高效利用焦炉煤气发电

高效利用焦炉煤气发电--提升发电效率并减少CO2排放作者：本网编辑文章来源：POWER《电力》点击数：381发布时间：2010-07-05新浪微博QQ空间人人网开心网更多焦炭厂在使用原煤生产焦炭的同时，也生产出焦炉煤气（COG）。采用燃气轮机，让焦炉煤气在燃气轮机中发电，并使燃气轮机的排气在余热锅炉中生产蒸汽，再利用汽轮机组发电，就构成了燃气-蒸汽联合循环发电方式。这一发电方式具有很大的发展潜力，不仅能够节约一次能源的消耗，而且也大大减少了CO2的排放。背景概述利源焦化有限公司成立于1997年，位于河南省安阳市铜冶镇北部，是一家集洗煤、炼焦、化工及发电于一体的现代化股份制焦化企业。公司现年产优质冶金焦70万t、精洗煤240万t、焦油2.4万t、粗笨7000t、硫铵6000t，并拥有3000kW和6000kW汽轮发电机组各两台，年发电1.2亿kWh。为了满足市场对优质冶金焦、煤焦油及粗笨不断增长的需求，提升企业竞争力，利源焦化公司进行了二期扩建。二期扩建工程要建设200万t的焦化项目，并相应建设焦炉气净化、水处理，以及甲醇生产等配套工程。利源焦化公司从工程建设伊始就提出了高标准的要求，不仅要使工程实现产能目标，更要创造综合社会效益，使其成为改善当地环境的榜样。焦化厂生产流程焦化厂将精洗煤在焦炉中加热，使原煤中的挥发分等分解出来，从而生产出焦炭。焦炭生产过程中会产生大量焦炉煤气（COG）。每生产1t冶金焦，大约需要消耗1.33t焦煤，同时产生出大约350~400m3、热值在3700~4200kcal/m3的焦炉煤气。由于焦炉加热的需要，只有约170~200m3的剩余焦炉煤气被排出，用于其他用途。一座年产60万t焦炭的焦炉，每年可供使用的焦炉煤气大约为1.2亿m3，即每小时焦炉煤气产量为1.37万m3。同时，还可以提取2万t的煤焦油和6900t的粗苯等，煤焦油和粗笨都是具有很高附加值的化工产品。焦炉煤气可以卖给居民或附近的金属冶炼企业用做燃料，也可以用焦炉煤气来发电，还可以用焦炉煤气生产甲醇。年产100万t焦炭的焦化厂，每年所产生的焦炉煤气量可以生产80~100万t的甲醇。而甲醇价格随市场需求情况变化很大，大概在1600~3250元/t间波动，因此对焦化企业的经营影响很大。利用焦炉煤气生产甲醇，对焦炉煤气的净化要求很高，投资也比较大。建设一座年产100万t甲醇的工厂，需投资3.5~4.0亿元，加之运行费用也很高，一般7年多才能收回全部投资。而且国家对上马甲醇项目也有规定，年产100万t以下的甲醇项目将不予批准。图1LM2500＋型燃气联合循环发电流程图利用焦炉煤气发电利用焦炉煤气发电有两种不同的方式。一是将焦炉煤气在锅炉中燃烧产生蒸汽，再利用汽轮发电机组发电。这一发电方式技术成熟，投资也较少，国产设备就能满足要求，但其发电效率仅有27%左右。以年产70万t的焦炭厂为例，剩余、可利用的焦炉煤气为15980m3/h，发电净功率为20MW。如果机组每年运行8000h，则年发电量为16万MWh，相应的CO2减排量为14.4万t。而另一种发电方式是采用燃气轮机。首先让焦炉煤气在燃气轮机中发电，然后使燃气轮机的排气在余热锅炉中生产蒸汽，再利用汽轮机组发电，这样就构成了燃气-蒸汽联合循环发电的方式。这种方式可以充分利用焦炉煤气的热能。整个发电净效率可达42%左右，比汽轮发电机组效率高出12~15个百分点。既最大限度地利用了一次能源，又大大地减少了CO2排放。如采用燃气轮机，在发电净功率为33MW的条件下，机组每年运行8000h，年发电量为26.4万MWh，相应的CO2减排量为23.76万t，与传统发电方式相比减少CO2排放近2倍。因此，这一发电方式具有很大的发展潜力，值得大力推广和应用。因为这一发电方式不仅节约了一次能源的消耗，还大大减少了CO2的排放，符合国家低碳、节能和减排的政策。以上两种发电方式比较说明，传统的汽轮机发电方式虽然也能利用焦炉气发电，但相比燃机联合循环发电则效率要低12~15个百分点。联合循环发电效率高达40%以上，而传统的汽轮发电机发电方式效率仅有27%。在消耗同样多焦炉煤气的情况下，联合循环发电功率为33MW，汽轮机发电仅有20MW。考虑长远经营，燃机联合循环发电能为企业带来更大的利润，以及对环保做出更大的贡献。实施情况河南利源焦化对燃机联合循环发电进行了半年多的调研、考察、分析和比较，最后选用了GE能源的LM2500+燃气轮机。其原因在于，GELM2500+燃机具有单机功率大、效率高、启动迅速、结构紧凑，以及占地面积少等优点，而且利源焦化剩余的焦炉煤气量能满足两台LM2500+燃机的燃气需求量。GELM2500燃机不仅应用于发电，而且还用于油气管线、钻井平台的驱动等。在中国的西气东输管线上就安装了60多台GELM系列燃机，用于带动压缩机运行。利源焦化订购了两台LM2500+燃机，总装机容量约为60MW，年发电可达48万MWh，预计每年可减少CO2排放43.2万t。利源焦化发电项目单位千瓦投资约为5000元，预计4年即可收回全部投资。该项目按计划将于2010年第4季度末投入运行。经济价值分析据统计，2008年中国大型焦化企业焦炭产量为3.24亿t，其中63.8%产自纯焦化企业，纯焦化企业产生的剩余焦炉煤气估计为417.58亿m3。假设纯焦化企业中35%的企业焦炉煤气已经全部使用掉，那么没有使用的剩余焦炉煤气量大概有271.43亿m3。再假定30%的没有使用的剩余焦炉煤气被用来利用燃机进行联合循环发电，那么利用燃机进行发电的焦炉煤气量就达81.43亿m3。另据有关资料显示，2008年仅山西放散的焦炉煤气量就多达40亿m3。一台30MW级燃机，每小时大约需要消耗1.6万m3的焦炉煤气。每年81.43亿m3的焦炉煤气能满足58台30MW级燃机的燃气需求，发电容量可达1740MW。如果按每台燃机每年运行8000h计算，则年发电量为1392万MWh。假定燃煤发电厂的标准煤耗为330克/kWh，则每年可节约标准煤约460万t，减排CO2约1252.8万t。焦炉煤气发电除了焦化厂自用外，多余的发电量还可以并入公共电网，但这需要政策方面的有力支持。如焦化厂的发电能够并入公共电网，则可有力推动国家实现节能减排的大目标，并为用户提供绿色电力。