高效焦化氣體發(fā)電技術(shù)作者：匿名2007/12/28 19336033611

頻道：關(guān)鍵詞：正文/中國能源網(wǎng)韓小平中國是世界上焦炭產(chǎn)量較大的國家，但每年在煉焦過程中都有大量的焦化氣體被浪費(fèi)掉。如果能積極利用這一資源，每年可節(jié)約數(shù)千萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。焦化煤氣發(fā)電是一種方便的綜合利用方法。本文主要研究了相應(yīng)的技術(shù)裝備和應(yīng)采取的配套政策。關(guān)鍵詞：焦化煤氣利用煤氣發(fā)電和焦化煤氣熱電聯(lián)產(chǎn)，浪費(fèi)驚人，污染嚴(yán)重。中國是世界上較大的焦炭生產(chǎn)國，估計每年有2億噸優(yōu)質(zhì)煤用于生產(chǎn)焦炭。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅山西省，煉焦每年就消耗煤炭9000多萬噸。雖然中國今年限制了焦炭出口，但預(yù)計全年總出口量仍將超過1300萬噸，中國焦炭的出口量將直接影響世界市場。根據(jù)焦?fàn)t類型和煤質(zhì)的不同閾值，每噸原煤轉(zhuǎn)化為焦炭，可生產(chǎn)300 ~ 400立方米熱值相當(dāng)于1500 ~ 4500千卡/立方米的焦?fàn)t煤氣。中國每年有600-800億立方米的焦化氣伴隨著焦化，粗略估計相當(dāng)于250-350億立方米的天然氣，超過西氣東輸工程的總量，相當(dāng)于3000立方米。在目前生產(chǎn)焦炭的過程中，大多數(shù)項目不回收焦化氣，焦化氣要么通過火炬頭排出，要么直接排放。它不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，而且對環(huán)境造成了巨大的污染。在山西、陜西和內(nèi)蒙古的一些焦炭產(chǎn)區(qū)，空氣污染已經(jīng)達(dá)到了令人震驚和無法忍受的程度?？諝庵袕浡钊酥舷⒌臒熿F和硫化氫的氣味，導(dǎo)致當(dāng)?shù)睾粑兰膊〉膫鞑ィ伟┑陌l(fā)病率不斷上升，嚴(yán)重危及當(dāng)?shù)厝嗣竦慕】担瑢ι鐣€(wěn)定和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅。如何有效利用焦化伴生氣資源是我國可持續(xù)發(fā)展的一個非常重要的問題。它不僅是為了控制環(huán)境污染，而且是為了節(jié)約資源，提高能源利用效率，解決當(dāng)前電力和煤炭供應(yīng)短缺，維護(hù)國民社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我國煤炭資源是在目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)門檻下開采的，生態(tài)環(huán)境容量允許有效供給的滿載開采凈有效量僅為1037億噸，僅占1萬億噸探明儲量的10%。中國煤炭資源供給的基本情況是總量充足，但有效供給能力明顯不足。再加上人口因素，實際人均可用煤遠(yuǎn)低于世界平均水平。2003年，中國煤炭生產(chǎn)能力達(dá)到16億噸，2002年超過14億噸，預(yù)計2004年將超過17億噸。根據(jù)預(yù)測，2020年中國將需要約29億噸煤炭，根據(jù)工業(yè)煤炭聯(lián)合會正在進(jìn)行的規(guī)劃研究，到2020年工業(yè)的較大煤炭產(chǎn)量將達(dá)到20.5~22.1噸?？紤]到環(huán)境約束和其他限制門檻，專家預(yù)測，中國煤炭產(chǎn)量的較高峰值僅為25億噸左右。按照目前的開采利用方式，山西的煤炭只能維持40年，而相關(guān)專家認(rèn)為中國的煤炭資源只能維持60年左右。一方面是資源大量浪費(fèi)，環(huán)境迅速惡化；另一方面，資源供應(yīng)的時限正在接近。當(dāng)我們的孩子守衛(wèi)一片荒蕪的土地時，他們將如何面對自己的未來？如果我們現(xiàn)在就行動，也許還能彌補(bǔ)。國務(wù)院發(fā)展研究中心建議，國家應(yīng)將節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和計劃生育作為其“基本國策”。國務(wù)院主持的國家中長期能源發(fā)展規(guī)劃也確立了“節(jié)能優(yōu)先”的宗旨。為了實施這一決定，有必要有效地回收焦化氣體。焦?fàn)t煤氣發(fā)電的四種技術(shù)選擇目前，焦?fàn)t煤氣發(fā)電可用的設(shè)備主要是鍋爐和汽輪機(jī)較傳統(tǒng)的技術(shù)組合；

鍋爐汽輪機(jī)：這是一項非常傳統(tǒng)的技術(shù)，也是大家熟悉的工藝。它利用鍋爐直接燃燒焦化氣體，通過鍋爐內(nèi)的管束將氣體的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。系統(tǒng)主要設(shè)備有燃?xì)馊紵?、鍋爐、化學(xué)水系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、汽輪機(jī)、冷凝器、冷卻塔、發(fā)動機(jī)、干式變壓器和控制系統(tǒng)，工藝流程復(fù)雜。優(yōu)點是：對燃?xì)獾囊蟊容^低，只要燃?xì)馊紵髂艹惺艿娜細(xì)庖话愣寄苓m應(yīng)，燃?xì)庵恍枰邢薜膲毫?，所以燃?xì)馓幚硐到y(tǒng)的投資比較簡單；但缺點是：工藝復(fù)雜，建設(shè)周期長，再動起來困難，必須消耗大量水資源，占用大量土地，管理人員多，能源利用效率太低，一般不到20%。該技術(shù)曾是我國利用焦?fàn)t煤氣的主要技術(shù)途徑。它可以與燃煤電廠相結(jié)合，在燃煤鍋爐中安裝燃?xì)馊紵?，來自焦化廠的焦化氣體可以直接注入鍋爐燃燒。這種方法較大的優(yōu)點是能適應(yīng)焦化廠間歇生產(chǎn)的特點，少氣多煤無氣，不會影響供電質(zhì)量和容量。這項技術(shù)較大的限制是水。中國水資源極其短缺，尤其是山西、陜西、內(nèi)蒙古等焦炭生產(chǎn)大省。甚至人和動物都很難喝水。要保證焦化氣的利用，消耗大量的水資源幾乎是不可能的。因此，要解決我國焦化瓦斯資源的綜合利用，必須考慮其他更可行的技術(shù)方案。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)：世界上第一臺以燃?xì)鉃槿剂系膬?nèi)燃機(jī)。1876年，德國商人、機(jī)械分部的奧托發(fā)明了第一臺以氣體為燃料的四沖程內(nèi)燃機(jī)。經(jīng)過10年的不斷改進(jìn)，另一個德國機(jī)械分部“戴姆勒，奔馳之父”。本茨將這種四沖程發(fā)動機(jī)改進(jìn)為汽油發(fā)動機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)直到1895年才被發(fā)明。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的工作原理與汽車發(fā)動機(jī)基本相同，需要火花塞點火。由于內(nèi)燃機(jī)氣缸核心區(qū)域的工作溫度可達(dá)1400，其效率大大超過汽輪機(jī)甚至燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率通常在30%到40%之間，這是比較常見的

型一般可以達(dá)到35％。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)較突出的優(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，對于氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設(shè)備的單位千瓦造價也比較低。但是內(nèi)燃機(jī)也有一些不足的地方，首先，內(nèi)燃機(jī)燃燒低熱值燃料時，機(jī)組出力明顯下降，一臺燃燒低熱值8000大卡/立方米天然氣燃料的500千瓦級燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組，在使用低熱值4000大卡/立方米的焦化煤氣時，出力可能下降到350～400kW左右。此外，內(nèi)燃機(jī)需要頻繁更換機(jī)油和火花塞，消耗材料比較大，也影響到設(shè)備的可用性和可靠性兩個主要設(shè)備利用指標(biāo)，對設(shè)備利用率影響比較大，有時不得不采取增加發(fā)電機(jī)組臺數(shù)的辦法，來消除利用率低的影響。內(nèi)燃機(jī)設(shè)備對焦化煤氣中的水分子含量和硫化氫比較敏感，可能導(dǎo)致硫化氫和水形成硫酸腐蝕問題，需要采取一些必要措施加以克服。總之，內(nèi)燃機(jī)是一種比較合適的技術(shù)選擇，目前我國已經(jīng)有幾家廠家可以提供相應(yīng)的機(jī)組，例如山東勝利油田勝利機(jī)械廠，已可以大量生產(chǎn)500千瓦級燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，該機(jī)組已經(jīng)在焦化煤氣利用中起到了非常積極的作用。但是500千瓦級燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)只能在380V等級并網(wǎng)，無法大規(guī)模利用焦化煤氣。國外的卡特彼勒和顏巴赫等公司也有相關(guān)技術(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗。燃?xì)廨啓C(jī)：從工作原理上看，燃?xì)廨啓C(jī)無疑是較適合焦化煤氣利用的工藝技術(shù)。燃?xì)廨啓C(jī)是從飛機(jī)噴氣式發(fā)動機(jī)的技術(shù)演變而來的，它通過壓氣機(jī)渦輪將空氣壓縮，高壓空氣在燃燒室與燃料混合燃燒，是空氣急遽膨脹做功，推動動力渦輪旋轉(zhuǎn)做功驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，因為是旋轉(zhuǎn)持續(xù)做功，可以利用熱值比較低的燃料氣體。國內(nèi)已經(jīng)有了不少成功的經(jīng)驗，國內(nèi)較著名的一個案例是寶山鋼鐵公司采用原ABB公司（現(xiàn)阿爾斯通公司）的GT11燃?xì)廨啓C(jī)利用熱值僅有750大卡立方米高爐煤氣的項目。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。燃?xì)廨啓C(jī)自身的發(fā)電效率不算很高，一般在30％～35％之間，但是產(chǎn)生的廢熱煙氣溫度高達(dá)450～550℃，可以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)一次電，形成燃?xì)廨啓C(jī)——蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率可以達(dá)到45~50，一些大型機(jī)組甚至可以超過55％。采用燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)勢相對比較多，首先是設(shè)備的可用性和可靠性都比較高，綜合利用率一般可以保持在90％；其次，對于燃料的適應(yīng)性比較強(qiáng)，含硫、含塵高一點問題都不大；再有就是發(fā)電出力一般不會減少，甚至因為燃料進(jìn)氣量增加而有所增加；此外，燃?xì)廨啓C(jī)體積小功率大，比較適合再移動，便于轉(zhuǎn)移運(yùn)行現(xiàn)場，這對于存在一些不確定性的焦化廠項目的焦化煤氣利用非常有利。但是，世上的事務(wù)有一利，必有一弊，沒有十全十美的事情。燃?xì)廨啓C(jī)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，因為焦化煤氣本身沒有什么壓力，這就需要使用燃?xì)鈮嚎s機(jī)，壓縮燃?xì)庑枰拇罅康哪芰?，影響到設(shè)備的實際輸出功率，一些項目甚至需要消耗燃?xì)廨啓C(jī)15~20的功率，對于聯(lián)合循環(huán)項目可能影響10~15的輸出功率；采用聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)存在與蒸汽輪機(jī)相同的水資源條件要求，系統(tǒng)比較復(fù)雜，投資也比較大，同時搬遷也比較困難。燃?xì)廨啓C(jī)在我國焦化煤氣利用上已經(jīng)有不少成功的嘗試，焦化煤氣在國際上主要規(guī)類為高氫燃料，國外公司在燃?xì)廨啓C(jī)利用高氫燃料上都具有較多的經(jīng)驗，但是具體到焦化煤氣上的經(jīng)驗都不太多，主要原因是國外煉焦工業(yè)一直處于不斷萎縮，中小型焦化廠已經(jīng)很少，而大多數(shù)焦炭來自大型聯(lián)合化工企業(yè)，產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣多用于化工產(chǎn)品的制造，所以焦化煤氣發(fā)電項目十分有效。國內(nèi)生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)主要是航空改型機(jī)組和引進(jìn)技術(shù)組裝生產(chǎn)的機(jī)組，航空改型主要以株洲和沈陽兩大航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)為主，株洲采用渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)改進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)更加適合焦化煤氣燃料，目前石家莊焦化廠就是采用渦槳6發(fā)動機(jī)改進(jìn)的機(jī)組。引進(jìn)生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)除了“西氣東輸”工程中使用的F級燃?xì)廨啓C(jī)外，主要是南京汽輪機(jī)廠引進(jìn)GE6B型40兆瓦級燃?xì)廨啓C(jī)，703所烏克蘭25MW級燃?xì)廨啓C(jī)和沈陽GE10型10MW級燃?xì)廨啓C(jī)等，其中GE機(jī)組可以適應(yīng)焦?fàn)t煤氣。微型燃?xì)廨啓C(jī)：研究焦化煤氣發(fā)電就不得不涉及到微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，盡管微燃機(jī)目前還沒有普及，但是未來它在這一行業(yè)的潛力將是非常巨大。微型燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)與其說是來自航空技術(shù)，不如說是來自汽車技術(shù)。微燃機(jī)采用了離心式渦輪設(shè)計，而不是目前燃?xì)廨啓C(jī)普遍采用的軸流式渦輪，世界上較早的航空噴氣式發(fā)動機(jī)和地面使用的燃?xì)廨啓C(jī)都是采用這種設(shè)計，但是后來因為效率太低，所以沒有能夠繼續(xù)采用。離心式渦輪可以將壓氣機(jī)和動力渦輪共同鑄造在一個輪盤上，制造工藝簡單，體積也比較小，后來，這一技術(shù)一直沿用在大型噴氣式客機(jī)的啟動發(fā)動電機(jī)上。該技術(shù)真正得到推廣是因為汽車發(fā)動機(jī)采用廢氣渦輪進(jìn)氣增壓技術(shù)而得到普及，它利用汽車發(fā)動機(jī)廢氣驅(qū)動一個離心式渦輪的動力葉片，利用鑄造在另一側(cè)的壓氣機(jī)渦輪給進(jìn)入氣缸的新鮮空氣增壓，通過增加氣缸工質(zhì)密度增加發(fā)動機(jī)出力，達(dá)到減少燃料和降低排放的作用，目前這一技術(shù)已經(jīng)在汽車工業(yè)中廣泛采用。將這一成熟技術(shù)再一次轉(zhuǎn)回的發(fā)電技術(shù)是因為回?zé)崞骷夹g(shù)的突破，早在上世紀(jì)70年代后期，工業(yè)國家因為經(jīng)歷了兩次慘痛的能源危機(jī)之后，就開始致力于研發(fā)各種國家先進(jìn)高效的能源利用技術(shù)，將燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)煔庵械挠酂?，直接加溫?jīng)過壓縮的功質(zhì)空氣，一方面可以回收能量，另一方面可以提高燃燒室燃燒的基礎(chǔ)溫度將大大提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率，目前采用這一技術(shù)美國索拉公司水星50小型燃?xì)廨啓C(jī)組的發(fā)電效率從原型機(jī)27％的效率一下提高到38.5。將這一技術(shù)與簡單的離心式渦輪組合的微型燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)運(yùn)而生，而且很快得到了市場的高度青睞，現(xiàn)在市場上的微型燃?xì)廨啓C(jī)的容量在28－250kW，正在研發(fā)400kW級的機(jī)組，已經(jīng)將離心式渦輪12－16％的發(fā)電效率提高到26－34％，目前的計劃是在2008年以前將發(fā)電效率突破40％?，F(xiàn)在科學(xué)家們正在為其研發(fā)陶瓷轉(zhuǎn)子，航天飛機(jī)上使用的陶瓷隔熱瓦可以承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過各種金屬溶化溫度的高溫極限，并具有很大的強(qiáng)度，而且制造簡單，加工成本低廉，能夠適應(yīng)各種燃料而不[1][2]下一頁 來源：中國電力資料網(wǎng)