提高焦炉煤气利用效率的热电联产应用实例

焦炉煤气燃气轮机热电联产的应用实例某焦化公司一期项目焦炭产能为60万吨，建有两座产能均为30万吨的焦炉，主要产品为二级冶金焦。焦化副产品—焦炉煤气经化产处理后送入燃气轮机发电，在满足工厂用电需求的同时，还能利用高温尾气产生高品质的蒸汽，满足化产部分的热需求。该公司一期项目的建设遵循了国家极力倡导的“循环经济”模式，充分实现了对能源的综合利用。一、简述煤炭被运输到现场后先要经过洗选，将各种经过洗选的炼焦煤按一定比例配合后，在炼焦炉内进行高温干馏，可以得到焦炭和荒煤气。将荒煤气进行加工处理，即所谓的“化产”，可以得到多种化工产品和焦炉煤气。焦炭是炼铁的燃料和还原剂，它能将氧化铁(铁矿)还原为生铁。焦炉煤气发热值高,是钢铁厂及民用的优质燃料，又因其含氢量多，也是生产合成氨的原料。近年来随着焦化产业链的不断向下延伸，利用焦炉煤气制甲醇技术也不断成熟，这种利用模式在解决焦炉煤气对环境造成污染的同时，还能给企业带来良好的经济效益。二、炼焦原理、主要工艺及设备1、炼焦原理（机械化炼焦）炼焦的原料是炼焦煤，将炼焦煤在密闭的焦炉内隔绝空气高温加热放出水分和吸附气体，随后分解产生煤气和焦油等，剩下以碳为主体的焦炭，这种煤热解过程通常称为煤的干馏。煤的干馏分为低温干馏，中温干馏和高温干馏三种。它们的主要区别在于干馏的最终温度不同，低温干馏在500℃-600℃，中温干馏在700℃-800℃，高温干馏在900℃-1000℃。目前的炼焦炉绝大多数属于高温炼焦炉，主要生产冶金焦、炼焦煤气和炼焦化学产品。这种高温炼焦过程，就是高温干馏。2、炼焦煤的热解过程炼焦煤在隔绝空气高温加热过程中生成焦炭，加热到400℃左右，就裂解产生出气体，既“荒煤气”。当温度不断升高，荒煤气不断析出，焦煤逐渐固化成半焦。温度再升高，半焦继续收缩，再放出一些气体，最后生成焦炭。3、炼焦模式目前国内大中型焦化厂普遍采用较为先进的机械化焦炉炼焦，部分小焦化厂采用传统的土法炼焦，因其具有结焦周期长、成焦率低、煤耗高、焦炭灰分高的问题。土法炼焦的焦化副产品或被烧掉或随高温废气流排入大气，不仅不能综合利用炼焦煤，还对大气造成严重污染。不符合焦化行业的发展要求，因此被国家列为要淘汰的炼焦模式。机械化炼焦首先将煤料从炉顶部的装煤孔或机侧(捣固焦)装入炭化室，由两侧燃烧室传来的热量将煤料在隔绝空气的条件下加热至高温。热过程中煤料熔融分解所生成的荒煤气由炭化室顶端部的集气管逸出导入煤气净化处理系统，经过化产工艺可得到化学产品及净煤气，残留在炭化室内的固化成焦炭。4、机械化炼焦炉及其主要附属设备1）焦炉炉体焦炉炉体主要分成一至四个相连接的部分：炉顶、炭化室(两侧是燃烧室)、斜道、蓄热室，炉顶还有荒煤气集气管。燃烧室在炭化室两侧，煤气在其内燃烧产生的热量经炭化室——燃烧室墙传入炭化室，将煤料加热至高温炼成焦炭。一座焦炉一般由数十孔炭化室组成。如下图一：图一焦炉2）煤塔设在焦炉两炉组之间,贮存已粉碎好的炼焦配煤。3）操作机械Ⅰ装煤车:顶装焦炉的装煤车设在炉顶，其作用是从煤塔取出一定重量的煤料，通过炭化室顶部装煤孔卸入炭化室内。Ⅱ推焦机:在炭化室装煤完毕后，推焦机将煤推平。待焦炭炼成后，将成熟的焦炭从炭化室的机侧推到焦侧的熄焦车上。Ⅲ拦焦车:拦着从炭化室推出来的焦炭落到熄焦车上。Ⅳ熄焦车接受推出的赤热焦炭，运到熄焦塔内喷水，将赤热焦炭熄灭，然后卸在凉焦台上冷却。三、化产回收的工艺及设备1、化产回收的工艺炼焦煤在焦炉炭化室内进行干馏时析出了水蒸气和煤气(即荒煤气)。荒煤气由炭化室出来经上升管到集气管，以循环氨水喷淋使煤气降温、冷却、而分离出焦油和氨水。经吸气管到回收车间的初冷器到鼓风机，煤气经过冷却和用各种吸收剂处理，可提取出焦油、氨、粗苯等化工产品，并得到净化的焦炉煤气。2、化产回收的基本设备1）横管初冷器荒煤气由炭化室出来到集气管，用循环氨水喷淋使煤气降温、冷却、而分离出部分焦油和氨水。经分液漏斗分离，焦油从下方管道流入焦油船。煤气进入横管初冷器，通过循环水和冷冻水再冷却至约21-23℃，并除去约97%的萘。如图二所示：图二横管初冷器2）罗茨风机通过抽气使管道内呈负压，使煤气顺利进入横管初冷器达到电捕。压力约为0.02MPa。3）电捕利用高压电除去煤气中的机械杂质及焦油，使焦油含量控制在30mg/Nm3左右。4）湿法脱硫室利用纯碱作脱硫剂，除去煤气中的H2S，使其含量控制在低于200mg/Nm3范围内。如图三所示：图三湿法脱硫5）硫氨通过反应，温度升高至40℃，除去残存的氨气和部分萘。6）终冷塔通过换热装置，控制洗涤液温度。使煤气温度降至23℃进一步除萘。7）洗苯塔煤气由塔的底部进入，塔顶处喷入新油，使煤气中的苯与之发生反应形成富油留在塔底，富油再经过管道流入处理装置，重新变成新油并循环使用。经过发应的煤气从塔顶流出，已经变得比较纯净。如图四所示：图四洗苯塔8）气柜用于储存煤气，同时缓冲压力。9）干法脱硫塔煤气由气柜流出后进入干法脱硫塔进一步脱硫。干法脱硫使用的脱硫材料是焦炭和氧化铁。经过干法脱硫塔，煤气中的H2S含量低于20mg/Nm3。煤气再经过管道送入压缩机增压，进入压缩机前的压力约为0.3kg。四、电站经过化产处理后的煤气，再经过压缩机三级增压后送入动力车间，分别进入一台燃气轮机发电机组和一台燃油/燃气锅炉使用。1、电站组成1）燃气轮机发电机组采用一台美国索拉透平公司制造的金牛60燃气轮机发电机组，ISO出力5670kW。该燃机为双燃料（煤气/柴油）系统，每次需要用柴油启动。达到一定功率后再切换使用焦炉煤气。如图五所示：图五燃气轮机发电机组2）余热锅炉采用一台南京德尔塔生产的不补燃余热锅炉，利用燃气轮机超过500℃的高温尾气产生蒸汽。锅炉每小时的蒸发量为13t，压力为12.5kg。如图六所示：图六余热锅炉3）煤气压缩机采用两台沈阳压缩机厂生产的4M16型三级压缩机，为了保证运行的可靠性，采用一开一备的运行模式。压缩机为脉动压缩，为使气液分离，加入两个缓冲罐。煤气经过进气缓冲罐后再压缩，压缩后的煤气再经过排气缓冲罐送入燃机。压缩机的流量为90M3/min，排气压2.35MPa，轴功率690kW（实际运行时在750kW左右）。煤气经一级压缩后，压力约2Kg；经二级压缩后，压力约6-8Kg；三级压缩后，压力约16.5Kg（根据实际负载调整进气阀门来控制）。压缩前，煤气要通过一个“Y”型过滤器，过滤精度为80ǖ。为了保护燃机，延长其使用寿命，在压缩机房的底部还装有一个粗/精过滤器，过滤精度为20ǖ。如图七所示：图七煤气压缩机4）燃气锅炉工厂的蒸汽需求约为20-21t/hr，为解决不足的部分，有一台以前采购的燃气锅炉，每小时产生8-10t，10kg左右的饱和蒸汽。5）水处理系统压缩机房下部有一个化水车间。两台交换柱用于制造锅炉所需的软水，一台软水罐用于储存软水。软水经化水车间流出，进入一个软水箱。通过锅炉给水泵的增压，将软水箱里的水通过管道送入锅炉中。增压泵的三台电机两开一备，每台的功率约18.5kW。2、燃机系统的运行情况金牛60燃气轮机发电机组ISO出力5670kW，在夏天平均出力约4400——4600kW，冬天出力会更高一些。该燃机为双燃料（煤气/柴油）系统，每次需要用柴油启动。柴油雾化后进入燃机，压力约为2kg，每次启动的耗油量约为200kg。从2006年4月1日正式投入使用至今，燃机已累计运行超过12000小时。除了计划内的停机保养检修外，基本保证不间断连续运行。系统运行的可靠性、稳定性得到了良好的验证。运行至今的一年时间里，机组维护总花费控制在人民币二十万元以内。主控室如图所示：图八发电机房主控室操作人员可以在燃机控制面板上进行操作，也可以坐在机房主控室内监视系统的运行。由于燃机系统的自动化程度非常高，常规运行时一般仅需要一个人在主控室监视运行情况，一个人负责巡视，加上当班负责人，整个电站仅需要七个人左右。燃机的控制面板采用美国A&B公司的产品，控制非常简单。如下图所示：图九主菜单图十发电机性能-燃气图图十一发电机概括图同时，在低压控制室内，操作人员可通过DCS系统实时监控厂区各负载的变化情况。如下图十二所示：图十二低压控制室