地下气化煤气的发电应用

文章编号:1000-4416(2003)09-0571-02

地下气化煤气的发电应用Ξ

张树军,史志清,焦玉新

(山东新汶矿业集团设计研究院,山东新汶271233)

摘要:介绍了燃气发电技术发展现状及地下气化煤气用于燃气内燃机发电机组发电的应用。

关键词:地下气化;煤气;发电

中图分类号:T U996 文献标识码:B

Application of Underground C oal G asification in P ower G eneration

ZH ANG Shu2jun,SHI Zhi2qing,J I AO Y u2xin

(Xinwen Mining Group Design and Research Institute,Xinwen271233,China)

Abstract:This paper introduces the development of technology of gas2fired power generation and the applica2 tion of underground coal gasification gas in power generation.

K ey w ords:underground coal gasifcation;coal gas;power generation

1　引 言

从保护环境角度出发应大力提倡发展洁净煤技术,而煤炭气化则是煤炭洁净利用的关键技术之一。煤炭地下气化为遗留煤柱、难采煤层、高硫煤等的利用提供了新途径,最大限度地利用和节约了日趋减少的煤炭资源。地下气化在我国已有应用[1—3],新汶矿业集团孙村煤矿煤炭地下气化装置于2000年3月成功生产出地下气化煤气,地下气化生产的空气煤气和水煤气性质见表1。

空气煤气热值较低,一般适合于做工业燃料气,如锅炉、各种工业窑炉的燃料,也适合用做发电燃料。水煤气热值较高,煤气中的C O含量也能符合要求,因此不仅适合用做居民用气,也可用于化工合成。新汶矿区气化炉数量较少,产气量较低,用于生产合成氨和甲醇达不到经济规模。根据国内外地下气化煤气的应用经验,并结合新汶周边地区电力供应相对较紧张的实际情况,经过项目论证后,认为将地下气化煤气用于发电是一个良好的利用途径。

表1　地下气化煤气性质

燃气种类

体积分数Π%

H2CO CH4CO2O2N2

低热值Π

(M J・m-3)空气煤气20.149.46 2.6542.35 1.3923.43 4.32

水煤气52.0212.16 6.3723.860.30 5.379.44

2　地下气化煤气发电技术方案与工艺

2.1　燃气发电技术现状

利用地下气化煤气发电在俄罗斯已有50年的历史,先后在莫斯科近郊等煤田建立了5座地下气化站,生产2930～4186k JΠm3的低热值煤气用于发电。而我国使用煤气发电则始于20世纪90年代,先后有铁岭焦化厂等使用航空发动机改型的轻型燃气轮机用焦炉煤气发电,上海宝山钢铁厂采用3265k JΠm3低热值煤气在自备电站内发电,目前运

第23卷　第9期2003年9月

煤气与热力

G as&Heat

Vol.23　No.9

Sep.2003

Ξ收稿日期:2003-01-28

作者简介:张树军(1958—),男,山东新泰人,高级工程师,大专,从事煤炭地下气化及煤气综合应用工作。

行状况良好。

2.2　燃气发电装机方案

(1)燃气轮机装置

主要结构有3部分:①燃气轮机(透平或动力涡轮);②压气机(空气压缩机);③燃烧室。工作原理为:叶轮式空气压缩机从外部吸进空气,压缩后送入燃烧室,同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功,推动动力叶片高速旋转,乏气排入大气中或再利用。

燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命长等优点,主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机,轻型燃气轮机为航空发动机的转型,重型燃气轮机为工业型燃机。功率为10MW以下的也有应用,但大部分燃气轮机以天然气或柴油为燃料。

(2)燃气内燃机装置

燃气内燃机装置是一种以燃料气和空气混合成的可燃气体为工质的往复式发动机。主要部件有:缸体、活塞、曲轴、连杆、火花塞等。其工作原理为:燃料气和空气进入混合器中混合,经过涡轮增压器加压,中冷器冷却,被送入气缸内,由火花塞点火燃烧,产生的高温高压气迅速膨胀推动活塞,带动连杆、曲轴等机构做功,各气缸乏气汇集后排入大气中或再利用。

燃气内燃机装置具有效率高、功率小、体积小、投资省和寿命较长等特点,国外用于调峰、特种气体发电工程等已有30年的历史,国内主要用于交通和工业动力。随着煤层气、沼气、柴油以及天然气等各种特殊可燃气体的开发和利用,以及西气东输工程的启动,该装置也开始用于发电。其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高、单机容量较小、进气压力要求较低等,多应用在简单循环发电或特种气体联合循环发电上,可实现热(冷)电联产。

燃气内燃机与汽油内燃机极为相似,两者都不同于柴油内燃机。前两者为火花塞点火,后者是为压爆自爆式,除了这一点外,其他结构与辅助系统都基本一致。根据对内燃机市场调查,发电机功率一般小于1000kW,发电规模较小。由于燃气中含氢量一般较高,当使用内燃机时,存在压爆问题,使其发电机组的使用受到限制。

2.3　地下气化煤气发电工艺流程

孙村煤矿地下气化发电机组为内燃机燃气发电机组。该机组配有电控混合器、电子点火系统、并网、起动装置,具有起动迅速、操作容易、工作可靠、维护方便、对燃气的适用范围广等特点。还可以根据燃气热值、含氢量设定最大进气量和最高缸温,使最高缸温低于煤气燃点,从而避免放炮现象。为此系统除循环显示每个缸的瞬时缸温外,还可显示机组瞬时负荷率和步进电机瞬时开启步数,使机组运行实现了自动化。孙村煤矿试验安装的一台发电机组于2001年1月完成调试,并网运行,已安全运行至今,取得了许多现场运行参数,积累了地下气化煤气发电的运行经验,为大面积推广使用奠定了良好的基础。

2.4　地下气化煤气发电的经济效益

以孙村煤矿地下气化煤气发电机组经济效益分析为例:煤气热值为9.44M JΠm3,属低热值煤气。安装一台发电机组,消耗的煤气量为385m3Πh,以每天工作16h计算,机组在峰期和平期运行,电价平均0.55元Π(kW・h),机组年发电量144万kW・h,电费收入79.2万元。扣除机组运行费用55万元,一台机组每年可创经济效益24.2万元。

3　结 语

煤炭地下气化技术可充分利用报废矿井的残留煤柱、高灰、高硫以及不适合开采的煤炭资源,是先进的煤炭洁净利用方法之一。利用地下气化煤气发电,是实现煤炭生产高附加值产品的良好途径,具有广阔的市场前景。

参考文献:

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煤气与热力,1996,(1):18—201

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力,2002,(3):239—2401

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・煤气与热力 2003年