内燃机利用焦炉煤气发电技术

1 焦炉煤气利用现状
　　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%。目前炼焦行业逐步向精细化方向发展，对焦炉煤气的合理利用将是焦化企业提高综合效益的一条有利途径。国内行业对焦炉煤气的利用情况是：
　（1）大中型焦化厂主要是向附近城镇提供民用燃气，其特点是：投资规模较大；中间环节由煤气公司控制，不能实现最大效益；冬季用量大，夏季用量小，因季节变换能源不能充分利用。
　（2）小型焦化厂的焦炉煤气除部分用于烧锅炉外，大部分点燃放空处理，除造成资源浪费外，对环境也造成很大的污染。
　随着我国“西气东输”工程的实施，对天然气的应用将不可避免地取代很大一部分煤气的市场。这体现在两方面：一是天然气的价格将低于煤气。目前西气输到东部的天然气门站价格为1.0～1.3元/m3，用户零售价格为1.1～1.8元/m3，单位热值售价约为0.22元/m3，而人工煤气未计财政补贴的单位热值售价约为0.34～0.41元/m3。通过对比可以看出，天然气在价格方面对煤气已经构成了很大的威胁；二是在覆盖地域方面，虽然目前天然气的供气范围相对煤气还较小，但是随着“西气东输”、“俄气南供”、“近海气登陆”等国家重点工程的实施，天然气管网将覆盖东北、华北、华南等地区，城市燃气中天然气的比重将会有较大提高。
　　上述事实表明：大中型焦化企业需要寻找新的焦炉煤气利用方式，以便应对将来民用煤气需求量的降低；小型焦化厂同样需要寻找合理的焦炉煤气利用方式，以便变废为宝，提高企业效益，并满足国家及地方政府对环保的要求。
2 焦化尾气发电应用前景
　　我国焦化厂数目众多，焦化厂的副产品——焦化尾气（煤气）资源十分丰富。采用内燃机发电，一次性投资小，建站周期短，功率范围可根据焦化尾气产量的大小确定，并且搬迁十分方便，这非常适合于中小型焦化厂。数台焦化尾气发电机组并车构成电站，可自成一个小电网，也可并入大电网，同样能够满足大型焦化厂使用要求。正常情况下使用焦化尾气发电驱动作业机械，当气源出现问题或焦化尾气发电机组需要检修时，可以使用原配套电网，使生产、生活不受影响，降低生产成本，提高经济效益。因此内燃机组发电是目前解决焦化尾气应用问题的一条好途径。
　　内燃机利用焦化尾气发电还具有以下特点：
　　（1）建设周期短。正常条件下，采用内燃机建设一个总装机容量为2000kW的电站，建设周期一般在20天左右。
　（2）可以实现焦化厂安全生产的双回路供电。利用焦化尾气发电，能够改善供电条件，实现双回路供电，尤其对处于用电紧张地区的焦化厂，可以不受外界供电的影响，保证生产的正常运行。
（3）有利于环境保护。焦化尾气主要成分是甲烷、氢气、一氧化碳等，利用焦化尾气发电不但可以变废为宝，同时可减少因排空燃烧造成的空气污染，对环境保护工作具有积极的意义。
　（4）方便搬迁。焦化尾气发电机组体积小，占地面积小，基础建设投资少，电站能够方便地移走。若采用撬装式电站，移动更加方便，只需安装冷却系统就可继续发电。
　（5）电站规模选择范围宽。焦化厂可根据排放焦化尾气多少选择电站规模，焦化尾气发电机组品种多，功率齐全。
3 焦炉煤气发电方案
3.1 焦炉煤气发电工艺
　　结合焦炉煤气利用现状，提出利用大中功率内燃机发电机组进行焦炉煤气发电综合利用的方案。焦炉煤气经过常规的降温、脱硫、脱焦油、脱水处理，直接被内燃机发电机组利用，转化为电能驱动焦化厂内自身的用电设备，多余的电能上网，避免煤气排空。有条件的单位，可以将发动机的余热再利用，带动中央空调及提供生产生活用热水、蒸汽等，通过热电联供综合利用方式，焦炉煤气的利用效率可以达到70%～85%，为企业创造更可观的经济效益。焦炉煤气发电工艺流程如图1所示。
3.2 焦炉煤气发电设备

图1 焦炉煤气发电工艺流程
　　焦化尾气发动机以焦化尾气为燃料，进气方式采用微电子控制技术，可根据焦化尾气浓度的变化对混合气空燃比进行自动调节，并具有有效的防爆措施，能够保证发动机始终处于最佳工作状态。该发动机主要用来发电，也可以直接驱动工程机械。
　　焦化尾气发电机组主要采用下列技术：
　　（1）空燃比电控混合技术：“电控混合器”是焦化尾气发电机组的核心部件，适用于气体压力极低的场所，只要气体压力在980Pa以上即可，同时对燃气热值要求也降低了，热值只要在3780kJ以上就可应用。
　（2）预燃技术：预燃技术是指先由火花塞点燃预燃室的混合气，然后出现多个着火点，引燃燃烧室的混合气。其优点是：降低排温，使排气温度降低50～100℃；实现稀燃；用于大缸径的发动机上，可以使燃烧更加充分。内置式预燃技术可将排温控制在550℃左右，减少缸盖等主要件的损耗，从而延长整机的使用寿命，同时降低气耗，功效提高30%左右。
　（3）数字式点火技术：该技术是由电控单元根据不同类型的燃气机或燃气机不同的工况，从软件上调整点火能量和点火时间。此点火系统尤其适合多缸机型，可分别调整每个缸的点火能量和点火时间，使每个气缸都能在最佳状态下工作，发挥机器的最大能力，提高热效率。
　（4）增压中冷技术：采用电控混合器，空气与燃气在增压器前混合，然后经过增压器增压，再经中冷器冷却后进入气缸。此种机型既提高了单机功率，又无需配置压缩机组。
　（5）自动保护技术：发电机组控制屏具有过载、短路、欠压及逆功率等保护功能，远传显示器与安装在发动机上的监控仪配合，可实时监控发动机冷却水温、机油温度及压力、转速等，保证机组安全运行。
3.3 经济效益分析
　　目前，内燃机利用焦炉煤气发电已分别在山东、陕西等地焦化厂形成了一定的规模。焦化尾气低热值约在12600～16800kJ/m3，可发电1.3kW.h/m3，每天放空量达到10万m3的焦化厂，即可组建4台1200GF的燃气发电站（装机功率4800kW）。
　建站投资包括：机组费用1192万元，基建费用25万元，电器费用40万元，冷却系统费用20万元，安装费用10万元，其它不可预测费用5万元，合计1292万元。
　年运行费用包括：人员费用：电站日常维护保养需要 10人，每人每年按1.2万元计算，合计为12万元；机油消耗：每台每年消耗机油16000kg，价格为6元/ kg，总费用为38.4万元；配件及维修费用：每台机组5万元，合计为20万元；管理费用：10万元；不可预测费用：5万元。合计：85.4万元。
　　按4台机组运行计算，每台平均负荷800kW，每年按330天正常运转（其余时间用作维护保养），电价按每度0.36元计算，则：每年电费收入912.3万元；每年净收益826.9万元；投资回收期1.56年。
　通过上面的投资分析可知，内燃机利用焦化尾气发电经济效益相当可观。焦化尾气利用是一项节能环保项目，根据国家有关能源政策和采取“多种气源、多种途径、因地制宜、合理利用”的燃气发展方针，各地政府十分重视煤气产业，一些地方　　政府也出台了煤气能源利用的方针政策，利用焦炉煤气发电可免税，免交上网装备费，同网同价，满发满供等。这些为该项目的实施提供了比较优越的外部条件。