张 珂
煤炭工业部邯郸设计研究院 河北邯郸056004
0 前 言
目前，我国的小型焦化厂数目众多，华北地区尤为突出。这些小型焦化厂又多是用电大户，由于许多厂区地处偏辟，电力供应比较紧张，经常的停限电直接影响到正常生产。另一方面，焦炉生产焦碳过程中所副产的焦炉煤气全部排空，浪费了能源，污染了环境。解决这一问题的途径有很多，据我们调研，应用小型燃气轮机发电机组发电技术在我国日趋成熟，已有多家用户，是一种较好的解决方案。本文以某厂煤气发电站为例来阐述这一问题的解决方法。
1 企业概况
该厂为部属机修总厂自办焦化厂。生产规模为7×105 t／a焦碳，另有4×105 t／a的焦化厂即将投产，合计总产量11×105 t／a焦碳，日产煤气4×10m3（热值为17．5 MJ／m3），目前这部分煤气全部排空。
总厂现有采暖面积9×105 m2，有2台锅炉，1台10 t／h，1台6．5 t／h用于供热、采暖。加上生产工艺用煤，全厂年耗煤量6 000 t。此外，焦化厂另有2台4 t／h锅炉供工艺及采暖用汽，其中1台备用。
2 发电方案
2．1 发电方案的确定
国产小型燃气轮机近10 a得到较大的发展。主要生产厂家黎明发动机公司和南方动力机械公司，均为航空改型发动机。其主要型号如下：
机组型号 WZ5G1 WJ5G1 WJ6G1 WP6G1
额定功率／kW 1100 1250 2000 4050
同时，随着煤气化工艺的逐步完善，小型燃气机已在煤气化工程中被应用。这种发电方式就是以小型燃气轮机为主机设备代替常规的锅炉——汽轮机蒸汽发电。
2．2 发电容量的确定
本工程为节能技术改造工程。本着充分利用现有条件，保证机组安全经济运行的原则，实行以煤气定电。该厂产焦炉煤气量4×105 m3／d，平均1 600～2 000 m3／h，其热值17．5 MJ／m3。按机组发电热效率21．5％计算，可利用煤气发电1 500～2 200 kW。本工程发电容量定为2 000 kW。
2．3 工程系统
工程系统图见图1。
从图1中可以看出，工程主要由3大部分构成，即净化系统、燃气轮机发电系统和余热锅炉供热系统。
2．4 主体设备介绍
2．4．1 小型燃气轮机发电机组
小型燃气轮机发电机组都是由航空发动机改装的。单独发电时，机组发电热效率为21．5％。
型号：QDE20型
额定功率：2 000 kW
最大功率：2 200 kW
输出电压：6．5 kV
设计煤气耗量：1．02 m3／kW·h（平均值）
涡轮后温度：约450℃
2．4．2 余热锅炉
工作压力：0．8 MP
额定出力：6．5 t／h
3 燃机燃料供应
3．1 使用的燃料为焦炉煤气，热值不低于1 600 kJ／m3，供气压力为35．7 Pa，经增压后压力为0．89～0．9 MPa。
3．2 煤气成分见表1。
表1 煤气成分
组成 CO2 O2 CO CH4 H2 CmHn N2 Q／（MJ·m－3）
成分／％0．19 0．5 6．6 23．4 62 3 5，7 17．5
3．3 煤气杂质含量对燃机有较大影响，煤气中含有残余的芳香烃、焦油等物质易在喷头积炭，堵塞喷头煤气孔，造成功率下降，严重的将腐蚀喷嘴，造成穿孔，燃烧室火焰不均匀，燃气轮机放炮。煤气中的H2S，S含量过多，也易腐蚀叶轮，影响机组寿命。所以应在搞清煤气中氨，H2S、S、萘、焦油等杂质含量基础上，采取相应措施。
3．4 焦化厂生产周期性决定了焦炉煤气流量的周期性变化。燃机额定耗气量恰好在供气波动范围内，这样供气不稳定将影响稳定发电。因此，可以建设一个（1～2）×105m3气柜，间接供气。一则可以稳定供气，保证发电，二则调节方便，供气灵活。
4 环保和节能效果
电站未建立前，焦炉煤气直接排放到大气中，其污染程度可想而知。电站建立后，通过多级除尘，其排烟污染物浓度大大降下，改善了环境。
2 000 kW节能电站建成后，排入大气的4×105m3／d焦炉煤气全部回收作为电站燃机燃料，按全厂总热效率70％计（其中发电热效率21．5％，产汽热效率48．5％ ），可年发电14 000万kW·h，年供汽量45．5万t。年节约标煤4 888 t左右。
5 经济效益分析
电站总投资900万元。千瓦投资4 500元。年发电量14 000万kW·h，按厂用电率20％，电价0．3元／kW·h计，年供电收入336万元。年供汽量45．5万t，按0．8 MPa蒸气热价25元／t计算，供汽收入114万元。全年全厂合计收入450万元。扣除各项开支，年创效益200万元以上，投资回收期4．5 a左右。
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