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| 基于低碳經(jīng)濟(jì)的煤氣發(fā)生爐的技術(shù)發(fā)展方向 發(fā)表于: 2011/11/29 11:34:25 |
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| 中國(guó)的能源供應(yīng)及消費(fèi)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(chǔ)量，煤炭在化石能源中占首位，占世界化石能源儲(chǔ)量的60.31％，而中國(guó)又是儲(chǔ)煤量最多的國(guó)家，占其化石能源儲(chǔ)量的92.94％。以2009年為例，中國(guó)累計(jì)原油產(chǎn)量約為1.895億噸，天然氣產(chǎn)量約為830億立方米，煤炭總產(chǎn)量約為30億噸，根據(jù)專家預(yù)測(cè)，中國(guó)一次能源以煤為主的格局在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)難以改變，到本世紀(jì)中葉，煤炭在中國(guó)能源消費(fèi)中的比重仍然保持在50％左右。目前，中國(guó)大力發(fā)展風(fēng)力、水力、太陽(yáng)能和核能發(fā)電，以求盡量改善能源構(gòu)成格局，但從其目前在能源構(gòu)架中所占比重和發(fā)展勢(shì)態(tài)看，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，無(wú)法靠此從根本上改變中國(guó)能源供應(yīng)的主要結(jié)構(gòu)。 就能源消費(fèi)狀況而言，2006年煤炭、石油、天然氣在中國(guó)整個(gè)能源消費(fèi)構(gòu)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(fèi)量國(guó)家分別為中國(guó)、美國(guó)和印度，中國(guó)煤炭消費(fèi)11.988億噸油當(dāng)量，占世界38.8%，比美國(guó)高出20.4個(gè)百分點(diǎn)，比印度高出31.1個(gè)百分點(diǎn)【1】。 由此可見(jiàn)，無(wú)論從能源供應(yīng)構(gòu)架，還是從目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)角度去審視，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都不能遠(yuǎn)離煤炭資源，低碳經(jīng)濟(jì)并非無(wú)碳經(jīng)濟(jì)，合理科學(xué)的利用煤炭資源，大力開(kāi)發(fā)潔凈煤應(yīng)用技術(shù)符合中國(guó)能源安全戰(zhàn)略。 3 基于低碳經(jīng)濟(jì)的煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用前景及發(fā)展方向 3.1 煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用前景 煤炭氣化是煤炭潔凈利用技術(shù)的一種，按照煤在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)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(nèi)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(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域較多，包括化工合成原料氣、工業(yè)燃?xì)狻⒚裼妹簹�、冶金還原氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)�、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(yīng)用領(lǐng)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(chǎn)化工合成氣和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）燃?xì)�；魯奇爐多用于民用煤氣生產(chǎn)；常壓固定床煤氣發(fā)生爐多用于工業(yè)燃?xì)獾墓⿷?yīng)【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(guò)程CO2排放中，煤氣燃燒產(chǎn)生的CO2最多，約占總排放量的94%，其次是煤氣生產(chǎn)、凈化和輸配過(guò)程耗電產(chǎn)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(chǎn)生的間接CO2排放量最少【4】。發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、氣化劑供應(yīng)及煤炭預(yù)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(shù)，在中國(guó)應(yīng)用較早，就其生產(chǎn)規(guī)模、投資成本、建設(shè)周期而言，符合多數(shù)冶金、化工、建材和機(jī)械等行業(yè)的用氣要求，多年來(lái)得到了較為廣泛的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的煤氣發(fā)生爐數(shù)量達(dá)到了數(shù)千臺(tái)。從目前煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用領(lǐng)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(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，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(shù)，煤氣發(fā)生爐應(yīng)該還有很長(zhǎng)的生命周期。 3.2 基于低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)生爐煤氣站的技術(shù)發(fā)展方向 3.2.1 低碳經(jīng)濟(jì)對(duì)發(fā)生爐煤氣站的要求 低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，是含碳燃料所排放的CO2顯著降低的經(jīng)濟(jì)。與傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式相比，低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)是能源高效利用，清潔能源開(kāi)發(fā)、追求綠色GDP，核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展概念的根本轉(zhuǎn)變，最終目的是實(shí)現(xiàn)世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展【6】。對(duì)發(fā)生爐煤氣站而言，低碳經(jīng)濟(jì)首先要求其煤氣生產(chǎn)系統(tǒng)自身具有低能耗、低污染和低排放的特點(diǎn)，其次，盡量保證所提供的煤氣燃燒后產(chǎn)生盡量少的CO2排放。 3.2.2煤氣生產(chǎn)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(dá)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(xiàn)【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(yīng)用；其二，利用煤氣顯熱生產(chǎn)水蒸汽，供設(shè)備及管道保溫加熱應(yīng)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(lái)的高溫灰渣，直接落入灰盤水中，造成灰渣顯熱的無(wú)謂浪費(fèi)，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?yàn)閷?duì)于煤氣發(fā)生爐而言，灰渣含碳量的高低對(duì)煤炭氣化利用率的影響最大；其次是減少爐出煤氣攜灰，因?yàn)槊簹饬鲾y帶的灰塵多為未氣化的煤粉，煤氣攜灰嚴(yán)重影響。 現(xiàn)階段煤氣發(fā)生爐灰渣含炭量多數(shù)維持在10－15％左右，而有些煤氣發(fā)生爐由于設(shè)備工藝落后，其灰渣含炭量有時(shí)高于20％。改進(jìn)煤氣發(fā)生爐結(jié)構(gòu)及氣化工藝，優(yōu)化操作指標(biāo)，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(shí)，空層高、料層薄，加煤、插釬和煤料熱爆產(chǎn)生大量煤粉，被煤氣攜出，從而造成資源浪費(fèi)。兩段式煤氣發(fā)生爐在插釬操作、煤料熱爆時(shí)，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(fèi)同樣嚴(yán)重。文獻(xiàn)【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(chǎn)生的煤塵和探火打釬時(shí)攪起的煤塵，隨煤氣進(jìn)入干餾段，經(jīng)過(guò)厚厚的料層過(guò)濾后，基本全部沉積下來(lái)，到氣化段后又重新進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，煤炭資源利用較為充分。
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