热电冷联产在焦化厂的高效应用

2014-07-30赵承继

山西焦煤科技 2014年7期

赵承继

(山西煤钢联正智煤化有限公司，山西临汾 041200)

山西煤钢联正智煤化有限公司一焦化厂60万t焦化项目配套城市煤气净化工艺，担负居民生活用城市煤气的供应。每日除焦炉生产自用回炉煤气和居民用城市煤气外，该厂有30～35万m3的裕量煤气，根据环保要求必须实现零排放，如将剩余煤气进行深加工建设甲醇项目等不成规模，没有效益。本文结合焦化生产对蒸汽的需求，提出建设热电冷联产项目。

热电冷联产是指以燃气为能源，能同时满足区域内的热(冷)、电需求的一种能源供应系统，通常由发电机组、换热设备和吸收式冷(热)水机组组成。热电冷联产系统将高品位能源用于发电，发电机组排放的低品位能源(烟气余热、热水余热)用于供热或制冷，实现能源的梯级利用，提高能源的综合利用率。热电冷联系统具备环保、安全、节能、高效、系统灵活、启动便捷等特点。

1 热电冷联产方案的对比选择

根据该厂的实际情况，热电冷联产项目有两种方案。

1)方案一：燃煤气锅炉产制蒸汽推动汽轮机组进行发电，同时满足生产用蒸汽。

根据该公司情况可建2×50 t/h，3.82 MPa，450℃中温中压燃气锅炉，配置2台6 000 kW抽凝汽空冷机组。正常运行方式为二炉二机，汽机抽0.981 MPa，310℃，经减温供生产、生活使用，同时发电 12.0×103kW/h。

这是常规电站模式，主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发电机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。

优点：对于燃料气体要求比较低，燃气燃烧器要求煤气只需要有限的压力，因而煤气处理系统投资比较简单，电站的运行、维修、管理等均有成熟经验，单位投资约 5 000元/kW。

缺点：工艺复杂，机组占地面积大，建设周期比较长，永久性基础，难以再移动；锅炉蒸发量大，化水处理规模较大；水消耗量大，机组需要的冷却水循环量约2 200 t(损失消耗量约为 64 t/h)；机组启动较慢，约需 4 h以上，且低负荷运行对机组效率影响大。

2)方案二：燃气轮机燃烧煤气发电，外排烟气通过配套余热锅炉产制蒸汽，满足焦化生产需求。

根据城市煤气裕量采用美国索拉公司大力神130机组和金牛60两台燃气轮机发电，配套2台余热锅炉总产蒸汽量为0.8 MPa、170℃、1台24t/h，1台11 t/h。该电站可发电18.612×103kW/h。

优点：装机容量达 19 MW，热效率为 59.8％以上(含外供蒸汽)，项目投资少(4 600元/kW)、电站建设周期短；机组结构简单、启动迅速、运行稳定、故障率低、维修工作量小、自动化程度高；设备小巧，功率密度大，占地面积小，机组能实现孤网运行；水消耗量小，机组需要的冷却水循环量约为 60 t/h。

缺点：燃气轮机发电机组需按制造厂家要求进行定期的维护检查工作，燃气轮机大修需返厂或替换式维修；燃料进气压力要求高，需增设煤气压缩机组装置。

从技术先进性、节能高效、经济效益分析选择方案二较为适宜，即裕量城市煤气经加压后供燃气轮机燃烧，直拖发电机组发电，燃气轮机高温尾气经余热锅炉产生蒸汽，蒸汽满足焦化生产需求，夏季蒸汽需求量减少，可经蒸汽型溴化锂冷水机组提供制冷，形成热电冷联产项目。

2 燃气轮机热电冷联产项目效益分析

项目总投资概算9 200万元，包括燃气轮机发电机组、余热锅炉、煤气过滤处理设施、软水处理系统等所有配套设备及工程。每年的运行费用6 962万元，产品收益8 057万元，净收益1 095万元(不含夏季制冷量)，投资回收期为8.4年。项目情况见表1。

综上分析，焦化厂实现零排放，剩余煤气量按0.5元/m3回收核算，发电机组容量达18 612 kW，同时提供满足生产需求的蒸汽，提升产品价值的情况下达到效益最大化。

表1项目情况表

3 热电冷联产项目概况

采用美国索拉公司大力神130机组和金牛60两台燃气轮机发电，分别配套24 t余热锅炉和11 t锅炉产生0.8 MPa蒸汽。同时选用蒸汽型溴化锂冷水机组2台, 用低压蒸汽作为冷水机组的热源，可满足用冷量需要，形成热电冷联产。工艺流程示意图见图1。

图1 工艺流程示意图

1)工作原理。

净化合格的焦炉煤气干法脱硫后，煤气中的 H2S 含量低于20 mg/Nm3，经煤气压缩机增压至2.5 MPa，且调节压缩机后冷却器和压缩机旁通回路，满足燃机对燃料温度(≤70℃)、压力(2.16～2.45 MPa)和流量的使用要求，管道输送至燃气轮机配有过滤和计量装置的燃料系统中。

燃气轮机轴流式压气机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧室,同时高压煤气也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在受控方式下进行定压燃烧。生成的高温高压烟气进入透平膨胀做功,推动动力叶片高速旋转,从而使得转子旋转做功,转子的大部分做功(现时情况下约2/3)用于驱动压气机,另约 1/3 的功率被输出用来驱动发电机。透平出来的烟气温度大约 500 ℃,2台燃气轮机可产生尾气流量24 kg/h，利用余热锅炉进行热交换产制蒸汽。夏季生产用剩余蒸汽通过溴化锂冷水机组，提供冷却量，便于生产与生活使用。

2)噪音防治。

燃气轮机的噪声主要为燃机进气、排气和机械运动所产生的噪声，在燃机的进、出气口设置有消声器，机组为集装箱式成撬安装，带有箱装体消除机械噪声。煤气压缩机设置隔噪消音装置，工业厂房采取了降噪措施。

3)污染物控制。

热电冷联产系统采用供城市用户使用的剩余城市煤气作为能源，而城市煤气已经净化处理，脱除了焦炉煤气中的硫化氢、焦油、苯、萘等化学成分，燃烧排放物对环境无污染，满足GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》。尘含量≤20 mg/m3,NOx≤315×10-6。

4)事故风险、检测手段与防范措施。

考虑焦炉煤气应用安全特殊性，设备本身有一套高氢燃料的安全操作指南，具有氢气探测系统、氮气吹扫系统，增加橇内通风流量，如有氢气泄漏，尽可能地淡化氢气残留；以柴油作燃料，停车前一刻或停车过程中用氮气吹扫；以焦炉煤气为燃料，紧急停车前一刻或紧急停车过程中用氮气吹扫；使用柴油启动或加速，加载到300 kW时切换成焦炉煤气；停车前换回柴油系统；通风失效时关停燃机系统；煤气泄漏检测；所有保护均在系统控制中自动运行，保证设备和系统的安全、可靠、高效运行。