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發生爐煤氣站的電耗與節控措施

發布時間:2013-09-03
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苑衛軍 石麗豔

(唐山科源環保技術裝備有限公司,河北唐山,063020

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摘要: 簡要介紹發生爐煤氣站的節能減排潛力、電力消耗點、節約和控制電耗的措施。指出在優化現有技術的前提下,通過選用合理淨化冷卻工藝,優化設備選型及配置,選用有效的節電技術及設備,可以最大程度的減少電耗,在提高企業經濟效益的同時,助力我國的節能減排目标的實現。
關鍵詞:發生爐煤氣站;電力消耗;淨化工藝;設備配置;變頻技術;照明節電

Power Consumption and Saving Control Measures In Coal Gas Station

Yuan Weijun     Shi Liyan

(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology & Equipment Co., Ltd,  Hebei  Tangshan  063020 )

Abstract:  A brief introduction of the measures on energy conservation and emission reduction, power consumption point, saving and control power consumption. It points out that on the condition of optimizing the existing technology, the power consumption can be reduced through choosing reasonable purifying technology, optimizing equipment selection and configuration, and using effective power saving technology and device. It will be helpful to realize the goal of energy conservation and emission reduction in the meanwhile improve the enterprise’s economic benefit.

Keywords: Coal gas sation; Power consumption; Purifying technology; Equipment configuration; Frequency conversion technology; lighting power saving

0.引言

近年來,随着中國經濟的快速發展,能源消耗迅速增長,CO2排放量同步急劇攀升,據德國可再生能源研究所的一份報道顯示,2011年全球CO2排放量為340億噸,創曆史新高,其中,中國以89億噸的排放量位居榜首,遠超CO2排放量60億噸的美國。早在哥本哈根會議前夕,中國國務院就已作出決定,到2020年中國單位GDP的CO2排放比2005年下降40-45%,作為約束性指标納入國民經濟和社會發展中長期規劃。

發生爐氣化技術在中國應用較早,就其生産規模、投資成本、建設周期而言,符合多數冶金、化工、建材和機械等行業的用氣要求,多年來得到了較為廣泛的應用,目前國内應用的煤氣發生爐數量達到了數千台,具有相當的節能減排潛力。就能源消耗而言,發生爐煤氣站中的電力消耗比例僅次于煤炭消耗,節約控制其電力消耗,即有利于提高企業的經濟效益,又有助于實現我國的減排目标。

1.發生爐煤氣站的電力消耗

發生爐煤氣站一般由煤炭的預處理及輸送系統、煤氣發生系統、煤氣淨化系統、煤氣脫硫系統以及煤氣增壓輸送系統等組成。發生爐煤氣站根據煤氣發生爐的結構分為一段爐煤氣站、兩段爐煤氣站和幹餾爐煤氣站;根據煤氣淨化工藝區分,發生爐煤氣站又有熱煤氣站和冷煤氣站之分。氣化煤種和冷熱煤氣淨化工藝決定了常用煤氣站分類,表1以Φ3.2m發生爐煤氣站一台套為例,列舉了一段爐、兩段爐及幹餾爐的冷煤氣站(環保節能型)和熱煤氣站的主要生産用電力消耗點、裝機功率和實用功率。由于各類煤氣站因煤氣淨化工藝的區别,其電力消耗點和裝機功率不同,電耗相差也較大,冷煤氣站的電耗遠遠大于熱煤氣站,這主要是由于冷煤氣站的煤氣加壓機以及為煤氣淨化系統配置的水泵等功耗較大。煤氣站的電耗除生産用電外,還包括照明、通風等生産輔助用電,其中生産用電除表1所列的主要電機和電除焦油(塵)器的用電外,還包括顯示儀表的耗電等。

常用幾種Φ3.2m發生爐煤氣站(一台套)及主要電力消耗

煤氣站種類

生産用電電力消耗

主要電力消耗設備

裝機功率(KW)

實用功率(KW)

熱煤氣站

一段爐

(煙煤/無煙煤)

空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵

58

35

兩段爐

(煙煤)

空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵、電除焦油器

85

51

幹餾爐

(煙煤)

空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵、電除焦油器、焦油循環泵

105

63

冷煤氣站

一段爐

(無煙煤)

水洗型煤氣站:空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵、循環水泵、冷卻塔、靜電除塵器、煤氣加壓機、濕法脫硫系統水泵、輸液泵

457

271

環保型煤氣站:空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵、循環水泵、冷卻塔、靜電除塵器、煤氣加壓機、濕法脫硫系統水泵、輸液泵、酚水泵

435

260

兩段爐

(煙煤)

環保型煤氣站:空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵、循環水泵、冷卻塔、靜電除焦油器、靜電除塵器、煤氣加壓機、濕法脫硫系統水泵、輸液泵、酚水泵、焦油循環泵

472

281

幹餾爐

(煙煤)

空氣鼓風機、加煤機、清灰機、軟化水泵、循環水泵、冷卻塔、靜電除焦油器、煤氣加壓機、濕法脫硫系統水泵、輸液泵、酚水泵、焦油循環泵

466

275

2.發生爐煤氣站節約和控制電耗的措施

2.1 優化工藝設計選型

2.1.1 淨化工藝的優化設計

(1)合理選擇淨化工藝

煤氣發生爐生産的煤氣,溫度較高、粉塵焦油等雜質含量較大,一般需要經過一系列的煤氣冷卻淨化工序才能符合生産應用要求。煤氣淨化冷卻工藝不同,耗電設備的功耗也有區别,合理選擇煤氣站煤氣淨化冷卻工藝,有利于降低煤氣站的動力電耗。由表1可以看出熱煤氣站的電力消耗明顯低于冷煤氣站,在條件允許的前提下,選擇熱粗煤氣為燃料,有利于節約煤氣站的電耗,發生爐煤氣的應用領域較為廣泛,但由于加工産品的熱工設備、系統的自動化程度、煤氣輸送距離以及企業最終産品的要求不同,對煤氣輸送壓力和淨化程度要求也不盡相同。例如建築陶瓷行業的輥道窯、高嶺土煅燒行業的回轉煅燒窯、自動化控制程度要求較高的燃氣鍋爐等對煤氣潔淨度和煤氣輸送壓力要求較高,通常選擇潔淨的冷煤氣為燃料;而建築陶瓷及高嶺土煅燒行業的噴霧幹燥塔,玻璃行業的玻璃熔窯等對煤氣淨化程度相應要求較低,一般可以選擇熱粗煤氣為燃料。

對于相同爐型的冷煤氣站,不同的淨化冷卻工藝,其動力電的消耗量同樣存在較大差距。以兩段爐冷煤氣站為例,根據下段煤氣淨化冷卻系統設備配置的不同,兩段爐冷煤氣站可分為水冷淨化工藝和環保節能工藝,其工藝流程如圖1、圖2、圖3所示。風冷淨化工藝中發生爐下段煤氣的初級冷卻,是在旋風除塵器及風冷器中,通過外界空氣與高溫煤氣的間接換熱實現的;環保節能工藝的主要工藝特點體現在通過餘熱鍋爐對煤氣進行初級降溫冷卻,充分利用下段高溫煤氣的顯熱生産煤氣站生産用水蒸氣;水冷淨化工藝煤氣站中發生爐下段煤氣的初級冷卻,是在激冷器中,通過水與煤氣的直接接觸,進行順流及逆流換熱來實現的。

據文獻【1介紹,水冷淨化工藝煤氣在激冷器冷卻過程中,部分直接冷卻水被高溫煤氣(450-550℃)汽化為水蒸汽,這部分水蒸氣在煤氣間接終冷器中随煤氣溫度的降低,再次冷凝為含酚廢水,這部分水蒸氣的存在增加了間接終冷器的冷卻負荷,間接終冷器的冷卻水需求量明顯多于風冷淨化工藝和環保節能工藝,冷卻水泵的電力消耗約為風冷淨化工藝和環保節能工藝的2倍,以Φ3.2m兩段爐冷煤氣站為例,水冷淨化工藝的間接終冷器配套冷卻水泵功率為30KW,保證煤氣同等終冷效果的前提下,環保節能型和風冷型淨化工藝的間接終冷器配套冷卻水泵功率僅為15KW。

1 水冷淨化工藝兩段式發生爐煤氣站工藝流程

2 風冷淨化工藝兩段式發生爐煤氣站工藝流程

3 環保節能型兩段式發生爐煤氣站工藝流程

(2)合理簡化淨化工藝

發生爐煤氣站的煤氣淨化和冷卻工藝,需要根據燃氣用戶的實際要求量體裁衣,不能脫離實際而生搬硬套工藝方案。有些燃氣用戶對煤氣的潔淨度和輸送壓力要求介于冷煤氣和熱煤氣之間,這就需要合理簡化煤氣淨化工藝,在節省設備投資的同時,電力消耗、設備維護等運行成本也能夠得到有效節控。

文獻【2介紹了一種幹餾爐半冷煤氣站的工藝,工藝流程如圖4,其煤氣溫度約為80℃左右,就煤氣潔淨度、煤氣熱值、焦油回收、資源的節約利用、設備的操作維護等方面,幹餾爐半冷煤氣站都優于一段爐熱煤氣站和兩段爐除焦熱煤氣站,而且克服了一段爐熱煤氣站和兩段爐除焦熱煤氣站煤氣加壓困難的問題,煤氣可以遠距離加壓輸送;與冷煤氣站相比煤氣含焦油量和含水量相對較大,幹餾爐半冷煤氣站适合于對煤氣潔淨度要求不高,但煤氣輸送距離較遠的場合,其電力消耗遠低于一段爐、兩段爐或幹餾爐冷煤氣站,以Φ3.2m爐型(一台套)煤氣站為例,幹餾爐半冷煤氣站的動力電消耗僅為冷煤氣站的1/2。

4 幹餾爐半冷煤氣站工藝流程圖

文獻【3就煤氣飽和水對燃燒過程的影響程度與終冷增壓的電力消耗,綜合計算了将煤氣站煤氣出站溫度控制在35℃、45℃、55℃、65℃和100℃時的五個終冷增壓工藝方案的相關數據,指出經過初級冷卻的煤氣,其溫度降至80-100℃後,不經過進一步終冷而直接增壓輸送的工藝,是電耗最低、環境效益最好的方案。假如煤氣不需要脫硫(煤氣濕法脫硫工藝要求煤氣溫度為35-45℃),冷煤氣站煤氣淨化冷卻工藝中可以考慮省略間接終冷器,煤氣不經過終冷程序直接由煤氣增壓機加壓輸送至用戶,如此便可節省為間接終冷器配套的冷卻水泵和冷卻塔的電耗。但當采取無終冷直接增壓的工藝方案時,煤氣輸送過程中,其溫度會降低,當煤氣溫度降至其臨界飽和狀态對應的溫度以下時,便會有冷凝水析出,所以必須在用氣點前采取有效措施将析出的冷凝水捕除,以減少該冷凝水對煤氣燃燒的不利影響。

2.1.2 設備配置的優化選型

(1)水泵的合理選擇

發生爐煤氣站的水泵,一般應用于軟化水供水系統、酚水供水系統、循環冷卻水供水系統、焦油循環系統及濕法脫硫系統中。水泵流量及揚程參數的選取不宜過大,一般按10%餘量考慮,中小規模煤氣站通常選擇兩台(一用一備)或三台(兩用一備)水泵,采用母管供水方式,大規模煤氣站通常以分組形式,采用兩組以上水泵分别向相應組别的發生爐供水(焦油),每組系統采用母管供水方式。

(2)空氣鼓風機和煤氣增壓機的合理選擇

煤氣發生爐在氣化過程中所需的空氣氣化劑由空氣鼓風機供給,發生爐煤氣站生産的合格煤氣一般需要經過煤氣增壓機增壓後輸送至用氣點,需要根據所需空氣量、爐底鼓風壓力和空氣管道布置情況選擇空氣鼓風機型号和台數,根據煤氣輸送量和用氣點壓力要求以及廠區煤氣管道布置情況選擇煤氣增壓機的型号和台數。

選用風機時,首先根據所需要風機的風量、全壓這兩個基本參數,通過風機的有因次性能表确定風機的型号和機号,力求使風機的額定流量和額定壓力,盡量接近工藝要求的流量和壓力,從而使風機運行時使用工況點接近風機特性的高效區。在選擇空氣鼓風機和煤氣增壓機台數時,應盡量避免采用風機并聯或串聯的工作模式,當不可避免時,應選擇同型号、同性能的風機聯合工作。

煤氣站空氣鼓風機和煤氣增壓機的配置必須結合用氣點對煤氣需求量變化要求,如果煤氣站分期建設,應在一期建設選型時,适當将空氣鼓風機和煤氣增壓機加大,即考慮到二期風機并網時的風機并聯系數。

2.2 節電技術的應用

2.2.1 電機變頻技術的應用

風機、水泵在啟動時,電流會比額定電流高5-6倍,不但會影響風機、水泵的使用壽命而且消耗較多的電量。但在實際使用過程中,風機、水泵電機有時要以較低或者較高的速度運行,使用變頻器可實現電機軟啟動、補償功率因素、通過改變設備輸入電壓頻率達到節能調速的目的,而且能給設備提供過流、過壓、過載等保護功能,降低設備的故障率,提高設備的自動化程度,采用變頻調速節電裝置可解決大量的電能浪費。

2.2.2 照明節電技術的應用

煤氣站的照明包括各操作控制間和室外淨化區的照明,對其采取有效的節控措施有助于節約煤氣站系統的整體耗電。LED燈利用給半導體芯片施加電壓使之發光,其安全性高,節能效果顯著,并且具有較長的使用壽命,煤氣站室内外的照明可采取LED燈照明的節電方式,萬昳4設計的智能照明控制系統,可根據室内有人無人和自然光照強度情況,在确保燈具正常工作的條件下,給燈具輸出最佳照明功率,從而達到節省電能的目的,該系統節電率可達20-40%。

 3.結論

對發生爐煤氣站進行系統設計規劃時,須要在滿足用戶基本應用要求的前提下,通過合理選擇淨化冷卻工藝,優化設備選型,應用有效的節電技術等措施,盡可能節約和控制系統電耗,降低運行費用,如此,即有利于提高企業的經濟效益,又有助于實現我國的減排目标。

參考文獻:

[1] 苑衛軍;秦利生,環保節能型兩段式煤氣發生站節能及環保效果分析[J],節能與環保,2008,(2):38-41

[2] 劉順利,楊鐵英,苑衛軍,幹餾爐半冷煤氣站與其他熱煤氣站對比分析[J],能源工程,2009(4):50-53

[3] 苑衛軍;秦利生;李建勝,發生爐煤氣終冷增壓方案的選擇與效益性分析[J],能源工程,2009,(6):

[4] 萬昳,智能LED照明系統設計[D],碩士學位論文,西安:西安電子科技大學,2012

第一作者

姓名:苑衛軍(1968—),男,河北霸州,高級工程師,工程碩士,1990年本科畢業于河北理工大學機械制造專業,現從事煤炭氣化方面工作,E-mail:ywj680820@sohu.com

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