中国平煤神马集团平顶山朝川焦化有限公司 河南汝州 467522
摘要：在炼焦生产过程中，转变为焦炉煤气的煤炭约占初始总量的15%。利用焦炉煤气发电能较好地实现变废为宝；同时，螺杆膨胀动力机利用燃气轮机尾排气烧锅炉产生的余热蒸汽进行发电，为公司提供电力，提高企业效益，满足国家及地方政府提出的大力发展循环经济和搞好环保的要求。
关键词：焦炉煤气 发电 节能减排 效益
1 前言
我国是世界焦炭产量最大的国家，作为焦炭生产大国，但是相当一批焦化企业的炼焦煤气无法综合利用，而焦炉煤气的主要成分是H2、CH4和CO，且有毒、易爆，排往空中，无疑将使生态环境遭到破坏还会引发火灾爆炸事故。利用焦炉煤气作为燃料生产高品位的电能，是焦炉煤气变废为宝的主导方向，将空排的焦炉煤气用于发电。中国平煤神马集团平顶山朝川焦化有限公司年产焦炭90万吨，煤气发生量3.8×109m3/年，焦炉煤气经过净化处理后，富余部分输送到QDR20型燃气轮机进行内直燃发电。燃气轮机尾气进入锅炉换热生产蒸汽，进一步利用余热蒸汽，采用螺杆膨胀动力机进行发电。
2 热电联供发电工艺
朝川焦化有限公司的QDR20型燃气轮机热电联供项目，采用的是WJ6G1燃气轮机，利用焦炉煤气为燃料，进入燃气轮机燃烧室直燃，热膨胀做功驱动发电机组和励磁机进行发电，燃气轮机排出的尾气（约400℃左右）余热进入配套余热锅炉换热生产蒸汽，供公司生产生活使用，富余余热蒸汽引入螺杆膨胀动力机进行发电，整套工艺较好地实现了热电联供。
3 发电机组主要性能参数
3.1 QDR20燃气轮机配套发电机组的主要性能参数如下（在标准状态下）
额定输出电功率 2000KW
额定电压 6.3KV
燃气轮机型号 WJ6G1
余热锅炉蒸发量 6.5T/h
蒸汽压力（表压） 0.8～0.95Mpa
使用燃料 焦炉煤气
发电机型号 TF2500-6/1340
蒸汽出口温度 175.4℃（按用户要求）
燃料耗率 15.65MJ/KW·h（额定工况）
3.2 SEPG500-600-2250-1.65-C型余热蒸汽螺杆动力膨胀机发电机组的主要性能参数如下（在标准状态下）
⑴ 机组基本参数
① 进气压力： 0.7 MPa， 排气压力： 0.14 MPa；
② 进气温度： 167 ℃ ， 排气温度： 109 ℃ ；
③ 输出转速： 2250 rpm；
④ 蒸汽平均流量： 12t/h。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
⑵ 发电机参数
①转速：1500 rpm；
②额定容量：600kw ；
③额定发电功率： 550 kw
④ 额定电压：0.4 kv ；
⑤ 额定电流 ： 1031～1718 A ；
⑥频率： 50 Hz ；
⑦ 功率因cosφ：0.8
⑶ 减速机参数
①输入转速 ：2250 rpm；
②输出转速： 1500 rpm ；
③传输功率： 600kw；
④减速比： 1.5：1
4 发电工艺流程
4.1发电工艺概述
煤气经过化工厂的常规降温、气液分离、电捕脱焦油、脱硫、脱铵、脱苯、终冷除萘等环节处理净化以后，经过焦炉煤气压缩机压缩后将低压煤气（约6000～7000Pa）压缩成高压煤气（约0.9Mpa左右），经过稳压罐稳压，活性炭吸附塔吸附净化，流经汽水分离器后最后通过中空纤维进行精过滤以后，在发电机组配套的液压站燃料调节的作用下，送入WJ6G1燃气轮机的燃烧室；同时励磁机起动燃气轮机，燃气轮机的压气机在起动时将空气吸入，当转速达到一定数值时，燃料系统开始供给燃料，与进来的空气在燃烧室混合燃烧，产生的高温、高压燃气驱动动力涡轮，一部分涡轮带动压气机，以保证空气的连续供给，另一部分以轴功的形式输出，保证企业自身的设备用电，富余电能输送至电网，避免了煤气的对空排放污染环境。另外，燃气轮机排出的高温尾气流经余热锅炉时，与锅炉蒸发器内翅片管中的水进行热交换，产生的高温饱和蒸汽供生产、生活之用，实现了热电联供，富余蒸汽供蒸汽发电机组发电使用。当燃气轮机起动成功以后，励磁机就不提供动力带动燃气轮机，燃气轮机靠自身发出的功率维持运转。当发电机组进入发电状态，励磁机起到励磁作用。WJ6G1燃气轮机的热效率为20%～23%；作为QDR20型燃气轮机热电联供机组的动力，额定负荷为2000KW。同时，装有余热锅炉可产饱和蒸汽6±0.5T/h,这样机组热能总利用率达到65～70%，可为企业创造可观的经济效益。
从QDR20型燃气轮机发电机组的余热锅炉蒸汽管网，DN300的母管上开口接出DN200蒸汽管，作为螺杆动力膨胀机能源动力介质，蒸汽进入螺杆动力膨胀机作功，带动螺杆机运转，通过减速箱驱动发电机发电（发电机组装机功率600kw，额定发电功率550kw。）螺杆机尾蒸汽外供部分生活用汽。
4.2 发电工艺配套工艺系统
4.2.1 焦炉煤气增压系统
通过管道输送过来的低压煤气，进入焦炭过滤器后进入煤气柜中转，经煤气压缩机粗过滤器过滤后，输送至煤气压缩机，经过其一级压缩后压力到达0.30 MPa左右，温度：≤140℃，经过一级冷却器冷却以后进入二级气缸压缩出来后压力增至0.9±0.5 MPa，温度：≤160℃，再经过二级冷却器冷却以后（此时温度≤50℃）输送至燃气轮机。
4.2.2 燃气轮机发电系统
在燃气轮机发电机机组中，燃气轮机作为动力机，其将焦炉煤气中的热能转换成机械能，通过涡轮热膨胀驱动发电机组发电，将机械能转化成电能。当燃气轮机开始点火后，高压煤气经过燃料调节阀调节进入燃烧室，与压气机吸入的空气均匀混合并点火燃烧以后产生高温高压的燃气开始驱动涡轮运转升速至12087r/min后并网、发电。
4.2.3 余热锅炉系统
在额定状态下，从燃气轮机涡轮排出的尾气流量约为20kg/s，温度约为400℃，余热锅炉是利用燃气轮机排出的高温气体与锅炉蒸发器内翅片管中的软化水换热，在汽包中产生压力0.6MPa温度160℃左右的饱和蒸汽，供生产、生活之用。
5 综合效益
利用焦炉煤气进行发电，设计平均可发电功率2000KW/台，6台机组年可发电量约7200万KWh；螺杆动力膨胀机发电设计平均可发电功率550KW，可利用低压蒸汽约12吨/小时， 年发电量约412.5万KWh，按年运行时间7200小时，电价0.7元/KWh计算，发电年经济效益约5241万元人民币；并且对节能减排和环境保护均产生可观的经济和社会效益。
6 参考文献
[1] 赵钦新. 余热锅炉研究与设计[N]. 中国标准出版社. 2010（9）
[2] 付忠广、张辉. 电厂燃气轮机概论[N]. 机械工业出版社. 2018（12）
论文作者:彭小真
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：燃气轮机论文; 煤气论文; 焦炉论文; 蒸汽论文; 余热论文; 机组论文; 螺杆论文; 《工程管理前沿》2019年第14期论文;