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文档简介
利用内燃机实现焦化尾气发电的工程应用
【摘要】首先介绍了焦化尾气通过内燃机发电的工艺流程,结合工程案例,对项目的系统配置及装机方案进行了介绍,通过热、电、冷三联供模式,内燃机发电系统综合能源利用率达70%以上。焦化尾气通过内燃机组发电,具有建设周期短、初期投资小、投资回收期短、搬迁方便等诸多优点。本文结合工程案例,为焦化尾气发电的工程实践提供了参考。【关键词】焦化尾气;发电系统;内燃机;资源利用1引言国内焦化厂数量较多,焦化厂的副产品—焦化尾气资源丰富,焦化尾气主要成分是甲烷、氢气、一氧化碳等,将焦化尾气进行回收利用,既可减少尾气排空燃烧对大气的污染,又可实现资源再利用,变废为宝。将焦化尾气进行发电是一种重要的回收利用方式,焦化尾气发电主要有三种模式:(1)焦化尾气通过燃气锅炉燃烧后产生蒸汽进入汽轮机发电;(2)焦化尾气进入燃气轮机发电;(3)焦化尾气进入内燃机发电。焦化尾气采用内燃机发电,初期投资小,建设周期短,装机规模可根据焦化尾气产量灵活选择,并且搬迁方便,适合于中小型焦化厂。多台焦化尾气发电机组通过集成,可自成一个小电网,供焦化企业自用,也可并入大电网,通过电能外送实现经济效益。燃气内燃发电机技术成熟,国际上知名制造商有GE公司、卡特比勒公司、瓦克夏公司、MWM公司、瓦锡兰公司、康明斯公司等,这些厂家的产品质量可靠,均有大量的应用案例[1]。2工艺系统焦炉尾气经过降温、脱硫、脱焦油、脱水处理后,直接被内燃机发电机组利用,转化为电能,除供企业自身设备用电外,多余的电能可上网。除发电外,用户还可以将发动机及烟气的余热再利用,为焦化企业提供热水、蒸汽、冷负荷等,通过热、电、冷联供方式实现资源的梯级利用[2]。焦化尾气发电工艺流程如图1所示。图1焦化尾气发电工艺流程2.1进气系统焦炉烟道排出的尾气需要经过一系列净化处理,合格的燃气通过管线输送到内燃机进行发电。除输送管线外,进气系统还包括一系列保护、控制设备,进气系统具体流程为:荒煤气→净化系统→洁净煤气→煤气管道→蝶阀→汽水分离器→球阀→电磁阀→阻火器→紧急切断电磁阀→进内燃机组。2.2冷却系统焦化尾气发电机组冷却系统分为高、低温两个循环系统,循环系统通过换热器进行热量回收。高温循环(内循环)主要作用是冷却内燃机机体、缸套、气缸盖等部件,内循环水通常采用软化水或防冻液。低温循环(外循环)主要作用是冷却机组的润滑油和高温循环冷却水,外循环冷却水通常使用工业水,工业水通过机械通风冷却塔冷却。2.3启动系统机组通常采用压缩空气启动,启动系统主要包括压缩空气瓶、电磁阀、主起动阀、空气分配器等。具体工艺流程为:空压机→压缩空气储气罐→截止阀→压缩空气管路→进内燃机组。2.4排气系统高温烟气从机组排气口排出至大气环境,通常情况下机组排烟温度高达550℃。排气系统包括波纹膨胀节、排气烟管、消音器等。为避免特殊工况下管道阻力过高而损坏烟气余热回收装置,通常在排烟管道上装设防爆阀泄压。2.5燃气监测报警系统燃气监测报警系统主要监测厂房内H2和CO的浓度,通过设置报警值实现声光报警和报警信息的远程传送。该系统同时可连锁燃气管路紧急切断阀、机房通风装置等,从而保证运行现场的安全。3装机方案以某焦化厂为例,厂区内现设有一座6000Nm3的煤气储气柜,最大供气压力为10kPa,可用于发电的焦化尾气量约4000Nm3/h,尾气低位发热值4200kcal/Nm3。经热力计算,选用国产“淄柴”牌500kW(10.5kV/50Hz)高压高氢燃气内燃发电机组12套,总装机容量为6MW。表1焦化尾气成分序号名称符号单位体积比1氧气O2%0.62氢气H2%46.13一氧化碳CO%7.04氮气N2%10.45二氧化碳CO2%4.46甲烷CH4%29.57C2以上不饱和烃CnHm%2.0(1)余热回收装置燃气内燃机组余热回收主要包括三部分:第一部分为机组排烟余热,燃气发电机组产生的高温烟气(约550℃),通过在尾部烟道加装余热回收装置进行热量回收,通过换热器将烟气热量转换为蒸汽或热水,蒸汽用于厂区工艺用汽,热水用于溴化锂机组制冷。经热力计算,额定工况下单台机组(500KW)每小时可产生350kg蒸汽(0.6MPa/165℃),全厂12台机组共计产生4.2t/h的蒸汽。余热回收第二部分为75℃左右的缸套水,第三部分为润滑油冷却水,余热回收45~50℃的热水。(2)溴化锂制冷机组根据热源条件,可选配的溴化锂制冷机组可分为烟气型、蒸汽型、热水型和直燃型四种,本项目选用热水型溴化锂机组制冷。经热力计算,全厂供冷量约为13.56GJ/h。(3)主要技术经济指标表3技术经济指标序号项目名称单位数值1热负荷GJ/h11.62冷负荷GJ/h13.563机组数量台124单机额定功率KW5005总装机功率MW66年运行小时数h70007厂用电率%38发电效率%309能源综合利用效率%704结束语(1)中小型焦化厂利用焦化尾气进行发电,技术成熟可靠,既可以变废为宝,提高企业经济效益,又能满足国家对企业环保的要求。(2)焦化尾气通过内燃机组发电,具有建设周期短、初期投资小、投资回收周期短、搬迁方便、电站规模选择范围宽等诸多优点。(3)通过内燃机发电模式,可实现热、电、冷三联产,综合能源利用率在70%以上,转换效率高、经济效益可
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