燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究

中国航发燃气轮机有限公司 辽宁 沈阳 110000

一、引言

目前的分布式能源站主要是应用于天然气发电、供暖等领域，国家规划也提出要建设1000个分布式能源天然气站以供能源使用需求，推广使用我国城市分布能源站的使用。在焦化企业中，使用分布式能源站将焦化产物进行利用，焦化煤气在燃气轮机分布式能源站中，进入燃气轮机蒸汽-燃气联合循环进行发电，同时提取出的氢在蒽油制取中发挥作用，实现了焦化产物的多层次层级使用，实现了生产效率的提高，并提升了焦化企业的经济效益。[1]

二、燃气轮机分布式能源站的概述及应用

分布式能源站指的是以小规模、分散化、小容量的能源转化装置为主进行能源分散利用的集中转化系统，其主要特点就是可以布置在用户附近，实现较为方便地将能源转化成制冷、供热、燃气、发电的模块化利用，极大地提高了能源的使用效率，对于我国社会的能源浪费和资源使用分散问题做了良好的解决。[2]

在燃气轮机分布式能源站的使用中，以燃气轮机和燃气内燃机为主的系统作为其发电和供能的原动机，其中以燃气轮机的应用较为广泛，燃气轮机主要分为工业化重型燃气机和航改轻型燃气轮机。工业重型燃气轮机主要是应用于在路地面上的发电过程制造的燃气轮机，广泛应用于分布式能源站的发电和热转化过程中，主要的特点是其体积和重量较大，对于各种原料和环境有很强的适应性，但由于其排气温度较高，能量的消耗和浪费较多，因此只适用于较大型机组的燃气轮机发电过程，可以达到供热、制冷、发电的联合使用，同时要配备较大型的余热锅炉来满足排汽量的大小需要；但轻型的航改燃气轮机体积较小、质量较轻、设备的精度和零件要求较高，但其供气量、供电量较小，更适用于作为发电等过程的调峰机组来使用，可以达到快速启停、提高效率的目的，供热、供汽的效率不如重型燃气轮机。

燃气轮机分布式能源站主要就是将发电系统、供热系统综合起来，形成分散化的能源站以供用户需求使用，其主要在焦化炼油企业中的使用就是通过焦化产物如煤气等，先进行预处理和提纯，使之能够满足焦炉煤气发电的使用要求，再进入压缩机进行压缩变成高压的煤气，与经过压缩的高压空气混合，随后送入燃气轮机中充分燃烧，产生的高温高压蒸气推动燃气轮机的涡轮叶片旋转，将内能转化为汽轮机的机械能进行发电做功，带动发电机发电，剩余的高温高压的蒸气进入余热锅炉，将循环水加热成为蒸汽达成供热供汽的目的，这种分布式能源站主要的运行维护成本在于燃料的投入、其他杂项的投入，收益主要是供热供汽以及售电的收入。

三、焦化企业对燃气轮机分布式能源站的应用

焦化企业的主要生产产品是焦炉煤气以及一些煤工业化工产物，其中将焦炉煤气进行提纯处理投入燃气轮机分布式能源站使用是一种新的能源使用方式。其主要工艺流程就是先将焦炉煤气进行提氢，提高产品中燃烧产物的热值，提升使用效率，再进入传统的燃气轮机发电供热系统进行发电使用，以达到煤气的分散利用，最后进入余热锅炉以实现高温高压燃气的进一步利用。[3]

(一)提纯加氢。焦炉煤气焦化企业中生产的主要高热值气体，其成分较为复杂也具有很高的利用价值，在焦炉煤气中常具有大量的H2，占比约为56%，除此而外还含有CO、CO2，大量CH4和少量氮气和稀有气体和微量气体，为了实现对焦炉煤气的热值有所提升，在实际过程中常会采取提氢的处理工艺，将其单位含量的气体热值进行提升，提氢前为17.696MJMJ/Nm3，提氢后为23.590MJ/Nm3的能量密度。主要流程就是先将焦炉煤气进行预处理，实现脱除萘和焦油等杂质；再将预处理过后的气体进入另一个循环以除去气体中的氨气、硫化氢和一些芳香烃，达成吸附和提纯的目的，随后进入VPSA工序提取氢气产品以供其他设备使用，将煤气产品送入下一道工序进行生产。

(二)发电供汽供热。焦炉煤气经过提氢操作后，再进行脱硫、洗苯等净化过程使其达到进入燃气轮机分布式能源站使用的基本要求。先经过加压过程将煤气加压成为2.6MPa以上的气体，与进入燃气轮机的高温高压气体进行混合，从而能更好地进行生产使用，将其燃烧后推动燃气轮机涡轮叶片发电，送入变电站。将最后产生的余热蒸汽进入余热锅炉内进行重复使用和放热，随后将乏气进入烟囱进行散热，最后将发电后的低温蒸汽凝结成为凝结水再进入循环水系统进行使用，达到整体效率的提升。

四、焦化企业燃气轮机分布式能源站的经济效益

在焦化企业的燃气轮机分布式能源站应用中，主要是使用了两用一备的电站工作模式，用两个燃气轮机进行主要生产，配备蒸汽轮机作为分布式能源站的备用生产设备，以达到能源生产的稳定和高效。一般来说当具有蒸汽压力要求时，采用余热锅炉进行生产，当还有制冷要求时，则需要配备制冷机等来进行生产，以达到更高的经济效益和效率。当没有这部分供热供汽以及制冷要求时，可以考虑采用余热发电装置来实现对燃气余热的进一步使用，以达到不同的生产要求和提高焦化企业中燃气轮机分布式能源站的生产效率。采用冷热电三项目进行联产的生产模式，可以大大提高燃气轮机的经济性，最终燃气轮机分布式能源站的年平均热效率应达到80%以上，建成的区域性能源站可以实现更好的灵活性和发展前景，推进国家的安全性环保型能源政策施行，促进我国焦化企业的节能减排和社会主义经济、生态建设。[4]

结论

综上而言，在焦化企业中的燃气轮机分布式能源站可以实现能源安全转化效率的最大化，遵循经济性、需求性和环保性的结合原则，分批分散建成我国分布式能源站基本体系，有力地推进我国的社会主义建设，将焦化企业的节能减排目标贯穿始终。