xxxxx高炉煤气发电利用初步方案
一 焦钢高炉煤气技术条件
1.1 总煤气产量：5.5－6万立方米
1.2 放散量：3－3.5万立方米
1.3 CO含量 33％
1.4 S含量：600－1000mg/立方米
1.5 1.9吨焦炭/吨铁
1.6 7吨铁/h
1.7 热值：4000－5000kj、1000大卡以上
1.8 送风量38000－40000立方米/h
1.9 企业每年生产最低产量27万吨，最高产量为30万吨。
1.10 每年正常生产时间不低于330天。
1.11 该高炉年设计生产时间为350天。
二 煤气发电方案的比较
燃气发电技术成熟的工艺有：燃气、蒸汽联合循环发电、蒸气轮机发电、燃气内燃机发电，下面针对三种发电方式进行比较。
（一） 蒸汽轮机发电
这是一个非常传统的技术，也是大家比较熟悉的工艺方式。它是采用锅炉来直接燃烧燃气，将燃气的热能通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机发电。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。
蒸汽轮机发电机组运行热效率较低，但运行可靠、机组寿命长、
燃气不需特殊的净化处理是其优点。它所需要的是对锅炉用水的软化处理，锅炉房较大的土建投资加大了土建投资。只有当产气量特别大，且供气年限长的情况下，才选择汽轮机发电。
优点是：对于燃料气体品质要求比较低，只要燃气燃烧器能够承受的气体，一般都可以适应，燃气只需要有限的压力，因而燃气处理系统投资比较简单。
缺点是：工艺复杂，建设周期比较长，难以再移动，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多，小机组能源利用效率太低，发电效率通常不到15％。
（二） 燃气、蒸汽联合循环发电
从工作原理上看，燃气轮机无疑是最适合燃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，它通过压气机涡轮将空气压缩，高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧，是空气急剧膨胀做功，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。燃气轮机自身的发电效率不算很高，大功率的一般在30％～35％之间，小功率（单机功率4000KW）的一般低于24％，产生的废热烟气温度高达450～550℃，然后进入燃气轮机后部的余热锅炉产生蒸汽，在通过蒸汽轮机发电。联合循环的发电效率可以接近40％。
燃气轮机是最常用的燃气动力机械。其优点是运行可靠，燃料混合气在燃气轮机的燃烧室里燃烧，利用涡轮机动力驱动，带动发电机发电；结构简单、紧凑，较小功率的整套机组可以装在一个大型集装箱内；比之燃煤或燃气锅炉占地少，节省基建投资。
燃气、蒸汽联合循环的后部依然采用蒸汽轮机，其特点与蒸汽轮机相同，这里就不在重复论述。
燃气轮机优点是：
1.1 重量轻、体积小。燃气轮机电厂的金属消耗量约为同功率汽轮机电厂的1/3-1/5，因此基建投资省，建设周期短。
1.2 水、电润滑油消耗少。燃气轮机耗水极少，甚至可以不用水，厂自用水也很少，许多机组可以无电源起动，润滑油消耗量也比汽轮机或内燃机少得多。因此，适用于缺水、缺电的地区。
1.3 起动快、自动化程度高。工业燃气轮机从冷态启动、加速，直至带上满负荷，一般只需3-15分钟。现代燃气轮机多数已应用微机控制，可以程序起动或停机，集中控制或遥控，运行维修方便，甚至可以无人运行。
1.4 可以综合利用余热，大幅度提高能源利用率。现在燃气轮机的排气温度一般为450-600℃，加之排气流量比较大，蕴含着大量适合综合利用的优质能源，如加装余热锅炉，组成燃气-蒸汽联合循环，则总功率可以增加1/3-1/2，也可以实现热电联供或热电冷三联供，使能源利用率提高到80％以上。
缺点是：工艺最为复杂，适合于大机组，建设成本最高，建设周期比较长，管理运行维护复杂，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多。
（三） 燃气内燃机发电
世界上第一台内燃机就是以煤气为燃料的内燃机，1876年德国商人兼机械师奥托发明了人类第一台以煤气为燃料的四冲程内燃机，经过10年的不断改进之后，德国的另一个机械师“奔驰汽车之父”戴姆勒•本茨才将这种四冲程发动机改进为汽油发动机，直到1895年狄塞尔才发明出柴油机。燃气内燃机的工作原理基本与汽车发动机无异，需要火花塞点火，由于内燃机气缸内的核心区域工作温度可以达到1400℃，使其效率大大超过了蒸汽轮机和燃气轮机。燃气内燃机的发电效率通常在30％－40％之间，比较常见的机型一般可以达到35％。
燃气内燃机的优点：
1.1 热效率高。同等小功率机组：蒸汽轮机一般只有11-16％，燃气轮机可达到24％，而内燃机最高热效率可达40％。热效率高意味着燃料消耗率低，经济性好。
1.2 结构紧凑，重量轻，尺寸小，因而特别适用于移动式动力装置。
1.3 使用功率范围宽，适应性好，目前内燃机单机最小功率不足1kW，最大已达35000 kW。同一型号的内燃机可以适应各种不同用途的需要。目前最为成熟的发电机组功率为500 kW。
1.4 起动快。正常情况下，仅在3-6s的时间内即可起动，并能迅速达到最大功率。
1.5 自耗电非常少。
1.6 建站简单，投资最少；由于内燃机技术成熟，零件的精密度要求相对较低，单位千瓦造价远低于燃气轮机与蒸汽机。
1.7 机组运行灵活。可单台使用，也可多台组合使用，可并机，也可并网；可根据企业自身实际用电负载的需要控制发电量大小并可根据实际用电负荷的差异，随时调整运行机组的数量，有效利用设备资源，减少运行成本。
1.8 从机组启动到并网发电速度快，短时间内可完成全部过程，实现并网或独立发电，操作简单，普通工人经过短期培训就能熟练掌握。相对其他燃气发电方式，调峰性能最好。
1.9 机组大修周期长，设备维护时间短，一台机组正常定检1小时左右即可完成。设备维护方便，运行平稳，运行人员少。由多台机组组成的发电站可长期连续运行供电，电力输出更有保障。
1.10 机组可维护性强，所有问题均可以由操作维护人员在现场解决。
1.11 水消耗量小。更适合干旱缺水地区。
燃气内燃机的缺点：
1.1 对煤气的品质要求高，要求煤气热值大于等于1000kcal/Nm3;
1.2 对煤气的含尘量要求极为严格，否则机组的寿命会大大降低；
1.3 对煤气热值波动敏感。
三 煤气发电初步方案
综上所述，我们推荐使用内燃机发电的技术方案。具体的工艺流程如下：
四 煤气发电经济效益和投资概算
根据xxxxx高炉煤气量最小量大约为3x104Nm3/h，每发1Kw大约需要3.5 Nm3计算，理论上可以发电8500KW。
发电机组配置：采用最为成熟的500Kw/台的发电机组，共需要配置18台发电机组。
投资18台发电机组总投资（含内燃机发电机组、土建基础建设、高、低压配电、电缆等）每个千瓦投资大约为0.45万元，总投资大约为3825万元。
除尘改造、煤气降温投资大约为500万元。
如果采用蒸汽轮机的方案，可以无需对除尘进行改造，但是土建费用与占地面积大大增加，可以发电约4500－5000Kw。采用6000Kw的发电机组，每千瓦投资费用大约为0.8万元，总投资大约为4800万元。
xxxxx高炉煤气发电利用初步方案
一 焦钢高炉煤气技术条件
1.1 总煤气产量：5.5－6万立方米
1.2 放散量：3－3.5万立方米
1.3 CO含量 33％
1.4 S含量：600－1000mg/立方米
1.5 1.9吨焦炭/吨铁
1.6 7吨铁/h
1.7 热值：4000－5000kj、1000大卡以上
1.8 送风量38000－40000立方米/h
1.9 企业每年生产最低产量27万吨，最高产量为30万吨。
1.10 每年正常生产时间不低于330天。
1.11 该高炉年设计生产时间为350天。
二 煤气发电方案的比较
燃气发电技术成熟的工艺有：燃气、蒸汽联合循环发电、蒸气轮机发电、燃气内燃机发电，下面针对三种发电方式进行比较。
（一） 蒸汽轮机发电
这是一个非常传统的技术，也是大家比较熟悉的工艺方式。它是采用锅炉来直接燃烧燃气，将燃气的热能通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机发电。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。
蒸汽轮机发电机组运行热效率较低，但运行可靠、机组寿命长、
燃气不需特殊的净化处理是其优点。它所需要的是对锅炉用水的软化处理，锅炉房较大的土建投资加大了土建投资。只有当产气量特别大，且供气年限长的情况下，才选择汽轮机发电。
优点是：对于燃料气体品质要求比较低，只要燃气燃烧器能够承受的气体，一般都可以适应，燃气只需要有限的压力，因而燃气处理系统投资比较简单。
缺点是：工艺复杂，建设周期比较长，难以再移动，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多，小机组能源利用效率太低，发电效率通常不到15％。
（二） 燃气、蒸汽联合循环发电
从工作原理上看，燃气轮机无疑是最适合燃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，它通过压气机涡轮将空气压缩，高压空气在燃烧室与燃料混合燃烧，是空气急剧膨胀做功，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。燃气轮机自身的发电效率不算很高，大功率的一般在30％～35％之间，小功率（单机功率4000KW）的一般低于24％，产生的废热烟气温度高达450～550℃，然后进入燃气轮机后部的余热锅炉产生蒸汽，在通过蒸汽轮机发电。联合循环的发电效率可以接近40％。
燃气轮机是最常用的燃气动力机械。其优点是运行可靠，燃料混合气在燃气轮机的燃烧室里燃烧，利用涡轮机动力驱动，带动发电机发电；结构简单、紧凑，较小功率的整套机组可以装在一个大型集装箱内；比之燃煤或燃气锅炉占地少，节省基建投资。
燃气、蒸汽联合循环的后部依然采用蒸汽轮机，其特点与蒸汽轮机相同，这里就不在重复论述。
燃气轮机优点是：
1.1 重量轻、体积小。燃气轮机电厂的金属消耗量约为同功率汽轮机电厂的1/3-1/5，因此基建投资省，建设周期短。
1.2 水、电润滑油消耗少。燃气轮机耗水极少，甚至可以不用水，厂自用水也很少，许多机组可以无电源起动，润滑油消耗量也比汽轮机或内燃机少得多。因此，适用于缺水、缺电的地区。
1.3 起动快、自动化程度高。工业燃气轮机从冷态启动、加速，直至带上满负荷，一般只需3-15分钟。现代燃气轮机多数已应用微机控制，可以程序起动或停机，集中控制或遥控，运行维修方便，甚至可以无人运行。
1.4 可以综合利用余热，大幅度提高能源利用率。现在燃气轮机的排气温度一般为450-600℃，加之排气流量比较大，蕴含着大量适合综合利用的优质能源，如加装余热锅炉，组成燃气-蒸汽联合循环，则总功率可以增加1/3-1/2，也可以实现热电联供或热电冷三联供，使能源利用率提高到80％以上。
缺点是：工艺最为复杂，适合于大机组，建设成本最高，建设周期比较长，管理运行维护复杂，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多。
（三） 燃气内燃机发电
世界上第一台内燃机就是以煤气为燃料的内燃机，1876年德国商人兼机械师奥托发明了人类第一台以煤气为燃料的四冲程内燃机，经过10年的不断改进之后，德国的另一个机械师“奔驰汽车之父”戴姆勒•本茨才将这种四冲程发动机改进为汽油发动机，直到1895年狄塞尔才发明出柴油机。燃气内燃机的工作原理基本与汽车发动机无异，需要火花塞点火，由于内燃机气缸内的核心区域工作温度可以达到1400℃，使其效率大大超过了蒸汽轮机和燃气轮机。燃气内燃机的发电效率通常在30％－40％之间，比较常见的机型一般可以达到35％。
燃气内燃机的优点：
1.1 热效率高。同等小功率机组：蒸汽轮机一般只有11-16％，燃气轮机可达到24％，而内燃机最高热效率可达40％。热效率高意味着燃料消耗率低，经济性好。
1.2 结构紧凑，重量轻，尺寸小，因而特别适用于移动式动力装置。
1.3 使用功率范围宽，适应性好，目前内燃机单机最小功率不足1kW，最大已达35000 kW。同一型号的内燃机可以适应各种不同用途的需要。目前最为成熟的发电机组功率为500 kW。
1.4 起动快。正常情况下，仅在3-6s的时间内即可起动，并能迅速达到最大功率。
1.5 自耗电非常少。
1.6 建站简单，投资最少；由于内燃机技术成熟，零件的精密度要求相对较低，单位千瓦造价远低于燃气轮机与蒸汽机。
1.7 机组运行灵活。可单台使用，也可多台组合使用，可并机，也可并网；可根据企业自身实际用电负载的需要控制发电量大小并可根据实际用电负荷的差异，随时调整运行机组的数量，有效利用设备资源，减少运行成本。
1.8 从机组启动到并网发电速度快，短时间内可完成全部过程，实现并网或独立发电，操作简单，普通工人经过短期培训就能熟练掌握。相对其他燃气发电方式，调峰性能最好。
1.9 机组大修周期长，设备维护时间短，一台机组正常定检1小时左右即可完成。设备维护方便，运行平稳，运行人员少。由多台机组组成的发电站可长期连续运行供电，电力输出更有保障。
1.10 机组可维护性强，所有问题均可以由操作维护人员在现场解决。
1.11 水消耗量小。更适合干旱缺水地区。
燃气内燃机的缺点：
1.1 对煤气的品质要求高，要求煤气热值大于等于1000kcal/Nm3;
1.2 对煤气的含尘量要求极为严格，否则机组的寿命会大大降低；
1.3 对煤气热值波动敏感。
三 煤气发电初步方案
综上所述，我们推荐使用内燃机发电的技术方案。具体的工艺流程如下：
四 煤气发电经济效益和投资概算
根据xxxxx高炉煤气量最小量大约为3x104Nm3/h，每发1Kw大约需要3.5 Nm3计算，理论上可以发电8500KW。
发电机组配置：采用最为成熟的500Kw/台的发电机组，共需要配置18台发电机组。
投资18台发电机组总投资（含内燃机发电机组、土建基础建设、高、低压配电、电缆等）每个千瓦投资大约为0.45万元，总投资大约为3825万元。
除尘改造、煤气降温投资大约为500万元。
如果采用蒸汽轮机的方案，可以无需对除尘进行改造，但是土建费用与占地面积大大增加，可以发电约4500－5000Kw。采用6000Kw的发电机组，每千瓦投资费用大约为0.8万元，总投资大约为4800万元。