燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機組摻燒煤制氣對機組發(fā)電氣耗的影響

【摘要】本文介紹了煤制氣的基本原理、與常規(guī)天然氣的區(qū)別，并以北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰緭綗褐茪鉃槔?，通過收集歷年生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，進行了煤制氣中甲烷和氫氣含量變化對機組發(fā)電氣耗的影響分析。

【關(guān)鍵詞】煤制氣 熱值 發(fā)電氣耗 天然氣結(jié)算

一、什么是煤制氣

以煤為原料經(jīng)過加壓氣化后，脫硫提純制得的含有可燃組分的氣體。根據(jù)加工方法、煤氣性質(zhì)和用途分為：煤氣化得到的是水煤氣、半水煤氣、空氣煤氣 （或稱發(fā)生爐煤氣） ，這些煤氣的發(fā)熱值較低，故又統(tǒng)稱為低熱值煤氣；煤干餾法中焦化得到的氣體稱為焦?fàn)t煤氣，屬于中熱值煤氣，可供城市作民用燃料。煤氣中的一氧化碳和氫氣是重要的化工原料，可用于合成氨、合成甲醇等。為此，將用作化工原料的煤氣稱為合成氣，它也可用天然氣、輕質(zhì)油和重質(zhì)油制得。

二、煤制氣與天然氣的區(qū)別

天然氣是一種多組合的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分為甲烷，也含有乙烷、丙烷、氮氣和二氧化碳等成分，幾乎不含氫。作為產(chǎn)品天然氣，國家標(biāo)準(zhǔn)-《天然氣》（GB17820-2012）對其熱值有規(guī)定：高位發(fā)熱值>31.4MJ/m3。煤制氣是人工煤氣的一種，是將燃料煤經(jīng)干餾、氣化、裂解制取的可燃?xì)怏w，生產(chǎn)原理是由一氧化碳與氫氣反應(yīng)形成甲烷，因此煤制天然氣的產(chǎn)品中不可避免地含有氫氣。

三、天然氣成份變化對熱值的影響

上表為煤制天然氣成分表，可見與常規(guī)天然氣相比，其甲烷及氫氣含量偏高（常規(guī)天然氣含量分別為93%和0.1%左右），且不含油其他烷烴類（常規(guī)天然氣中含有約4%），造成兩者低位熱值存在一定差異。

由上表可知相同體積下的氫氣和甲烷的熱值低于其他烷烴類，因此天然氣中氫氣和甲烷的相對含量越高、其他烷烴類相對含量越低，則熱值越低。我們知道天然氣的熱值分為高位熱值和低位熱值， 高位熱值是指一標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時所放出的熱量，低位熱值是指一標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸氣狀態(tài)時所放出的熱量。高低位熱值差值為水蒸氣的氣化潛熱。氣化潛熱是不能轉(zhuǎn)化為有效做功的熱能。甲烷在燃燒時發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O，甲烷在烴類中含量最高，密度最小，約0.54。因此在一標(biāo)方天然氣中，甲烷及氫氣含量越高，其他烴類氣體則越少，可燃燒的物質(zhì)越少，燃燒后產(chǎn)生的熱值自然會降低。而產(chǎn)生的水分比例增加，低位熱值則更低。發(fā)電可利用的有效熱值也越低。

四、煤制氣對發(fā)電氣耗的影響

表一為煤制氣進廠前后天然氣成份對比，可直觀看出隨著甲烷及氫氣相對含量的上升，熱值呈現(xiàn)下降趨勢。

表一為煤制氣進廠前后天然氣成份對比，可直觀看出隨著甲烷及氫氣相對含量的上升，熱值呈現(xiàn)下降趨勢。

煤制氣中甲烷含量比較穩(wěn)定，因此氫氣含量的變化極大的影響了天然氣的耗氣量，表3為未來熱電聯(lián)合循環(huán)機組平均負(fù)荷190MW及最大負(fù)荷250MW下天然氣及煤制氣中氫氣含量變化對發(fā)電氣耗的影響。因為考慮環(huán)境因素等影響，取值為一天之中的不同時段的對應(yīng)值。通過比較在煤制氣進廠后190MW時氣耗增加0.0025Nm？/KW·h，250MW時氣耗增加0.0048Nm？/KW·h。在190MW負(fù)荷時，氫含量每上升0.1%，氣耗上升為0.0015 m？/KW·h。在250MW負(fù)荷時，氫含量每上升0.1%，氣耗上升為0.0014Nm？/KW·h。因為機組在正常運行時，負(fù)荷越高，耗氣量越大；所以在高負(fù)荷時，氫含量的上升對氣耗的影響更大。

五、結(jié)語

通過上述數(shù)據(jù)分析得出了組在正常運行時，相同發(fā)電負(fù)荷下，燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機組摻燒煤制氣相對越多，機組發(fā)電氣耗越大；天然氣中氫含量越高，機組發(fā)電氣耗越大；負(fù)荷越高，耗氣量越大。本文為摻燒煤制氣的聯(lián)合循環(huán)電廠經(jīng)濟性分析提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉驥 天然氣組分對燃機電廠的經(jīng)濟影響 《中國高新技術(shù)企業(yè)》 2014（19）：69-70

[2]煤制天然氣項目基本情況報告

作者簡介：

趙智輝（1975-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，本科，從事燃?xì)鉄犭姀S運行管理。