內燃機利用焦爐煤氣發電技術

1 焦爐煤氣利用現狀
　　在煉焦生產過程中，轉變為焦爐煤氣的煤炭約占初始總量的15%。目前煉焦行業逐步向精細化方向發展，對焦爐煤氣的合理利用將是焦化企業提高綜合效益的一條有利途徑。國內行業對焦爐煤氣的利用情況是：
　（1）大中型焦化廠主要是向附近城鎮提供民用燃氣，其特點是：投資規模較大；中間環節由煤氣公司控制，不能實現最大效益；冬季用量大，夏季用量小，因季節變換能源不能充分利用。
　（2）小型焦化廠的焦爐煤氣除部分用于燒鍋爐外，大部分點燃放空處理，除造成資源浪費外，對環境也造成很大的污染。
　隨著我國“西氣東輸”工程的實施，對天然氣的應用將不可避免地取代很大一部分煤氣的市場。這體現在兩方面：一是天然氣的價格將低于煤氣。目前西氣輸到東部的天然氣門站價格為1.0～1.3元/m3，用戶零售價格為1.1～1.8元/m3，單位熱值售價約為0.22元/m3，而人工煤氣未計財政補貼的單位熱值售價約為0.34～0.41元/m3。通過對比可以看出，天然氣在價格方面對煤氣已經構成了很大的威脅；二是在覆蓋地域方面，雖然目前天然氣的供氣范圍相對煤氣還較小，但是隨著“西氣東輸”、“俄氣南供”、“近海氣登陸”等國家重點工程的實施，天然氣管網將覆蓋東北、華北、華南等地區，城市燃氣中天然氣的比重將會有較大提高。
　　上述事實表明：大中型焦化企業需要尋找新的焦爐煤氣利用方式，以便應對將來民用煤氣需求量的降低；小型焦化廠同樣需要尋找合理的焦爐煤氣利用方式，以便變廢為寶，提高企業效益，并滿足國家及地方政府對環保的要求。
2 焦化尾氣發電應用前景
　　我國焦化廠數目眾多，焦化廠的副產品——焦化尾氣（煤氣）資源十分豐富。采用內燃機發電，一次性投資小，建站周期短，功率范圍可根據焦化尾氣產量的大小確定，并且搬遷十分方便，這非常適合于中小型焦化廠。數臺焦化尾氣發電機組并車構成電站，可自成一個小電網，也可并入大電網，同樣能夠滿足大型焦化廠使用要求。正常情況下使用焦化尾氣發電驅動作業機械，當氣源出現問題或焦化尾氣發電機組需要檢修時，可以使用原配套電網，使生產、生活不受影響，降低生產成本，提高經濟效益。因此內燃機組發電是目前解決焦化尾氣應用問題的一條好途徑。
　　內燃機利用焦化尾氣發電還具有以下特點：
　?。?）建設周期短。正常條件下，采用內燃機建設一個總裝機容量為2000kW的電站，建設周期一般在20天左右。
　（2）可以實現焦化廠安全生產的雙回路供電。利用焦化尾氣發電，能夠改善供電條件，實現雙回路供電，尤其對處于用電緊張地區的焦化廠，可以不受外界供電的影響，保證生產的正常運行。
（3）有利于環境保護。焦化尾氣主要成分是甲烷、氫氣、一氧化碳等，利用焦化尾氣發電不但可以變廢為寶，同時可減少因排空燃燒造成的空氣污染，對環境保護工作具有積極的意義。
　（4）方便搬遷。焦化尾氣發電機組體積小，占地面積小，基礎建設投資少，電站能夠方便地移走。若采用撬裝式電站，移動更加方便，只需安裝冷卻系統就可繼續發電。
　（5）電站規模選擇范圍寬。焦化廠可根據排放焦化尾氣多少選擇電站規模，焦化尾氣發電機組品種多，功率齊全。
3 焦爐煤氣發電方案
3.1 焦爐煤氣發電工藝
　　結合焦爐煤氣利用現狀，提出利用大中功率內燃機發電機組進行焦爐煤氣發電綜合利用的方案。焦爐煤氣經過常規的降溫、脫硫、脫焦油、脫水處理，直接被內燃機發電機組利用，轉化為電能驅動焦化廠內自身的用電設備，多余的電能上網，避免煤氣排空。有條件的單位，可以將發動機的余熱再利用，帶動中央空調及提供生產生活用熱水、蒸汽等，通過熱電聯供綜合利用方式，焦爐煤氣的利用效率可以達到70%～85%，為企業創造更可觀的經濟效益。焦爐煤氣發電工藝流程如圖1所示。
3.2 焦爐煤氣發電設備

圖1 焦爐煤氣發電工藝流程
　　焦化尾氣發動機以焦化尾氣為燃料，進氣方式采用微電子控制技術，可根據焦化尾氣濃度的變化對混合氣空燃比進行自動調節，并具有有效的防爆措施，能夠保證發動機始終處于最佳工作狀態。該發動機主要用來發電，也可以直接驅動工程機械。
　　焦化尾氣發電機組主要采用下列技術：
　?。?）空燃比電控混合技術：“電控混合器”是焦化尾氣發電機組的核心部件，適用于氣體壓力極低的場所，只要氣體壓力在980Pa以上即可，同時對燃氣熱值要求也降低了，熱值只要在3780kJ以上就可應用。
　（2）預燃技術：預燃技術是指先由火花塞點燃預燃室的混合氣，然后出現多個著火點，引燃燃燒室的混合氣。其優點是：降低排溫，使排氣溫度降低50～100℃；實現稀燃；用于大缸徑的發動機上，可以使燃燒更加充分。內置式預燃技術可將排溫控制在550℃左右，減少缸蓋等主要件的損耗，從而延長整機的使用壽命，同時降低氣耗，功效提高30%左右。
　（3）數字式點火技術：該技術是由電控單元根據不同類型的燃氣機或燃氣機不同的工況，從軟件上調整點火能量和點火時間。此點火系統尤其適合多缸機型，可分別調整每個缸的點火能量和點火時間，使每個氣缸都能在最佳狀態下工作，發揮機器的最大能力，提高熱效率。
　（4）增壓中冷技術：采用電控混合器，空氣與燃氣在增壓器前混合，然后經過增壓器增壓，再經中冷器冷卻后進入氣缸。此種機型既提高了單機功率，又無需配置壓縮機組。
　（5）自動保護技術：發電機組控制屏具有過載、短路、欠壓及逆功率等保護功能，遠傳顯示器與安裝在發動機上的監控儀配合，可實時監控發動機冷卻水溫、機油溫度及壓力、轉速等，保證機組安全運行。
3.3 經濟效益分析
　　目前，內燃機利用焦爐煤氣發電已分別在山東、陜西等地焦化廠形成了一定的規模。焦化尾氣低熱值約在12600～16800kJ/m3，可發電1.3kW.h/m3，每天放空量達到10萬m3的焦化廠，即可組建4臺1200GF的燃氣發電站（裝機功率4800kW）。
　建站投資包括：機組費用1192萬元，基建費用25萬元，電器費用40萬元，冷卻系統費用20萬元，安裝費用10萬元，其它不可預測費用5萬元，合計1292萬元。
　年運行費用包括：人員費用：電站日常維護保養需要 10人，每人每年按1.2萬元計算，合計為12萬元；機油消耗：每臺每年消耗機油16000kg，價格為6元/ kg，總費用為38.4萬元；配件及維修費用：每臺機組5萬元，合計為20萬元；管理費用：10萬元；不可預測費用：5萬元。合計：85.4萬元。
　　按4臺機組運行計算，每臺平均負荷800kW，每年按330天正常運轉（其余時間用作維護保養），電價按每度0.36元計算，則：每年電費收入912.3萬元；每年凈收益826.9萬元；投資回收期1.56年。
　通過上面的投資分析可知，內燃機利用焦化尾氣發電經濟效益相當可觀。焦化尾氣利用是一項節能環保項目，根據國家有關能源政策和采取“多種氣源、多種途徑、因地制宜、合理利用”的燃氣發展方針，各地政府十分重視煤氣產業，一些地方　　政府也出臺了煤氣能源利用的方針政策，利用焦爐煤氣發電可免稅，免交上網裝備費，同網同價，滿發滿供等。這些為該項目的實施提供了比較優越的外部條件。