利用內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)焦化尾氣發(fā)電的工程應(yīng)用

利用內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)焦化尾氣發(fā)電的工程應(yīng)用

【摘要】首先介紹了焦化尾氣通過內(nèi)燃機(jī)發(fā)電的工藝流程，結(jié)合工程案例，對(duì)項(xiàng)目的系統(tǒng)配置及裝機(jī)方案進(jìn)行了介紹，通過熱、電、冷三聯(lián)供模式，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)綜合能源利用率達(dá)70%以上。焦化尾氣通過內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電，具有建設(shè)周期短、初期投資小、投資回收期短、搬遷方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合工程案例，為焦化尾氣發(fā)電的工程實(shí)踐提供了參考?！娟P(guān)鍵詞】焦化尾氣；發(fā)電系統(tǒng)；內(nèi)燃機(jī)；資源利用1引言國(guó)內(nèi)焦化廠數(shù)量較多，焦化廠的副產(chǎn)品—焦化尾氣資源豐富，焦化尾氣主要成分是甲烷、氫氣、一氧化碳等，將焦化尾氣進(jìn)行回收利用，既可減少尾氣排空燃燒對(duì)大氣的污染，又可實(shí)現(xiàn)資源再利用，變廢為寶。將焦化尾氣進(jìn)行發(fā)電是一種重要的回收利用方式，焦化尾氣發(fā)電主要有三種模式：（1）焦化尾氣通過燃?xì)忮仩t燃燒后產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電；（2）焦化尾氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；（3）焦化尾氣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。焦化尾氣采用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，初期投資小，建設(shè)周期短，裝機(jī)規(guī)?？筛鶕?jù)焦化尾氣產(chǎn)量靈活選擇，并且搬遷方便，適合于中小型焦化廠。多臺(tái)焦化尾氣發(fā)電機(jī)組通過集成，可自成一個(gè)小電網(wǎng)，供焦化企業(yè)自用，也可并入大電網(wǎng)，通過電能外送實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)技術(shù)成熟，國(guó)際上知名制造商有GE公司、卡特比勒公司、瓦克夏公司、MWM公司、瓦錫蘭公司、康明斯公司等，這些廠家的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，均有大量的應(yīng)用案例[1]。2工藝系統(tǒng)焦?fàn)t尾氣經(jīng)過降溫、脫硫、脫焦油、脫水處理后，直接被內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組利用，轉(zhuǎn)化為電能，除供企業(yè)自身設(shè)備用電外，多余的電能可上網(wǎng)。除發(fā)電外，用戶還可以將發(fā)動(dòng)機(jī)及煙氣的余熱再利用，為焦化企業(yè)提供熱水、蒸汽、冷負(fù)荷等，通過熱、電、冷聯(lián)供方式實(shí)現(xiàn)資源的梯級(jí)利用[2]。焦化尾氣發(fā)電工藝流程如圖1所示。圖1焦化尾氣發(fā)電工藝流程2.1進(jìn)氣系統(tǒng)焦?fàn)t煙道排出的尾氣需要經(jīng)過一系列凈化處理，合格的燃?xì)馔ㄟ^管線輸送到內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電。除輸送管線外，進(jìn)氣系統(tǒng)還包括一系列保護(hù)、控制設(shè)備，進(jìn)氣系統(tǒng)具體流程為：荒煤氣→凈化系統(tǒng)→潔凈煤氣→煤氣管道→蝶閥→汽水分離器→球閥→電磁閥→阻火器→緊急切斷電磁閥→進(jìn)內(nèi)燃機(jī)組。2.2冷卻系統(tǒng)焦化尾氣發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)分為高、低溫兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)通過換熱器進(jìn)行熱量回收。高溫循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）主要作用是冷卻內(nèi)燃機(jī)機(jī)體、缸套、氣缸蓋等部件，內(nèi)循環(huán)水通常采用軟化水或防凍液。低溫循環(huán)（外循環(huán)）主要作用是冷卻機(jī)組的潤(rùn)滑油和高溫循環(huán)冷卻水，外循環(huán)冷卻水通常使用工業(yè)水，工業(yè)水通過機(jī)械通風(fēng)冷卻塔冷卻。2.3啟動(dòng)系統(tǒng)機(jī)組通常采用壓縮空氣啟動(dòng)，啟動(dòng)系統(tǒng)主要包括壓縮空氣瓶、電磁閥、主起動(dòng)閥、空氣分配器等。具體工藝流程為：空壓機(jī)→壓縮空氣儲(chǔ)氣罐→截止閥→壓縮空氣管路→進(jìn)內(nèi)燃機(jī)組。2.4排氣系統(tǒng)高溫?zé)煔鈴臋C(jī)組排氣口排出至大氣環(huán)境，通常情況下機(jī)組排煙溫度高達(dá)550℃。排氣系統(tǒng)包括波紋膨脹節(jié)、排氣煙管、消音器等。為避免特殊工況下管道阻力過高而損壞煙氣余熱回收裝置，通常在排煙管道上裝設(shè)防爆閥泄壓。2.5燃?xì)獗O(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)燃?xì)獗O(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)廠房?jī)?nèi)H2和CO的濃度，通過設(shè)置報(bào)警值實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和報(bào)警信息的遠(yuǎn)程傳送。該系統(tǒng)同時(shí)可連鎖燃?xì)夤苈肪o急切斷閥、機(jī)房通風(fēng)裝置等，從而保證運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的安全。3裝機(jī)方案以某焦化廠為例，廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)設(shè)有一座6000Nm3的煤氣儲(chǔ)氣柜，最大供氣壓力為10kPa，可用于發(fā)電的焦化尾氣量約4000Nm3/h，尾氣低位發(fā)熱值4200kcal/Nm3。經(jīng)熱力計(jì)算，選用國(guó)產(chǎn)“淄柴”牌500kW（10.5kV/50Hz）高壓高氫燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組12套，總裝機(jī)容量為6MW。表1焦化尾氣成分序號(hào)名稱符號(hào)單位體積比1氧氣O2%0.62氫氣H2%46.13一氧化碳CO%7.04氮?dú)釴2%10.45二氧化碳CO2%4.46甲烷CH4%29.57C2以上不飽和烴CnHm%2.0（1）余熱回收裝置燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組余熱回收主要包括三部分：第一部分為機(jī)組排煙余熱，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓s550℃），通過在尾部煙道加裝余熱回收裝置進(jìn)行熱量回收，通過換熱器將煙氣熱量轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水，蒸汽用于廠區(qū)工藝用汽，熱水用于溴化鋰機(jī)組制冷。經(jīng)熱力計(jì)算，額定工況下單臺(tái)機(jī)組（500KW）每小時(shí)可產(chǎn)生350kg蒸汽（0.6MPa/165℃），全廠12臺(tái)機(jī)組共計(jì)產(chǎn)生4.2t/h的蒸汽。余熱回收第二部分為75℃左右的缸套水，第三部分為潤(rùn)滑油冷卻水，余熱回收45～50℃的熱水。（2）溴化鋰制冷機(jī)組根據(jù)熱源條件，可選配的溴化鋰制冷機(jī)組可分為煙氣型、蒸汽型、熱水型和直燃型四種，本項(xiàng)目選用熱水型溴化鋰機(jī)組制冷。經(jīng)熱力計(jì)算，全廠供冷量約為13.56GJ/h。（3）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表3技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目名稱單位數(shù)值1熱負(fù)荷GJ/h11.62冷負(fù)荷GJ/h13.563機(jī)組數(shù)量臺(tái)124單機(jī)額定功率KW5005總裝機(jī)功率MW66年運(yùn)行小時(shí)數(shù)h70007廠用電率%38發(fā)電效率%309能源綜合利用效率%704結(jié)束語（1）中小型焦化廠利用焦化尾氣進(jìn)行發(fā)電，技術(shù)成熟可靠，既可以變廢為寶，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，又能滿足國(guó)家對(duì)企業(yè)環(huán)保的要求。（2）焦化尾氣通過內(nèi)燃機(jī)組發(fā)電，具有建設(shè)周期短、初期投資小、投資回收周期短、搬遷方便、電站規(guī)模選擇范圍寬等諸多優(yōu)點(diǎn)。（3）通過內(nèi)燃機(jī)發(fā)電模式，可實(shí)現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)，綜合能源利用率在70%以上，轉(zhuǎn)換效率高、經(jīng)濟(jì)效益可