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| 基于低碳經濟的煤氣發(fā)生爐的技術發(fā)展方向 發(fā)表于: 2011/11/29 11:34:25 |
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| 中國的能源供應及消費狀況： 我們使用的能源一般分為一次能源和可再生能源，其中一次能源主要是化石能源（煤炭、石油和天然氣），綜觀世界化石能源儲量，煤炭在化石能源中占首位，占世界化石能源儲量的60.31％，而中國又是儲煤量最多的國家，占其化石能源儲量的92.94％。以2009年為例，中國累計原油產量約為1.895億噸，天然氣產量約為830億立方米，煤炭總產量約為30億噸，根據專家預測，中國一次能源以煤為主的格局在相當長時期內難以改變，到本世紀中葉，煤炭在中國能源消費中的比重仍然保持在50％左右。目前，中國大力發(fā)展風力、水力、太陽能和核能發(fā)電，以求盡量改善能源構成格局，但從其目前在能源構架中所占比重和發(fā)展勢態(tài)看，在相當長的一段時間內，無法靠此從根本上改變中國能源供應的主要結構。 就能源消費狀況而言，2006年煤炭、石油、天然氣在中國整個能源消費構架中所占比例分別為：69.7%、21.1%和3.0%。2006年世界前三位煤炭消費量國家分別為中國、美國和印度，中國煤炭消費11.988億噸油當量，占世界38.8%，比美國高出20.4個百分點，比印度高出31.1個百分點【1】。 由此可見，無論從能源供應構架，還是從目前的能源消費結構角度去審視，中國的經濟發(fā)展都不能遠離煤炭資源，低碳經濟并非無碳經濟，合理科學的利用煤炭資源，大力開發(fā)潔凈煤應用技術符合中國能源安全戰(zhàn)略。 3 基于低碳經濟的煤氣發(fā)生爐的應用前景及發(fā)展方向 3.1 煤氣發(fā)生爐的應用前景 煤炭氣化是煤炭潔凈利用技術的一種，按照煤在氣化爐內的運動方式，氣化方法可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化；按照氣化爐內操作壓力又可將氣化方法分為加壓氣化和常壓氣化兩種。煤炭氣化技術應用的領域較多，包括化工合成原料氣、工業(yè)燃氣、民用煤氣、冶金還原氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃氣、燃料油合成原料氣、煤炭氣化制氫等，不同的氣化方式適合于不同的應用領域，例如Lurgi加壓固定床氣化爐、Texaco加壓流化床氣化爐和Shell加壓氣流床氣化爐多用于生產化工合成氣和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）燃氣；魯奇爐多用于民用煤氣生產；常壓固定床煤氣發(fā)生爐多用于工業(yè)燃氣的供應【2,3】。 常壓固定床發(fā)生爐煤氣的主要可燃成分中的含碳化合物為CO27-30%、CH4及CmHn2-4%，另外不可燃成分中還含有4-6%CO2，作為工業(yè)燃料煤氣的過程CO2排放中，煤氣燃燒產生的CO2最多，約占總排放量的94%，其次是煤氣生產、凈化和輸配過程耗電產生的間接CO2排放，約占總排放量的5%，燃燒輔助系統(tǒng)耗電產生的間接CO2排放量最少【4】。發(fā)生爐煤氣生產工藝簡單、氣化劑供應及煤炭預處理等工序能耗較小，其系統(tǒng)能量利用效率較高【5】。就作為工業(yè)燃料氣的CO2排放量和系統(tǒng)能量利用效率而言，并不遜于其他氣化工藝。 常壓固定床煤氣發(fā)生爐氣化技術，在中國應用較早，就其生產規(guī)模、投資成本、建設周期而言，符合多數冶金、化工、建材和機械等行業(yè)的用氣要求，多年來得到了較為廣泛的應用，目前國內應用的煤氣發(fā)生爐數量達到了數千臺。從目前煤氣發(fā)生爐的應用領域和推廣范圍，以及作為工業(yè)燃料氣的CO2排放量和系統(tǒng)能量利用效率角度綜合分析，可以看出，在今后相當長一段時間內，常壓固定床發(fā)生爐氣化仍然是工業(yè)燃料氣的主要煤炭氣化供氣技術，煤氣發(fā)生爐應該還有很長的生命周期。 3.2 基于低碳經濟的發(fā)生爐煤氣站的技術發(fā)展方向 3.2.1 低碳經濟對發(fā)生爐煤氣站的要求 低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，是含碳燃料所排放的CO2顯著降低的經濟。與傳統(tǒng)的經濟增長模式相比，低碳經濟的實質是能源高效利用，清潔能源開發(fā)、追求綠色GDP，核心是能源技術和減排技術創(chuàng)新、產業(yè)結構和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展概念的根本轉變，最終目的是實現世界經濟的可持續(xù)發(fā)展【6】。對發(fā)生爐煤氣站而言，低碳經濟首先要求其煤氣生產系統(tǒng)自身具有低能耗、低污染和低排放的特點，其次，盡量保證所提供的煤氣燃燒后產生盡量少的CO2排放。 3.2.2煤氣生產系統(tǒng)的低能耗、低污染和低排放 （1）余熱資源的利用 發(fā)生爐煤氣站系統(tǒng)余熱資源，主要集中在煤氣顯熱方面，一段爐其煤氣出口溫度達到500-600℃，兩段爐下段煤氣出口溫度一般在450-550℃左右，這部分煤氣顯熱的回收利用可以大大提高煤氣站的系統(tǒng)熱效率。文獻【7】介紹了煤氣顯熱的兩種利用方式，其一，利用煤氣顯熱蒸發(fā)汽化含酚廢水后，將酚水蒸汽作為爐底氣化劑應用；其二，利用煤氣顯熱生產水蒸汽，供設備及管道保溫加熱應用。但顯熱利用后的煤氣溫度仍然在200℃左右，這部分顯熱仍然存在再利用空間。另外，目前常壓固定床煤氣發(fā)生爐多為濕式出灰，從氧化層下來的高溫灰渣，直接落入灰盤水中，造成灰渣顯熱的無謂浪費，改變發(fā)生爐出灰方式，可以有效收集并利用這部分余熱資源。 （2）煤炭資源的節(jié)約 發(fā)生爐煤氣站煤炭資源的節(jié)約利用，首先是采取有效措施，降低灰渣含碳量，因為對于煤氣發(fā)生爐而言，灰渣含碳量的高低對煤炭氣化利用率的影響最大；其次是減少爐出煤氣攜灰，因為煤氣流攜帶的灰塵多為未氣化的煤粉，煤氣攜灰嚴重影響。 現階段煤氣發(fā)生爐灰渣含炭量多數維持在10－15％左右，而有些煤氣發(fā)生爐由于設備工藝落后，其灰渣含炭量有時高于20％。改進煤氣發(fā)生爐結構及氣化工藝，優(yōu)化操作指標，降低灰渣含炭量，是提高氣化效率、減少煤氣發(fā)生爐能耗的有效途徑。 一段式煤氣發(fā)生爐操作時，空層高、料層薄，加煤、插釬和煤料熱爆產生大量煤粉，被煤氣攜出，從而造成資源浪費。兩段式煤氣發(fā)生爐在插釬操作、煤料熱爆時，其下段煤氣仍有許多飛灰攜出，但和一段爐比較煤粉攜出量要少許多，但煤炭資源的浪費同樣嚴重。文獻【8】介紹的干餾式煤氣發(fā)生爐，在煤氣減少攜灰方面大大優(yōu)于一段爐和兩段爐，在氣化段煤料熱爆產生的煤塵和探火打釬時攪起的煤塵，隨煤氣進入干餾段，經過厚厚的料層過濾后，基本全部沉積下來，到氣化段后又重新進行氧化還原反應，煤炭資源利用較為充分。
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