流動資金等進行了計算，評價了基準項目的技術(shù)經(jīng)濟性。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 焦爐煤氣的基本工藝和凈化 焦爐煤氣的特點 焦爐煤氣是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦爐中經(jīng)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所得到的可燃氣體，是煉焦產(chǎn)品的副產(chǎn)品。 焦爐煤氣的特點： 焦爐煤氣發(fā)熱值高 16720— 18810 3/NmKJ ，可燃成分較高（約90%左右）； 焦爐煤氣是無色有臭味的氣體； 焦爐煤氣因含有 CO和少量的 SH2 而有毒； 焦爐煤氣含氫多，燃燒速度快，火焰較短； 焦爐煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會堵塞管道和管件，給調(diào)火工作帶來困難； 著火溫度為 600~650 ℃ 。 焦爐煤氣的工藝流程 煉焦生產(chǎn)工藝流程 : 現(xiàn)代焦炭生產(chǎn)過程分為洗煤、配煤、煉焦和產(chǎn)品處理等工序。 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，擴大煉焦用煤的使用范圍，合理地利用國家資源，并盡可能地多得到一些化工產(chǎn)品。炭化室內(nèi)成焦過程如圖 22 所示： 圖 22 結(jié)焦過程示意圖 4）煉焦的產(chǎn)品處理 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 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 將爐內(nèi)推出的紅熱焦炭送去熄焦塔熄火，然后進行破碎、篩分、分級、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。濕法熄焦是把紅熱焦炭運至熄焦塔，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，時間為 2～ 4h。焦爐煤氣是燒結(jié)、煉焦、煉鐵、煉鋼和軋鋼生產(chǎn)的主要燃料。 在煉焦過程中，荒煤氣從焦爐炭化室經(jīng)上升管溢出的溫度為650750176。 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，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。 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。 煤氣在橋管和集氣管內(nèi)的冷卻，是用表壓為 的循環(huán)氨水通過噴頭強烈噴灑進行的，當(dāng)細霧狀氨水與煤氣充分接觸時，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)，兩者間快速進行著熱和質(zhì)的傳遞。傳質(zhì)過程的推動力是循環(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%。 通過上述過程煤氣溫度由 650750176。 C，同時有 60%左右的焦油氣冷凝下來。 煤氣有集氣管沿吸煤氣主管流向煤氣初冷器。 C。 C，并將大部分焦油氣和水汽冷凝下來。上述三種方式各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、工藝要求以及其他條件選擇采用。煤氣凈化工藝要求煤氣中焦油霧含量低于 3/mg ，否則對煤氣凈化操作有嚴重影響。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看，采用電捕焦油氣最為經(jīng)濟可靠，效率可達 98%以上 ]9[ 。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，會嚴重影響環(huán)境。 硫化氫（ SH2 ）在常溫下是一種帶刺鼻氣味的無色氣體，燃燒時能生成有毒的二氧化硫 ,在空氣中含有 %就能使人致命。煤氣中 SH2 所含的硫約占硫總量的90%以上。 煤氣的干法脫硫早在 19世紀就已經(jīng)得到應(yīng)用。 氫氧化鐵法脫硫是將焦爐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)煤氣中含有氧時，則脫硫和脫硫劑的再生可同時進行。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。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。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，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 。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。 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)壁涂一層瀝青或瀝青漆。 干法脫硫可能達到的凈化話程度很高，一般可以達到~ 3100/ mg （標）煤氣。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第三章 發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計及設(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。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。為實現(xiàn)資源的綜合利用，減少焦爐煤氣對周邊環(huán)境污染，設(shè)計一個發(fā)電系統(tǒng)并對其進行節(jié)能分析。這是我國焦化企業(yè)采用較多的發(fā)電技術(shù)。 該方法的優(yōu)點是：對焦爐煤氣的要求比較低。缺點是：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，對于單機功率幾千乃至幾萬千瓦的機組來說，機組的效率較低，大約在 20%左右。 第二種，采用燃氣輪機發(fā)電 燃氣輪機是以氣體為工質(zhì)、經(jīng)壓縮、加熱后在透平中膨脹，將部分熱能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)式動力機械。但燃氣輪機自身的發(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 450～ 550℃，可通過余熱鍋爐再次回收熱能轉(zhuǎn)換蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機再 發(fā)電，實現(xiàn)燃氣 — 蒸汽聯(lián)合循環(huán)。 焦爐煤氣燃氣輪機發(fā)電存在以下問題：一是焦爐煤氣凈化問題，由于燃氣輪機是高速旋轉(zhuǎn)的機械，所以其對燃氣品質(zhì)的要求就很高，包括機械雜質(zhì)、水分、腐蝕性物質(zhì)如硫化氫等，一旦達不到要求，將會對葉片造成嚴重損傷，而這種故障在現(xiàn)場是無法處理的。此外，燃氣輪機對操作人員的要求高，且機組現(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)。 第三種，采用燃氣內(nèi)燃機發(fā)電 燃氣內(nèi)燃機發(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)動機類似，需要火花塞點火。該方案現(xiàn)主要應(yīng)用在單機功率 2 MW 以下的小型發(fā)電機組發(fā)電，發(fā)電效率約 為 32～ 36%。內(nèi)燃機對焦爐煤氣中的水含量和硫化氫含量比燃氣輪機的要求低得多，根據(jù)近幾年的使用情況來看，對焦爐煤氣稍加處理即可滿足要求。 表 31 焦爐煤氣發(fā)電設(shè)備特點 性能比較 蒸汽輪機 燃氣輪機 燃氣內(nèi)燃機 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{可達到 20%以上 } 自耗電量大（可達到 15%～ 20%） 自耗電量少，小于發(fā)電量的 5% 建站輔助 輔助設(shè)備多 輔助設(shè)備多 輔助設(shè)備少 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)備 機組特點 單機功率大，適于建立大功率燃氣電站，一般為幾十萬千瓦 單機功率較大，適于建立中型燃氣電站，一般為幾萬千瓦到幾十萬千瓦 單機功率相對小，建站靈活，適合于建設(shè)幾千千瓦到幾萬千瓦的電站 機組運行與維護 運行可靠，機組操作人員多，操作復(fù)雜，對人員要求高 運行可靠，機組機構(gòu)復(fù)雜，對操作人員要求高 機組運行可靠， 對操作人員要求相對低 對氣源要求 對氣源要求低 對氣源要求高焦爐煤氣需脫硫脫萘處理，燃氣需要加壓 對氣源要求不高，達到一般工業(yè)用標準，壓力達到 3kPa以上即可 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，選擇第三種方案應(yīng)用于焦爐煤氣發(fā)電。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。下圖為焦電企業(yè)生 產(chǎn)工藝圖 : 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 31 焦電生產(chǎn)工藝圖 從圖中可以看出本設(shè)計所需要做的工作在于選擇合適的方案來利用企業(yè)浪費的焦爐煤氣，即虛框所示。 (2)可適應(yīng)低壓力的燃氣 ,不必增壓 ,減少投資和提高有效發(fā) 電量。 (4)機組運行靈活。可根據(jù)廠內(nèi)自身實際用電負載的需要控制發(fā)電量大小并可根據(jù)實際用電負荷的差異 ,隨時調(diào)整運行機組的數(shù)量 ,有效利用設(shè)備資源 ,減少運行成本。 目前勝動焦爐煤氣機組有 120GF153T 、 400GFT、 500GFRJ 、1200GFT 、 2021GFT 型燃氣發(fā)電機組。因此， 從公司剩余焦爐煤氣量和性價比綜合考慮，本設(shè)計中選用 500GFRJ型機組。 30247。 325= 臺 取整為 15臺 因考慮機器需要維護或出現(xiàn)特殊情況，增加一臺機器備用，故整個系統(tǒng)需要發(fā)電機組為 16臺。該機組應(yīng)用我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電控混合技術(shù)、發(fā)動機防回火爆燃技術(shù)和增壓技術(shù)，解決了因焦爐煤氣含氫比例高，爆炸范圍寬、點火能量小、燃燒速度快而帶來的發(fā)動機工作不 穩(wěn)定現(xiàn)象。該公司自行研制的數(shù)字點火系統(tǒng)性能可靠，提高了機組的可靠性。燃料范圍：天然氣、沼氣、煤礦瓦斯氣、焦化尾氣等。 表 33 500GFRJ發(fā)電機組經(jīng)濟技術(shù)指標 參 數(shù) 名 稱 參 數(shù) 值 機組型號 500GFRJ 發(fā)動機型號 12V190ZL 氣缸數(shù) 12