煤炭低温干馏煤气发电技术分析

【摘要】经济的快速发展，电力供应的紧张以及煤炭深加工-煤炭低温干馏炉煤气（荒煤气）的排放与环境保护的矛盾，这一系列问题都亟待解决。利用煤炭低温干馏炉煤气发电，已经成为解决这些问题的较好途径之一。本文将蒸汽轮机机组、燃气轮机机组、燃气内燃机机组等三种发电形式的优缺点作了比较、分析，认为采用燃气内燃机机组发电是利用多余煤炭低温干馏煤气最经济、实用的途径。

【关键词】电力；煤炭低温干馏炉煤气；内燃机；发电

1引言

随着我国经济的快速发展和部分地区气候的异常变化，全国用电量超常增长，连续17个月平均增速超过15%。2003年，我国电、煤、钢材等主要能源和原材料消费增长加快，部分地区电力供应紧张，21个省份先后出现不同程度的限电情况，对人民生活和经济发展带来一定影响。今年钢铁产量预计突破2.1亿吨，电解铝产量预计突破500万吨，高耗能工业已经成为工业用电增长的主导力量。随着人民生活水平的提高，在高温和严寒时节，大中城市的降温和采暖电调负荷多数超过当地负荷的1/3，持续时间短、随机性强，成为电网供电的一大难题。电力供应已成为企业，特别是冶金企业发展的瓶颈问题。冶金企业是全国最大的能源用户，单以用电来说，约占全国总用量的13%～15%，而炼钢、炼铁又占整个冶金企业用电的40%左右。煤炭深加工项目-煤炭低温干馏高炉煤气是煤炭在兰炭生产过程产生的伴生气，其主要成分是一氧化碳和氮气及少量氢气。一氧化碳直接排往空中，无疑将使生态环境遭到破坏。现在已有许多地方（例如河北省等地）制定了《固定污染源一氧化碳排放标准》（ DB13/487-2002）对企业排放尾气中一氧化碳排放做了硬性限制。现在煤炭深加工企业都采取多余煤炭低温干馏煤气燃烧排空法，燃烧产生二氧化碳，二氧化碳产生温室效应，破坏地球的生态平衡。以煤炭深加工、提质为主的经济结构，如果不能很好地解决环境污染的难题，当地经济的可持续发展也会因此受到影响，如何充分利用富余的煤炭低温干馏过程中煤气（荒煤气），以回收电能的方式来降低煤炭在深加工过程中的成本问题已迫在眉睫。采用煤炭低温干馏炉煤气（荒煤气）发电被国内外公认为是投资小、见效快、回收期短的高回报、节能、环保项目。

2 国内外利用煤炭低温干馏炉煤气发电现状概述

目前，利用煤炭低温干馏炉煤气发电机组主要分为蒸汽轮机机组、燃气轮机机组及其联合循环机组、燃气内燃机机组。蒸汽轮机就是可燃气体与空气在燃烧器内燃料，燃烧产生蒸汽做功发电；燃气轮机则是以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机发动机一致；燃气内燃机与汽油机在结构上类似，但其燃料是可燃气体，而不是汽油。

3煤炭低温干馏炉煤气内燃机机组的特点

3.1煤炭低温干馏炉煤气的特点

煤炭低温干馏煤气主要成份是CO、CO2、N2、H2等。CO约占22%～26%，H2约占1%～4%，N2要占58%～60%。由于各煤炭企业工艺不同，其煤炭低温干馏炉所产生煤气的可燃成份也不相同。大型企业工艺先进，设备精良、其焦比低，煤炭低温干馏炉煤气的热值较好和稳定，中小型企业煤炭低温干馏炉容小、能耗高所以煤炭低温干馏炉煤气的热值不稳定。煤炭低温干馏炉煤气热值一般在1700～1900kJ/Nm3左右。煤炭低温干馏炉煤气为低热值气体燃料，属于二次能源。相对于其他可燃气体而言，煤炭低温干馏炉煤气的燃烧速率低，火焰稳定范围狭窄。一般气体的层流火焰传播速度约为0.3～0.8m/s，而煤炭低温干馏炉煤气的火焰传播速度较低。这就需要加大燃烧室截面积，降低气流速度，并加长燃烧室长度增加气体停留时间。煤炭低温干馏炉煤气的贫富油极限约为1.6，这么狭窄的稳定区要求精心设计喷嘴。在燃料流量变化时保持适当的燃料空气比，有时装设“常明灯”点火。煤炭低温干馏炉煤气热值低，需要大流量高效率的煤气压缩机。煤炭低温干馏炉煤气的燃烧量约等于空气流量的1/3～1/4，因而尾气压缩机的效率高低对整个机组的性能产生重大影响。因此需要高效率的煤气压缩机。煤炭低温干馏炉煤气中含尘量大、成分复杂，在进入机组之前需要进行除尘、冷却脱水、脱硫等工艺。除尘可以减少对燃气机组的磨损，降低故障率，冷却脱水可提高煤气的热值、脱硫可以减少二氧化硫的排放和机器的腐蚀。

3.2煤炭低温干馏炉煤气内燃机机组的核心技术

针对煤炭低温干馏炉煤气的特点，山东胜利动力机械有限公司、淄博淄柴新能源有限公司、济南汉菱电气有限公司等企业专门研制了煤炭低温干馏炉煤气发电机组，主要用来发电。发动机采用具有独立知识产权的电子控制技术，对混合气空燃比进行实时自动闭环调节，解决了传统燃气机因可燃气体浓度变化大而造成的发动机熄火、游车等问题。该机型不需要对煤炭低温干馏炉煤气进行加压，适应煤炭低温干馏炉煤气热值低的特点，安全性能好。煤炭低温干馏炉煤气发动机主要有以下核心技术：

（1）采用电控混合技术。煤炭低温干馏炉煤气发电机组的核心部件为电控混合器。发动机自动实时监控可燃气体的变化，合理匹配空气和煤炭低温干馏炉煤气流量，达到实时调节空燃比的目的。（2）数字点火技术。数字式点火技术是由ECU根据燃气机的不同工况，从软件上调整点火能量和点火时间。此点火系统尤其适合多缸机型，使每个气缸都能在最佳状态工作，发挥机器的最佳性能。（3）预燃室技术。预燃室技术是指先由火花塞点燃预燃室的混合气，然后出现多个着火点，增大点火能量，引燃燃烧室的混合气。提高了燃烧速度，降低发动机的热负荷，将排温控制在550℃-650℃以内，减少了缸盖等主、重要件的热负荷，从而延长了整机的使用寿命，并同时降低了气耗率，提高了发动机的工作效率。（4）增压中冷技术。增压中冷技术是空气与燃气经过增压器增压，再经中冷器冷却后进入气缸。此种机型对燃气品质要求不高，只要燃气压力在200毫米水柱以上，热值在900kcal以上均可使用。功率比非增压机提高了20%以上。（5）TEM控制技术。可以实现机组参数的采集、储存、显示、输出打印、自动控制等。数据可以以模拟量、数字量、仪表、报表、历史数据等各种形式显示，可采用人机对话方式进行修改，能够根据用户的要求进行定制。（6）GPRS远程监控技术。自行设计的电站远程监视、控制系统，可实现基于有线、无线网络的远程监视和控制，只要能上网就可以直接观察整个电站和各部分的运行情况；在远端可以象控制自己电脑一样控制工控机，并实现远程控制机组的运行。

参考文献

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