摘要：庆华项目是焦炉煤气燃气轮机热电联产（CHP）在高原地区的首次应用。详细介绍了该项目的热电联产运行原理、设计方案及工艺流程，分析了投产后实际运行数据，计算总热效率为82.7%，热电比为θ=1.45。
关键词：焦炉煤气，燃气轮机，热电联产，高原
1.前言
青海庆华矿冶煤化集团有限公司组建于2006年8月，是一家集采矿、选矿、煤化工为一体的、跨行业大型民营企业集团。为了充分利用这些煤气，同时解决企业自身用电、热需求，降低公司生产成本，使“三废”排放满足环保要求，公司计划在煤化工工业园区内以燃气-蒸汽热电联供的方式新建一座发电厂，实施乌兰煤化工工业园焦炉煤气热电联产项目。
2焦炉煤气热电联产原理及系统工艺流程介绍
2.1焦炉煤气热电联产原理
满足燃气轮机“燃料规范”的焦炉煤气进入六列四级对称往复活塞式煤气压缩机加压至2.6MP后，进入燃气轮机与经过处理的空气混合定压燃烧，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。
透平出来的烟气温度大约500摄氏度，进入卧式单压余热锅炉，产生压力为0.8MP的饱和蒸汽，给用户供热。烟气经余热锅炉后温度降低至105℃，排入大气。
2.2方案设计
根据业主提供的实测焦化项目焦炉煤气成分分析报告，焦炉煤气成分见下表1：
据焦炉煤气的热值范围，在海拔3285米情况下，针对冬季最低大气温度-30.6℃、夏季最高温度为31.6℃、设计工况温度为1.3℃的条件下（考虑进气损失为100mmH2O，排气损失为250mmH2O），一台大力神T130燃气轮机发电机组以满负荷方式运行时的焦炉煤气消耗量如下表2所示。焦炉煤气的热值按照3678Kcal/Nm3计算。
公司热负荷主要是工业用汽，昼夜用热均匀，全年生产平衡稳定，用热负荷较稳定。热用户均为直接加热，用汽参数：压力0.5MPa，温度159℃，热焓为2762kJ/kg。
设计供热蒸汽设计参数为0.8MPa、175℃，热焓为2779KJ/Kg；一期供热源为热电联产项目2×20t/h的余热锅炉。考虑热负荷同时利用系数为0.9以上，热网损失5%；则公司热负荷折算到热电联产项目供热管道出口的蒸汽参数下，计算得到热电联产项目一期设计热负荷为38.2t/h，供汽量完全满足庆华公司的生产生活需求。
经过技术论证和方案比较，系统以燃气轮发电机组-余热锅炉组合方案，热电联供。项目建设总规模为5×15MW燃气轮发电机组配5×20t/h余热锅炉，其中一期建设2×15MW燃气轮发电机组配2×20t/h余热锅炉；二期建设3×15MW燃气轮发电机组配3×20t/h余热锅炉。本论文以一期建设为讨论对象。
系统的燃气轮机选用美国sola公司生产的大力神130。在ISO条件下，燃气轮发电机组额定功率：15000KW，发电效率35.2%，设计每年运行8400小时；在高原现场实际工况下，输出功率：10255KW。
2.3系统工艺流程
燃气轮机对焦炉煤气的要求比较高，在进入燃机前需要对焦炉煤气进行了必要的净化和增压等技术处理，以提高其使用效率，延长燃气轮机的等大型设备的使用寿命。
从焦化厂来的低压焦炉煤气经过经过初步净化后，进入干法脱硫塔进一步脱硫，最后进入煤气储气柜。干法脱硫使用的脱硫材料是焦炭和氧化铁。经过干法脱硫塔，煤气中的H2S含量低于20mg/Nm3。煤气再经过管道送入压缩机增压，进入压缩机前的压力约为8kPa。增压后，煤气压力约达到2.6MP，再经过冷却和回热工艺，脱去煤气中的水，送入缓冲罐。
从缓冲罐来的焦炉煤气经过煤气过滤器后进入燃气轮机，和空气进行连续燃烧，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，发电机发电，透平出来的烟气温度大约500摄氏度，通过管道排入余热锅炉，产生蒸汽供热或进行联合循环利用。为了适应青海地区高原环境特点，sola公司对燃机动力叶片进行了特殊的强化处理措施，提高了现场工况下下抗钾、镁等元素的侵蚀的能力。
工艺流程图如图1、图2所示。
3系统运行状况
3.1高海拔条件下系统总热效率及热电比设计理论计算
根据简单循环系统，燃气轮机热电联产系统热电产出的计算方法如下[5]。
3.2系统实际运行情况
项目投产后，考察了系统的运行情况。
下图3、图4、图5为2012年9月14日0：00到20：00时间段内2号燃机机组焦炉煤气燃料消耗量、燃机出力以及余热锅炉出力随时间变化图，取系统稳定运行区域10：00～20：00时间段数值。图3中，焦炉煤气耗量较稳定处于2100kg/h～2700之间变化，我们取均值2446.5kg/h。折算到标态下焦炉煤气体积流量为5436.67Nm3/h（时间段内环境温度t1均值经统计计算约为-7.1℃），计算得到焦炉煤气燃烧可发生热量为：Q=5554.46kcal/s。根据系统实际运行数据Q、Q1和Q2，计算该系统的总热效率η和热电产出比θ，计算得到η=82.7%，θ=1.45。比较实际运行计算结果和设计值，发现实际运行总热效率高，热电比相对低些，这是由于考察期间，系统仅2号燃机组运行，并且没有满负荷运转，均值只有7846.67kw，实际总热效率高些是正常结果。这同时反而说明热电联产系统在高原地区的应用是成功的。
4结语
1）从实际运行数据图表来看，热电联产系统运行稳定，燃机机组长时间运行于8000kw负荷上下。
2）按实际运行数据计算的系统总热效率η为82.7%，热电比θ为1.45，在燃机负荷均值只有7846.67kw情况下，热效率82.7%比设计值77.87%高是正常现象，同时说明系统的应用成功。
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