焦炉煤气综合利用热电项目可行性研究报告.docx
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焦炉煤气综合利用热电项目可行性研究报告
焦炉煤气综合利用热电项目
可行性研究报告
附图目录
1、项目区域位置图
2、厂区总平面布置图
3、煤压机房0.00m平面布置图
4、煤压机房4.5m平面布置图
5、发电主厂房0.00m平面布置图
6、发电主厂房7.00m平面布置图
7、热力系统图
8、煤气压缩机气体工艺流程图
9、燃油供应系统图
10、氮气供应系统图
11、电气主接线图
12、水量平衡图
13、供水系统图
14、锅炉补给水处理工艺流程图
附件
A.可研委托书
B.国土资源局关于用地许可的文件
C.当地政府关于项目用水意见
D.主要用热户供热协议
E.银行贷款意向书
F.接入系统批复文件
G.水质分析报告
H.环评批复
J.济宁市文物管理局出具的文件
第一章总论
燃气—蒸汽联合循环装置（Combined-CyclePowerPlant，以下简称CCPP），是将具有较高平均吸热温度的燃气轮机循环（布雷顿循环）与具有较低平均放热温度的蒸汽轮机循环（朗肯循环）结合起来，使燃气轮机的废热成为汽轮机循环的加热热源的一种高效的工艺流程。
整个循环的热效率大大超过常规的火力发电机组。
CCPP工艺与常规火力发电相比具有
（1）热效率高
（2）耗水少（3）占地面积少（4）污染物排放量极低（5）运行工况灵活，启停快速（6）建设周期短（7）劳动定员少等优点。
正因为如此，CCPP近几年在国外得到了迅速的发展。
在中国，主要应用在以天然气或重油为燃料的电厂，近几年随着国家节能减排、循环经济、清洁生产政策的出台，CCPP在煤化行业也得到了迅速的发展。
山东XX民生煤化有限公司在生产焦炭的过程中富裕大量的焦炉煤气，据统计每小时焦炉煤气富裕量在20653～27503Nm3/h。
根据山东XX民生热能有限公司及济宁市金乡县政府的要求，拟利用富裕的焦炉煤气采用CCPP工艺建设焦炉煤气综合利用项目。
CCPP工艺与热电联产结合后，整个循环热效率高达70～86%之间。
无论是从能源的利用率上以及循环经济的角度，都非常符合国家的产业政策，属于国家鼓励和支持的工程项目类别。
1.1概况
1.1.1项目、企业性质及法人代表
企业名称：
山东XX民生热能有限公司
法人代表：
法定地址：
注册资金：
8000万元
1.1.2建设单位基本情况
山东XX民生热能有限公司成立于2009年9月，是焦炉煤气综合利用热电项目法人。
公司注册资本8000万元，由济宁矿业集团有限公司出资70%、山东省塑料工业有限公司出资30%组成。
该项目利用山东XX民生煤化有限公司的炼焦生产的焦炉煤气进行燃气—蒸汽联合循环发电。
山东省塑料工业有限公司（山塑集团）是集塑料、煤化工、房地产、投资、典当业于一体的山东省重点企业集团，先后荣获“全国500家最大服务业企业”、“中国塑料原料流通航母”、“中国1000家企业集团”、“山东省重点商贸集团”、“山东省商业百强企业”等荣誉称号。
近几年来，山塑集团积极实施“多元化战略”，2007年顺利取得了山东民生煤化有限公司90.16％的控股权。
2007年山塑集团实现销售收入达30亿元。
“十一五”期间，山塑集团将紧紧围绕塑料、煤化工、木材三大主业，实现做强做大、做细做精的战略目标。
济宁矿业集团有限公司（XX集团）是一家以煤为主，多业并举的国有大型现代化企业集团。
现有职工5000多人，资产总额32亿元，拥有20多家企业，是全国煤炭百强企业、煤炭行业“效益十佳”单位和山东省人民政府重点发展的企业集团之一。
集团公司拥有20亿吨煤炭资源储量，企业技术、人才、管理、资金实力雄厚。
“十一五”期间，XX集团将实现经济高速跳跃式增长，重点集中建设“三大基地”（汶梁煤电基地、金乡煤电化基地、科技园高科技项目基地），形成集煤炭、煤电、煤化、稀土、新型建材等多业并举、多种经济成份并存的大型企业集团。
山东民生煤化有限公司的前身济宁煤化公司投产于1984年，是山东省乃至国内建设发展较早的独立煤焦化工企业。
公司成立以来一直承担着供应济宁市区15万户居民用气和工业用气的重任，为提高市区居民生活质量和济宁市发展做出了重大贡献，是济宁市煤焦化工产业的重点企业。
在“七五”、“八五”期间，公司在煤焦化工领域发展较快，最终形成了年产60万吨焦炭、17万吨焦油加工、2.5万吨粗苯加工、1万吨精萘、30万吨洗煤、4万吨硫酸、3.4万吨蒽油加工及2000吨蒽醌、2万吨针状焦的生产能力，并有配套的6000kW和3000kW热电站、3.7km铁路专线及完善的污水处理设施。
焦油深加工的深度、煤焦化工产品的布局和采用的先进技术，在国内仅次于宝钢化工。
山东XX民生煤化有限公司建设捣固焦炉生产焦炭，其中一期生产规模为年产焦炭120万吨，二期生产规模为年产焦炭240万吨。
配套建设焦化产品深加工工艺。
焦炉煤气除自用外，还有大量的富裕。
针对富裕焦炉煤气量，山东XX民生热能有限公司拟利用CCPP工艺建设焦炉煤气综合利用项目。
燃机余热锅炉生产的蒸汽除了供应化工工业园区工业蒸汽使用外多余的蒸汽用来发电。
1.1.3项目背景
XX民生煤化有限公司地处济宁市金乡县胡集镇，焦炉在炼焦的过程中产生了大量的焦炉煤气，除了自用外，还富裕大量的焦炉煤气，这部分焦炉煤气没有大的用户，如不加以利用，焦炉煤气放散到大气中，不但会造成严重的环境污染，还会造成社会能源的巨大浪费。
根据循环经济的3R原则，企业循环与社会循环相结合，发电与供热相结合，XX民生热能有限公司焦炉煤气综合利用项目燃机余热锅炉生产的蒸汽与化工工业园区中其它工业用汽单位结合起来，进一步提高能源的利用率，实现能源的梯级利用，创造更大的企业效益和社会效益。
XX民生热能有限公司焦炉煤气综合利用项目可为社会每小时提供40多吨蒸汽量，在目前情况下能够满足金乡县化工工业园区部分蒸汽的需要。
该项目的国家政策：
《中华人民共和国循环经济促进法》“第三十二条 企业应当采用先进或者适用的回收技术、工艺和设备，对生产过程中产生的余热、余压等进行综合利用。
”
《中国节能技术政策大纲》“2.1.1.1更新改造运行热效率低于60%的工业锅炉。
更新改造锅炉本体和辅机，使工业锅炉运行热效率达到75%以上；淘汰集中供热区域内的低效锅炉。
随着天然气的快速发展，有条件的地方尽可能采用小型或微型燃气轮机或内燃机加余热锅炉的热电联产技术，取代单纯的锅炉。
”“2.1.1.2新建工业锅炉，有条件的采用循环流化床锅炉或燃气轮机或内燃机加余热锅炉进行热电联产，蒸汽多级利用。
”“5.1.2积极发展洁净煤发电技术，重点开发并推广适合国情的循环流化床（CFBC）及整体煤气化发电技术（IGCC）。
”
发改能源〔2007〕141号文又指出：
“国家支持利用多种方式解决中心城镇季节性采暖供热问题，推广采用生物质能、太阳能和地热能等可再生能源，并鼓励有条件的地区采用天然气、煤气和煤层气等资源实施分布式热电联产”。
1.1.4项目概况
山东XX民生热能有限公司根据煤气平衡情况，小时富裕量2万多Nm3/h。
该项目拟选用两台美国索拉公司提供的TITAN130-20501机组为主机建设CCPP焦炉煤气综合利用项目。
燃机余热锅炉采用补燃型式，做到焦炉煤气放散为零。
燃机余热锅炉生产的蒸汽满足金乡县化工工业园区其它企业对蒸汽的需求。
CCPP项目根据化工工业园区蒸汽平衡，建设1套装机容量12MW抽凝机组。
项目实施后，CCPP全厂热效率达到74.98%。
年外供电量23474万kWh，年外供蒸汽量40万吨。
1.2项目建设的必要性
XX民生热能有限公司的焦炉在炼焦过程中除了自用的焦炉煤气外，还富裕大量的焦炉煤气，这部分焦炉煤气如不加以利用，将会造成大量的焦炉煤气放散，即污染环境，又造成了社会能源的巨大浪费。
该项目年利用焦炉煤气13424万Nm3/h，焦炉煤气折标煤：
8.44万吨/年。
本工程设计中十分重视环境保护，焦炉煤气进入燃机前严格按照燃机燃料规范要求进行了除尘、洗奈、脱硫等净化处理，属于清洁燃料发电，无固体排放物，废气中的污染物很少。
SO2排放浓度大大低于国标允许SO2排放量值，烟尘排放浓度更是远低于国标允许排放浓度的规定。
联合循环机组生产过程中所产生的废水量也较常规发电机组少，设计中采取了废水回收利用措施，除盐水制备及冷却循环水排污水通过管道输送至炼焦生产区重复利用。
对CCPP项目运行中所产生的噪声，采取了减振、加装消音器、隔音装置等措施，以减轻对环境的影响。
该项目符合国家产业政策，是在国家《节能技术政策大纲》、《循环经济促进法》中明确提出要鼓励发展的项目类别。
1.3设计依据
（1）甲方向乙方发出的设计委托书。
（2）甲方向乙方提交的基础资料。
（3）设计单位采用的国家设计规范和技术标准。
1.4可行性研究范围及内容
该方案与济宁市金乡县化工工业园区蒸汽供应相结合。
本可研的研究范围仅包括CCPP项目，其它部分内容及调查研究不在本项目范围之内。
主要研究范围如下：
⑴厂址及总平面规划
⑵主机方案研究
⑶燃料供应
⑷水源论证
⑸热负荷
⑹电力接入系统
⑺环境保护
⑻节约用能
⑼消防、安全职业卫生
⑽工程经济分析及评价
有关本项目的环境影响评价、区域供热规划、电力接入系统报告、地质灾害、文物保护以及水土保持、工程地质勘察、地形测绘等专门报告，由业主另行委托相关专业单位编制专门报告。
1.5设计原则
根据国家有关技术经济政策、现场条件及业主单位要求，为保证企业获得最大的经济效益，设计遵循了以下主要技术原则：
（1）充分、合理、高效地利用煤气资源的原则。
在机组选型上，工程建设规模根据XX民生煤化有限公司焦炉煤气的富裕量来确定装机规模，保证两台TITAN130机组有充足的燃料供应量。
燃机余热锅炉采取补燃的方式，全部消化波动煤气，做到煤气放散量为零。
（2）立足设备国产化的原则。
除了燃机外，其它设备均采用国产设备。
（3）整体规划和分期建设的原则。
设计中考虑了随着XX民生煤化有限公司的发展和焦炉煤气产量的增加，再扩建的可能性，预留出扩建位置。
（4）能源高效利用的原则。
采用先进的热力循环系统，提高系统的能源利用率。
遵循循环经济的3R原则，社会大循环与企业小循环相结合，最大可能的提高能源利用水平。
（5）注重清洁生产的原则。
焦炉煤气的供应严格按照燃机燃料规范要求进行了除尘、洗萘、脱硫等净化处理。
排放污染总量极低。
1.5.1总装机容量
该CCPP工艺方案是根据山东XX民生煤化有限公司小时焦炉煤气平衡富裕量选出的燃机型号，是以充足的燃料保证为基础。
燃机厂家选用美国索拉公司的燃机产品。
以两台15000kWTITAN130-20501机组为主机按燃气—蒸汽联合循环的工艺流程确定为主工艺流程。
该燃机有成熟的运行业绩和可靠的技术保障措施。
在燃机余热锅炉生产的蒸汽利用上，考虑到园区初期热用户较少、后期逐步增加的特点以及项目的经济效益，采用1台装机容量12MW的抽凝式蒸汽轮发电机组，根据化工工业园区蒸汽需要量调整抽汽量。
本项目总装机容量：
15000kW×2+12000kW=42000kW
最大抽汽量：
40t/h
抽汽压力：
1.27MPa
1.5.2建设地点
初步确定该项目建设选址在：
山东省济宁市金乡县胡集镇煤化工园区的中心地带，105国道的东侧约2.3公里。
1.5.3总图运输部分
该项目所需的燃料全部为山东XX民生煤化有限公司自产的焦炉煤气，采用管道输送至CCPP电厂厂区，不需要大量的厂外运输。
需要厂外运输的物资主要是本项目建设过程中所需的设备及材料和生产过程中所需的备品备件、启动点火用油及化学药品等，运输量不大，可通过105国道和便利的公路运输网运至厂内。
1.5.4燃料及供应
该CCPP项目是以焦炉煤气为燃料的联合循环工艺流程。
经过净化处理的合格焦炉煤气通过管网送至厂区。
燃料供应量充足。
燃机启动或故障状态下燃料切换用-20#轻柴油。
在电厂设有单独的油罐及卸油、供油系统。
1.5.5水源
济宁地区水资源丰富，由于采用CCPP工艺，整个工艺耗新水量较少。
该方案水源为北大溜河河水，设计每小时用水量110.04m3，年用水量69.2万m3，拟取用河水作为水源。
工业冷却水系统采用二次循环敞开式循环水系统，其冷却设备选用机械通风玻璃钢冷却塔。
1.5.6电气主接线及并网
厂址附近隶属地调的变电所有大义乡110kV变电站和110kV园区变电站可供接入。
目前基本确定并网方案为：
三台机组以10kV电压等级分别接入110kV园区变电站的10kV三段母线上，与系统并网。
燃机发电机及抽凝发电机出线端电压均为10kV。
电气主接线采用10kV单母线分段接线方式。
厂用高压用电设备电压等级为10kV，低压用电设备电压380/220V，10kV系统采用单母线分段，正常情况下10kV单母线分段运行；低压系统设一台低压备用变压器，任何一段母线失压，备用变将自动投入。
10kV系统采用中心点不接地，400V系统采用中心点直接接地。
本项目启动电源通过#1（#2、#3）联络线倒送电源为厂用设备提供启动电源。
1.5.7主厂房布置
本CCPP工艺主要工序包括煤气压缩系统、燃油供应系统、氮气供应系统、锅炉给水除氧系统、抽凝发电系统、换热站、氮气制备系统等。
其中煤压机房内设两台往复式煤气压缩机。
两层布置，运转层4.5m。
副跨也两层布置，一层为高低压配电室，二层为操作室。
1.5.8土建部分
根据中国科学院地球物理研究所1958年公布的地震烈度资料及《中国地震烈度区划图（1990）》，金乡县地震烈度基本值为Ⅵ度，历史最大震级为3.8级，本工程抗震设防按Ⅵ度考虑。
建筑：
美观大方，具有现代感。
并考虑生产与管理建筑的完整一致性。
在具体设计过程中注意了各个工艺的具体特点，考虑了防火、防爆、降噪、通风的国家规范要求。
1.5.9热控部分
根据燃气-蒸汽联合循环机组的特点，燃气轮机自带控制系统，燃机控制系统中的重要信号通过以太网与全厂DCS系统相连。
煤气压缩机、75t/h流化床锅炉的信号送至集中控制室的DCS系统进行检测和控制。
发电主厂房辅跨二层作为全厂集中控制中心。
余热锅炉、汽轮发电机组、煤气压缩系统、电气系统、75t/h流化床锅炉系统等采用DCS（分散控制系统）控制。
1.5.10劳动定员
本项目劳动定员36人。
1.5.11经济评价
项目计划规模总投资22006万元，其中静态投资21556万元，建设期贷款利息450万元，铺底流动资金817万元。
本项目建设单位自筹资金8068万元，长期贷款15056万元，贷款利率按5.94%计，贷款期限为6年，宽限期1年。
用电价0.496元/KWh（含税）上网电价：
0.3974元/KWh（含税）,蒸汽价格：
150元/t计算，焦炉煤气价格按0.60元/Nm3。
项目总投资收益率26.6%，投资财务内部收益率（所得税前）28.35%，投资回收期（含建设期/所得税前）4.7年。
设备年利用小时数：
按6500小时计算。
1.6工作经过
2009年6月-7月，双方展开多次技术交流
2009年7月22日，协助编制厂址选址方案
2009年7月27日，双方确定编制项目可行性研究报告
2009年8月7日，提交第一版项目可行性研究报告
2009年8月21日，提交第二版项目可行性研究报告
2009年8月22日，济宁市发改委组织进行了可行性研究报告的评审
第二章热负荷
2.1供热现状
山东XX民生热能有限公司焦炉煤气综合利用项目，根据济宁市金乡县规划要求，同时承担金乡县化工工业园区蒸汽供应的任务。
根据CCPP工艺，每台补燃燃机余热锅炉能够生产中温中压参数蒸汽40t/h。
根据调查金乡县工业园区现主要工业用汽单位是山东XX民生热能有限公司，用汽参数1.0MPa，温度在220℃左右，主要热用途为化工生产，属于全年用汽。
现有本工程厂址周边胡集镇和卜集镇居民未实现集中供暖，冬季采暖为居民小型自备热水锅炉，冬季环境污染比较严重。
2.2热负荷调查
根据调查资料显示，生产用汽单位为山东XX民生煤化有限公司，最大用汽量为采暖期41.58t/h，用汽量大而且很稳定。
工业热负荷调查表见下表：
表2-1工业负荷调查表
序
号
名称
参数
Map/℃
采暖期t/h
非采暖期t/h
备注
最大
平均
最小
最大
平均
最小
1
山东XX民生煤化有限公司
1.0/200
41.58
39.1
35.15
40.67
37.4
12.38
4
合计
1.0/200
41.58
39.1
35.15
40.67
37.4
12.38
2.3规划热负荷
根据金乡县化工园区的产业规划：
2015年开发区将实现工业总产值300亿元，2020年开发区将实现工业总产值600亿元。
经预测，至2015年阳光染料有限公司进入化工园区后生产用汽为50t/h，山东XX民生煤化有限公司建设捣固焦生产焦炭二期投产后，山东XX民生热能有限公司再扩建两台15MW燃气轮机消耗山东XX民生煤化有限公司建设捣固焦生产焦炭中产生的焦炉煤气，同时上两台40t/h余热锅炉和一台12MW抽凝机组，抽汽量为40t/h，本工程最终两台12MW抽凝机组能够满足2015年工业园区规划热负荷。
2.4设计热负荷
根据汽机抽汽出口蒸汽温度、压力和现有热用户所需要的蒸汽温度、压力，经焓值折算，并考虑热网压力损失，按照供汽压力P=1.27Mpa，供汽温度T=300℃折算到汽机外供蒸汽出口设计值见下表：
工业设计热负荷统计表
项目
单位
采暖期
非采暖期
最大
平均
最小
最大
平均
最小
工业蒸汽热负荷1.27MPa300℃
t/h
40
35.7
34.5
39.2
34.8
11.55
合计
t/h
40
35.7
34.5
39.2
34.8
11.55
2.5凝结水回收
通过对热用户调查了解到，生产热负荷中为工业用汽，大多数为直接用汽，虽有少数间接用汽，但换热后凝结水都在各自厂内回收使用，因此本工程的生产热负荷凝结水不回。
第三章电力系统
3.1概述
山东XX民生热能有限公司焦炉煤气综合利用项目为CCPP联合循环发电工艺，采用两台美国索拉公司提供的TITAN130-20501机组为主机按燃气-蒸汽联合循环工艺实施发电，发电量2×15MW，两台补燃余热锅炉产生的蒸汽供应1台抽凝式蒸汽轮发电机组，装机容量为12MW。
山东XX集团公司最大用电量2.8万度/小时，属于全年用电。
山东XX集团焦炉煤气综合利用项目最大供电能力3.62万度/小时，供电余量0.8万度/小时。
3.2电力负荷预测与平衡
山东XX集团现有电负荷2.8万度/小时。
目前用电企业详见山东XX集团焦炉煤气综合利用项目供电统计表3-1，本项目建设后对区域电网影响不大。
表3-1山东XX集团焦炉煤气综合利用项目供电统计表
序号
企业名称
度/小时
1
焦炉、公用工程
13000
2
30万吨/年焦油加工及2万吨精萘（其中一期15万吨焦油和1万吨精萘）
4000
3
3.4万吨/年葱油加工项目
1500
4
办公生活区
2000
5
阳光颜料助剂
7500
6
合计
28000
3.3电源
考虑到本项目用电负荷情况及对供电可靠性的要求，本项目新建380/220V配电室、10kV配电室；发电机设出口母线，母线电压为10kV。
发电机发出的电量通过10kV联络线与电网连接。
在电厂建设期间，10kV联络线可以为电厂提供启动电源。
本工程在电气设备间设置二套DC220V、300Ah微机监控型免维护铅酸蓄电池电源装置及一套AC220V、40kVA交流不间断电源装置。
接入系统的设计及保护与当地电力部门协商确定。
第四章燃料供应
4.1燃气来源及性质
本工程发电燃料是利用山东XX煤化有限公司自身炼焦过程中所产生的副产品焦炉煤气。
山东XX民生煤化有限公司建设捣固焦生产焦炭，其中一期生产规模为年产焦炭120万吨，二期生产规模为年产焦炭240万吨。
4.1-1煤气成份见下表：
成份
符号
体积百分比
CO
%
5～8
H2
%
55～60
CO2
%
1.5～3
N2
%
3～7
CH4
%
23～27
O2
%
0.3～0.8
CmHn
%
2～4
H2S
%
0.0001
LHV
kCal/Nm3
4453.6
比重
kg/Nm3
0.3748
华白数
774.1
4.1.2燃机对焦炉煤气其它成份的要求见下表：
项目
等量浓度
硫
3000PPM气体燃料
1000PPM液体燃料
钠+钾
0.5PPM
钒
0.5PPM
铅
1PPM
钙+镁
2PPM
氟
1PPM
氯
1500PPM或0.15%重量百分比
其他
0.5PPM
4.1.3其它成份：
H2S：
≤20mg/Nm3
NH3：
≤50mg/Nm3
萘：
≤50mg/Nm3（冬季），100mg/Nm3（夏季）
焦油和灰尘含量：
≤10mg/Nm3
山东XX民生热能有限公司焦炉煤气综合利用项目，不包括焦炉煤气净化工艺，供应给该项目的焦炉煤气是负荷燃机燃料规范要求的焦炉煤气。
特需注意：
焦炉煤气的成份对设备的安全运行至关重要，其中萘、硫的含量会对煤气压缩机的安全运行造成很大影响，硫的含量会同时对锅炉的运行造成很大的影响。
4.2焦炉煤气供应
4.2.1山东XX民生煤化有限公司焦炉煤气平衡
山东XX民生煤化有限公司焦炉煤气量外供量表
时间段
项目
煤气产生量
单位
2010.6.1
40万吨焦
17536
Nm3/h
2010.9.1
80万吨焦
35072
Nm3/h
2011.2.1
60万吨焦
26304
Nm3/h
2011.3.1
120万吨焦
52608
Nm3/h
单台TITAN130-20501燃机的燃料需求表见下：
项目
单位
工况1
工况2
工况3
工况4
环境温度
℃
-10
13.5
25
35
输出功率
kW（联合出力）
16026
14617
13610
12303
燃料消耗量
kCal/sec
11179.59
10263.7
9764.24
9207.71
kNm3/h
9583
8797
8369
7892
热耗
kCal/kW
2511
2528
2583
2694
kJ/kW
10513.1
10584.2
10814.5
11279.2
热效率
%
34.239
34.015
33.291
31.913
排烟温度
℃
489
499
508
522
由以上两表可见，焦炉煤气供应量能够满足两台TITAN130-20501满负荷发电的需要，且还有富裕。
4.3启动点火用油的供应
根据燃机供应商的要求,TITAN130-20501型燃机启动时使用-20号轻柴油，品质需符合燃机“液体燃料规范”要求。
一台机组启动时用油量一般最大为4000kg/h。
经16分钟负荷带到30%后可切换开始用焦炉煤气。
因此，本工程需要启动点火油量很少，可从市场购买。
第五章厂址条件
5.1厂址位置及周围环境
5.1.1厂址地理位置
山东XX民生热能有限公
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