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煤 矿 机 电
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焦炉煤气的综合利用途径
张凤辰
(峰峰集团有限公司 羊渠河焦化厂 , 河北 邯郸 056201)
摘 要 : 本文介绍几种焦炉煤气的利用途径 ,重点阐述了燃气轮机热电联供技术在羊渠河焦化厂 的应用 。 关键词 : 焦炉煤气 ;燃气轮机 ;热电联供 中图分类号 : TD844 + . 9 文献标识码 : B 文章编号 : 1001 - 0874 (2005) 02 - 0061 - 03
表 5 QD R20型燃气轮机对煤气的要求
热值 压力
H2 S
萘
HCN
焦油
(MJ) ( kPa) (mg·Nm - 3 )(mg·Nm - 3 )(mg·Nm - 3 )(mg·Nm - 3 )
≥15. 9 ≥300 ≤200
≤100
≤150
≤6
(1) 电站的经济效益 羊渠河焦化厂煤气电站采用股份制形式 ,建成
电站建成后 ,羊渠河焦化厂冬季运行的锅炉台 数及燃煤数量少于建电站前 ,减少了由于燃煤所造 成的环境污染 ,同时也避免了煤气放空所造成的环 境污染 。
4 对环境的影响
燃气轮机热电联供机组在运行过程中 ,对环境 的影响主要有废气 、噪音 、废水 、废油等 。
(1) 废气 焦炉煤气燃烧后 ,产生的有害气体为 SO2 、NOx。 实测结果为 : SO2 的平均排放量为 0. 176 kg / h,国家 允许排放限值为 22 kg / h; NOx平均排放量为 2. 83 kg / h,国家允许排放限值为 6. 6 kg / h。符合国家排 放标准 (30 m 烟囱 ) 。 (2) 噪音 燃气轮机发电机组的主要噪声源是由燃气轮机
是 H2 和 CH4 ,其热值较高 ,一般可达 16 MJ /Nm3 以 上 ,是很好的燃料 。表 3 是焦炉煤气经回收化学产
品 、净化处理后的主要成分 。
如何解决由于焦炭产量增加而产生的大量焦炉
煤气的出路 ,是一个必须处理的问题 。处理得好 ,既
保护了环境 ,又节约了能源 ,具有良好的经济效益和
表 1 焦炉煤气净化前有毒有害成分含量表 ( g /m3 )
焦油气 粗苯 氨 硫化物 氰化物 吡啶盐基 萘 80～120 30～45 8～16 8～32 1. 0～2. 5 0. 4～0. 6 8～12
表 2是有关部门规定的工业与民用煤气中有毒 有害成分的含量限值 。 焦炉煤气必须经过脱萘 、脱氨 、脱苯 、脱硫等全 过程净化处理 ,使其有毒有害成分大幅度降低 ,达到 工业与民用标准 。
表 2 煤气中有毒有害气体成分含量限值 ( g /m3 )
用途 焦油 工业 0. 05 民用 0. 05
苯类 2～4 2～4
氨 硫化氢 有机硫 氰化物
萘
0. 03～0. 1 0. 2
0. 5 0. 05～0. 5 0. 2～0. 7
0. 03～0. 1 0. 02 0. 05～0. 2 0. 01 0. 05～0. 2
950 万 kW h, 产 蒸 汽 3 万 t; 2003 年 发 电 1800 万
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kW h,产蒸汽 6万 t。产生的电力送到羊渠河矿 ,蒸 汽送到羊渠河焦化厂 。蒸汽用于粗苯管式炉加热 、
焦炉空气与回炉煤气预热 、职工澡堂和冬季采暖等 。
表 4 QD R20型燃气轮机性能参数
额定 功率 ( kW )
额定 电压 ( kV )
功率 因数
余热锅炉 蒸汽 蒸汽压 蒸汽 流量 力 (表压 ) 温度 ( t/ h) (MPa) ( ℃)
燃机 热效 率 (%)
综合热 利用率
(%)
2000 6. 3 0. 8 6. 5
1. 2
189 23
70
每台机组约消耗煤气 2000 Nm3 / h (热值为 18 MJ /Nm3 时 ) , 2 台机组约消耗煤气 4000 Nm3 / h,可 把焦化厂的富余煤气全部利用 。机组对燃料的要求
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20万 t,焦油 1万 t,粗苯 2500 t。2002年 7月 ,建成 1座装机容量 2 ×2000 kW 的煤气电站 ,取得了较好 的经济效益 。现将羊渠河焦化厂的焦炉煤气的利用 情况作一介绍 。
一般情况下 ,焦炉煤气用户用气量越大 ,则经过
全过程净化处理的煤气量就越多 ;用气量越小 ,则经
过全过程净化处理的煤气量就越少 。如果为了节省
净化处理费用 ,不对焦炉煤气进行全过程净化处理 ,
而只进行部分净化处理 ,则没有被利用的焦炉煤气
排入空中 (排空 )或点燃将造成环境的严重污染 。
焦炉煤气的可燃成分多 ,高达 90% ,主要成分
后即与焦化厂分离 。焦化厂将所有煤气以 0. 18元 / Nm3 的价格全部卖给电站 。电站首先保证向煤气用 户供气 ,然后利用富余煤气进行发电 。煤气电站外 输电量的结算价为 0. 32 元 / kW h;外输蒸汽的结算 价为 40元 / t。2002年发电 、供应蒸汽的收入为 424 万元 , 2003 年的收入为 816 万元 。扣除发电成本 后 , 2002年获得利润 70万元 , 2003年获得利润 130 万元 。 (固定资产折旧按 10a计 )
The U tiliza tion W ays of Coke 2oven Ga s
ZHAN G Feng2chen ( Yangquhe Coking Plant, Fengfeng Group Co. , L td. , Handan 056201, China) Ab s tra c t: The paper introduces several utilization ways of coke2oven gas and emphatically exp iates the app lication of heat2power coordinated supp ly technology of gas turbine at Yangquhe Coking Plant. Ke ywo rd s: coke2oven gas; gas turbine; heat2power coordinated supp ly
1 前言
随着我国建设工程对钢材的需求量大幅增长 , 作为钢铁生产主要辅材之一的焦炭需求量也随之增 加 。据统计 , 2003年全国生产焦炭 1. 6亿 t, 2004年 将达到 2. 3亿 t,新增产量 0. 7亿 t,增长率为 44%。
在焦炭的生产过程中 ,会产生大量的焦炉煤气 。 每生产 1 t焦炭约产生 180 Nm3 煤气 (已扣除回炉 煤气 ) 。2004年焦炭新增产量 0. 7亿 t,全年增产约 126 亿 Nm3 的煤气 。焦炉煤气中含有苯 、萘 、SO2 、 H2 S、NH3 等多种有毒有害气体 。表 1 为焦炉煤气 净化前有毒有害成分含量表 。由于焦炉煤气中含有 大量的有害气体 ,按环保要求必须对其进行净化处 理。
图 1 燃气轮机热电联供生产工艺流程图
3 热电联供电站
羊渠河焦化厂已有洗萘 、洗氨 、洗苯 、脱硫等净
化设备 ,因此 ,建设电站需增加的设备主要是燃气轮 机发电机组 、余热锅炉 、煤气压缩机 、变配电设备等 。
故决定采用 2台 QDR20型燃气轮机热电联供机组 , 在 ISO 标准条件下 ( P = 0. 101325 M Pa、t = 15℃)其 主要性能参数见表 4。
地少 、回收期短 ,同时还具有启动迅速 、运行稳定 、故 障率低 、维修工作量小 、自动化程度高 、燃料适应范 围广等特点 。
2 焦炉煤气的利用途径
(1) 作为居民生活燃气 焦炉煤气作为居民生活燃气 ,应为首选方案 。 因为民用煤气售价较高 ,且投资较少 ,主要为铺设管 道及相关费用 ,具有较高的经济收益 。 (2) 作为工业燃料 如用作锅炉燃料 ,也可用作陶瓷厂的瓷窑燃料 等 。焦化厂如果与用户的距离较近 ,可以节省不少 投资 。 (3) 用于发电 焦炉煤气用于发电 ,可采用蒸汽锅炉带动汽轮 机发电机组 ,也可采用燃气轮机发电机组 。 1) 蒸汽轮机发电 根据国内煤气锅炉对燃料的要求 ,当燃料的发 热量 ≥12. 56 MJ /Nm3 时 ,即可使锅炉稳定燃烧 ,一 般的焦炉煤气均能满足这一要求 。 2) 燃气轮机热电联供 燃气轮机热电联供是国家“九五 ”期间重点推 荐的节能 、环保 、高新技术项目 ,特别适合冶金 、焦 化 、石化 、油田 、煤矿企业生产过程中产生的高炉煤 气 、焦炉煤气 、石炼化伴生气 、石油井田油气 、煤矿瓦 斯的开发利用 。 利用焦炉煤气的燃气轮机热电联供生产工艺流 程如图 1所示 。 焦炉煤气在管道中随着温度的降低 ,其中的焦 油汽液化被分离出来 。然后经过洗萘塔 ,萘被塔内 的轻焦油吸收 ;经过洗氨塔 ,氨被塔内的水吸收 ;经 过洗苯塔 ,苯被塔内的洗油吸收 ;再经脱硫装置 ,硫 化物在装置内与脱硫剂进行化学反应 ,脱去硫分 ,达 到城市煤气标准 。然后进入煤气柜 (或风包 ) ,经煤 气压缩机加压至 0. 9～1. 0 M Pa,送至压缩煤气风包 成为燃气轮机燃料 。从燃气轮机涡轮排出的尾气仍 有 400℃左右的高温 ,通过排气烟道进入余热锅炉 (余热锅炉排出的烟气温度为 190℃) 。余热锅炉从 尾气中吸收部分热量产生蒸汽 ,从而实现了热电联 供。 由于燃气轮机热电联供与蒸汽轮机发电相比具 有热利用率高 、投资少 ( 2000年为 3492 元 / kW ) 、占
社会效益 ,否则就会污染环境 。
表 3 焦炉煤气净化后的主要组成成分 ( V%)
H2
CH4
54～59 23～29
Cn Hm 2～3
CO
CO2