优点:
● 设备集成度高,安装快捷。 ● 对气体中的粉尘要求不高, ● 基本不需要水。 缺点:
● 综合热效率低:虽然发电效率可达30%,通常只有热水而没有蒸汽,无法同时满足用户用电和用蒸汽的要求。
● 机组可用性和可靠性较低:从目前其它焦化厂使用的燃气内燃发电机组的运行情况来看,机组的稳定性不高,运行100~200小时就停机检修,有时不得不采取增加发电机组台数的办法,来消除利用率低的影响。
● 燃料的不同,对机组出力影响较大:一台500kW燃气内燃发电机组当燃用焦化煤气时(4000kcal/m3),其出力仅为燃用天然气时的55%左右(280~320kW)。
● 单机容量小:目前国内生产的机组大多为1000kW,燃用焦炉煤气其出力仅为600kW左右。
● 气缸、进排气阀、火花塞更换频繁; ● 需要频繁更换机油,消耗材料比较大,
● 内燃机设备对焦化煤气中的水分子含量和硫化氢比较敏感,可能导致硫化氢和水形成硫酸腐蚀问题,需要采取一些必要措施加以克服。 建站投资情况:
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采用国产燃气内燃机发电主要是单机容量偏小,组成的台数也多,500kW级燃气内燃机只能以380V等级并网,因此只能作为厂用电电源,还无法实现大规模利用焦化煤气,同时也难以满足大型设备的启动和运行;机组对煤气热值要求高(热值需稳定,而焦化厂很难保证煤气热值不变化),因此机组适应范围小,稍有波动,即影响机组的稳定运行。根据用户实地考察的煤气发电机组实际运行情况,长期运行时发电功率仅能达到额定功率的64%,机组不能做到满发满供,也不能满足供蒸汽的要求。
热效率约为30% 。单位投资为4000元/kW左右。 三、采用燃气轮机联合循环热电联产方式
装机容量128.82MW,外供蒸汽80t/h。
从工作原理上看,燃气轮机无疑是最适合焦化煤气利用的工艺技术之一:燃气轮机是从飞机喷气式发动机的技术演变而来的,它通过轴流压气机将空气压缩,高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧,燃气急速膨胀推动动力涡轮旋转做功驱动发电机发电,因为是旋转持续做功,可以利用热值比较低的燃料气体。
燃气轮机产生的废热烟气温度高达450~550℃,可以通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽,驱动汽轮机再发电,构成燃气轮机—蒸汽轮机联合循环发电,综合发电效率可以达到45~50%,一些大型机组甚至可以超过55%,如果采用热电联供,综合热效率可达到75%以上。燃油和燃天然气的联合循环电厂在国内外都有上千套运行,对于燃料为焦炉煤气,国内企业已经开始有所尝试,并取得不少的经验。
采用燃气轮机的优势相对比较多;首先设备的可用性和可靠性较高,燃气轮机发电机组综合利用率一般可保持在90%以上;再有就是发电额定出力稳定性好,一般不会减少,甚至因为燃料进气量增加而有所增加;第三,联合循环电厂又具有环保性能好,无飞灰,排污少,占地少,耗水量少,操作人员精简,建设周期短,见效快等特点,因此采用燃气—蒸汽联合循环发电厂本身就是一项节能举措,也是一个节能项目,是目前国家大力提倡的最好的节能途径。
但是,燃气轮机燃料进气压力要求比较大;越是发电效率高的机组,燃料(COG)进气压力越高,需使用煤气压缩机来压缩煤气,压缩煤气要消耗大量的能量,提高了厂用电率,影响到电厂的实际输出功率;某些机型甚至要消耗燃气轮
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机发电机组12~14%的功率,对于联合循环项目可能是10~15%的输出功率,采用联合循环系统比较复杂,总投资也比较大,同时汽轮机搬迁也比较困难。
焦炉煤气在国际上主要归类为高氢燃料,燃气轮机在我国焦炉煤气利用上已经有不少成功的尝试,根据某能源本项目提供的焦炉煤气资料,本项目采用燃气轮机的方式情况如下:
装机容量(以发电机计):128.82MW,实际发电量118.94MW,外供电量104.83MW,外供蒸汽80t/h。
根据焦炉煤气气量及热值,可选用3台32MW等级燃气轮机组和一台C25-4.9/0.981抽凝式汽轮机配置3台双压余热锅炉(高压5.3MPa、475℃、42.98/h,低压1.1MPa、220℃、4.768t/h)。
该方案可满足某能源下属用电和用汽的要求。 优点:
● 实际发电容量达118.94MW,热效率为65.245%(含外供蒸汽)。
● 单位装机千瓦投资少(5356元/kW)、电厂建设周期短,投资回收周期短。 ● 机组结构简单、启动迅速、运行稳定、故障率低、维修工作量小、灵活方便、自动化程度高。 ● 占地面积小
● 水消耗量小,LM2500+G4燃气轮机发电机组每台机组需要的冷却水循环量约250t/h。(消耗量约为4.4t/h、大气温度25~40℃)。 缺点:
● 燃气轮机联供机组需按制造厂家要求进行定期的维护检查工作,燃气轮机大修需返制造厂修理,燃料进气压力要求高,需增设煤气增压装置。
各发电方式比较表
项目 装机型式 额定功率 机组自用耗电率 外供电能力 装机台数 外供蒸汽 专业资料
方式一 蒸汽轮机 66087kW 12% 58157kW 3+3台套 80t/h 方式二 燃气内燃机 78750kW 6% 74025kW 63台套 不能供蒸汽只能供热水 方式三 燃气轮机 118938kW 11.86% 104832kW 3+3+1台套 80t/h 结论:
通过以上三个方式的比较,综合各方面条件,方式三在燃气供应保证情况下,其组合方式较优,较合适地应用于本项目;因此本报告推荐选用方式三,并以此方式进行本报告的研究分析论证。 3.2. 燃气轮发电机组选择
燃气轮机是一种以空气及燃气为工质、靠连续燃烧燃料做功的旋转式热力发动机,主要结构有三部分:1.压气机(空气压缩机);2.燃烧室;3.透平(动力涡轮)。其工作原理为:轴流式压气机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧室,同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在受控方式下进行定压燃烧。生成的高温高压烟气进入透平膨胀做功,推动动力叶片高速旋转,从而使得转子旋转做功,转子做功的大部分(现时情况下约2/3左右)用于驱动压气机,另约1/3的功率被输出用来驱动机械设备,如发电机、泵、压缩机等。透平出来的烟气温度大约540℃,通常被排入大气中或再加利用(如利用余热锅炉进行联合循环)。
燃气轮机发电机组构成联合循环,热电联供广泛应用于世界各地,机组普遍采用天然气,LPG,柴油,重油作为燃料,采用煤气化技术的IGCC燃气轮机发电在国内外也有应用的例子。应用高炉煤气和焦炉煤气进行联合循环发电在我国也有一些项目应用。
由于焦炉煤气采用燃气轮机发电起步相对较晚,运行经验相对较少,加上可燃用焦炉煤气的燃气轮机发电机组普遍为国外机组,总投资费用和维护维修费用相对较高,机组运行管理水平要求也较高,因此以前的焦炉煤气综合利用普遍采用锅炉+汽轮机的发电、供热模式,相比而言总投资额度低,但这种方式能源利用率低,排放污染高,严重地浪费了能源和污染了环境。随着我国经济能力的增强,对循环经济和节能减排作为国策来加以重视。因此国内一些有见识、经济实力强的焦化企业对焦炉煤气综合利用采用高效率、低排放的燃气轮机发电机组联合循环开始进行尝试和建设运行。
受某能源委托,和业主共同对国内外燃气轮机生产厂商的适宜于焦炉煤气发电的燃气轮机发电机组进行认真的调研,从燃气轮机发电机组的系统参数、消耗的煤气量,烟气排放指标、机组可靠性和可维护性、操作性和自动化程度、发电效率及机组性价比等多方面综合评定,对于GE公司的LM2500+G4(RC318)燃
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