利用内燃机实现焦化尾气发电的工程应用

利用内燃机实现焦化尾气发电的工程应用

安军

四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610000

【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4000 Nm³/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

（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

4 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、经济效益可观。

参考文献

［1］赵启成，岳岱巍，李鹏．高炉煤气余热发电技术方案比较[J] ．华电技术，2018.8:66~68.

［2］赵见祥，陈茂松．焦炉煤气发电机组的研制开发与应用[J]．内燃机与动力装置，2016.12:11~14.