燃氣輪機分布式能源站在焦化企業的應用研究

中國航發燃氣輪機有限公司 遼寧 沈陽 110000

一、引言

目前的分布式能源站主要是應用于天然氣發電、供暖等領域，國家規劃也提出要建設1000個分布式能源天然氣站以供能源使用需求，推廣使用我國城市分布能源站的使用。在焦化企業中，使用分布式能源站將焦化產物進行利用，焦化煤氣在燃氣輪機分布式能源站中，進入燃氣輪機蒸汽-燃氣聯合循環進行發電，同時提取出的氫在蒽油制取中發揮作用，實現了焦化產物的多層次層級使用，實現了生產效率的提高，并提升了焦化企業的經濟效益。[1]

二、燃氣輪機分布式能源站的概述及應用

分布式能源站指的是以小規模、分散化、小容量的能源轉化裝置為主進行能源分散利用的集中轉化系統，其主要特點就是可以布置在用戶附近，實現較為方便地將能源轉化成制冷、供熱、燃氣、發電的模塊化利用，極大地提高了能源的使用效率，對于我國社會的能源浪費和資源使用分散問題做了良好的解決。[2]

在燃氣輪機分布式能源站的使用中，以燃氣輪機和燃氣內燃機為主的系統作為其發電和供能的原動機，其中以燃氣輪機的應用較為廣泛，燃氣輪機主要分為工業化重型燃氣機和航改輕型燃氣輪機。工業重型燃氣輪機主要是應用于在路地面上的發電過程制造的燃氣輪機，廣泛應用于分布式能源站的發電和熱轉化過程中，主要的特點是其體積和重量較大，對于各種原料和環境有很強的適應性，但由于其排氣溫度較高，能量的消耗和浪費較多，因此只適用于較大型機組的燃氣輪機發電過程，可以達到供熱、制冷、發電的聯合使用，同時要配備較大型的余熱鍋爐來滿足排汽量的大小需要；但輕型的航改燃氣輪機體積較小、質量較輕、設備的精度和零件要求較高，但其供氣量、供電量較小，更適用于作為發電等過程的調峰機組來使用，可以達到快速啟停、提高效率的目的，供熱、供汽的效率不如重型燃氣輪機。

燃氣輪機分布式能源站主要就是將發電系統、供熱系統綜合起來，形成分散化的能源站以供用戶需求使用，其主要在焦化煉油企業中的使用就是通過焦化產物如煤氣等，先進行預處理和提純，使之能夠滿足焦爐煤氣發電的使用要求，再進入壓縮機進行壓縮變成高壓的煤氣，與經過壓縮的高壓空氣混合，隨后送入燃氣輪機中充分燃燒，產生的高溫高壓蒸氣推動燃氣輪機的渦輪葉片旋轉，將內能轉化為汽輪機的機械能進行發電做功，帶動發電機發電，剩余的高溫高壓的蒸氣進入余熱鍋爐，將循環水加熱成為蒸汽達成供熱供汽的目的，這種分布式能源站主要的運行維護成本在于燃料的投入、其他雜項的投入，收益主要是供熱供汽以及售電的收入。

三、焦化企業對燃氣輪機分布式能源站的應用

焦化企業的主要生產產品是焦爐煤氣以及一些煤工業化工產物，其中將焦爐煤氣進行提純處理投入燃氣輪機分布式能源站使用是一種新的能源使用方式。其主要工藝流程就是先將焦爐煤氣進行提氫，提高產品中燃燒產物的熱值，提升使用效率，再進入傳統的燃氣輪機發電供熱系統進行發電使用，以達到煤氣的分散利用，最后進入余熱鍋爐以實現高溫高壓燃氣的進一步利用。[3]

(一)提純加氫。焦爐煤氣焦化企業中生產的主要高熱值氣體，其成分較為復雜也具有很高的利用價值，在焦爐煤氣中常具有大量的H2，占比約為56%，除此而外還含有CO、CO2，大量CH4和少量氮氣和稀有氣體和微量氣體，為了實現對焦爐煤氣的熱值有所提升，在實際過程中常會采取提氫的處理工藝，將其單位含量的氣體熱值進行提升，提氫前為17.696MJMJ/Nm3，提氫后為23.590MJ/Nm3的能量密度。主要流程就是先將焦爐煤氣進行預處理，實現脫除萘和焦油等雜質；再將預處理過后的氣體進入另一個循環以除去氣體中的氨氣、硫化氫和一些芳香烴，達成吸附和提純的目的，隨后進入VPSA工序提取氫氣產品以供其他設備使用，將煤氣產品送入下一道工序進行生產。

(二)發電供汽供熱。焦爐煤氣經過提氫操作后，再進行脫硫、洗苯等凈化過程使其達到進入燃氣輪機分布式能源站使用的基本要求。先經過加壓過程將煤氣加壓成為2.6MPa以上的氣體，與進入燃氣輪機的高溫高壓氣體進行混合，從而能更好地進行生產使用，將其燃燒后推動燃氣輪機渦輪葉片發電，送入變電站。將最后產生的余熱蒸汽進入余熱鍋爐內進行重復使用和放熱，隨后將乏氣進入煙囪進行散熱，最后將發電后的低溫蒸汽凝結成為凝結水再進入循環水系統進行使用，達到整體效率的提升。

四、焦化企業燃氣輪機分布式能源站的經濟效益

在焦化企業的燃氣輪機分布式能源站應用中，主要是使用了兩用一備的電站工作模式，用兩個燃氣輪機進行主要生產，配備蒸汽輪機作為分布式能源站的備用生產設備，以達到能源生產的穩定和高效。一般來說當具有蒸汽壓力要求時，采用余熱鍋爐進行生產，當還有制冷要求時，則需要配備制冷機等來進行生產，以達到更高的經濟效益和效率。當沒有這部分供熱供汽以及制冷要求時，可以考慮采用余熱發電裝置來實現對燃氣余熱的進一步使用，以達到不同的生產要求和提高焦化企業中燃氣輪機分布式能源站的生產效率。采用冷熱電三項目進行聯產的生產模式，可以大大提高燃氣輪機的經濟性，最終燃氣輪機分布式能源站的年平均熱效率應達到80%以上，建成的區域性能源站可以實現更好的靈活性和發展前景，推進國家的安全性環保型能源政策施行，促進我國焦化企業的節能減排和社會主義經濟、生態建設。[4]

結論

綜上而言，在焦化企業中的燃氣輪機分布式能源站可以實現能源安全轉化效率的最大化，遵循經濟性、需求性和環保性的結合原則，分批分散建成我國分布式能源站基本體系，有力地推進我國的社會主義建設，將焦化企業的節能減排目標貫穿始終。