多联产系统能源梯级利用的机理

锅炉制造BOILER MANUFACTURING第1期2021年01月No. 1Jan.2021煤的梯级利用工艺路线介绍和煤热解技术对比Introduction of coal cascade utilization technology andcomparison of pyrolysis technology in coal洪超，王桔（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）摘要:煤炭作为国内未来较长时间内的主要能源消费来源，煤的梯级利用可以实现低阶煤的环保、经济和高效利用，本文介绍了几种国内典型的煤梯级利用工艺路线，从工艺流程、工业化进程、技术特点和经济效益等方 面进行阐述，对比各工艺路线的核心热解技术，并对以后的技术发展方向提出展望。

关键词:煤的梯级利用;热解;煤气;焦油;半焦中图分类号：X7 文献标识码：B 文章编号:CN23 -1249（2021 ）01 -0040 - 030引言长期以来，我国的能源消费都是以煤为主，根 据国家统计局公布数据,2019年全年能源消费总量中煤炭消费总量增长1-0%,占比57.7%,占比相比去年下降1.3个百分点。

近年来随着清洁能源和新能源技术的不断发展，煤炭能源比例虽逐 年下降,消费总量却逐年增加，煤炭在较长时间内仍将占据能源消费主导地位。

根据中科院公布数据，截至2019年，国内已探明原煤储量10077亿吨。

其中低变质烟煤、褐 煤等低阶煤占煤炭储量的50%以上，其挥发分高、含水量高、热值低等特点决定了常规的直接燃 烧或者气化等利用方式存在效率低、氮硫氧化物等污染物排放量大等缺点⑴。

随着技术的发展 和市场的需求，形成了如直接发电、液化、完全气化、干燥提质和煤的梯级利用等多种典型的低阶 煤利用技术路线⑵。

1低阶煤的梯级利用煤的梯级利用技术主要是通过热解分质、梯 级延伸加工，实现各级产物的梯级利用、吃干榨尽，具有资源利用率高、热能效率高、利于环保等 优势。

生物质热电联产新能源高效利用模式在当今全球能源需求不断增长，环境问题日益严峻的背景下，寻找清洁、可再生的能源解决方案已成为当务之急。

生物质热电联产作为一种新兴的能源利用模式，正逐渐展现出其巨大的潜力和优势。

生物质，简单来说，就是由植物、动物和微生物等有机物质所组成的资源。

它来源广泛，包括农业废弃物（如秸秆、稻壳）、林业剩余物（如树枝、木屑）、城市生活垃圾以及工业有机废水废渣等。

与传统的化石能源相比，生物质能具有可再生、低碳排放、分布广泛等显著特点。

那么，什么是生物质热电联产呢？生物质热电联产是指将生物质燃料燃烧产生的热能用于发电，同时将发电过程中产生的余热用于供热的一种能源综合利用方式。

这种模式实现了能源的梯级利用，大大提高了能源利用效率。

在生物质热电联产系统中，首先需要对生物质燃料进行收集和预处理。

这是确保系统稳定运行的重要环节。

由于生物质燃料的种类繁多、形态各异，其收集和运输存在一定的难度。

例如，秸秆的收集往往受到季节和地域的限制，需要合理规划和组织。

而对于林业剩余物，其运输成本可能相对较高。

因此，建立高效的收集和运输体系至关重要。

预处理环节则包括生物质的干燥、粉碎、压缩等。

经过预处理后的生物质燃料更易于燃烧，能够提高燃烧效率，减少污染物排放。

接下来是燃烧过程。

生物质燃料在锅炉中燃烧，产生高温高压的蒸汽。

这些蒸汽推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。

在这个过程中，需要采用先进的燃烧技术和设备，以确保燃烧充分、稳定，提高发电效率。

同时，要严格控制燃烧过程中的污染物排放，采取有效的脱硝、脱硫和除尘措施，以满足环保要求。

发电后的余热通过余热回收装置进行回收利用，用于供热。

这部分余热可以满足工业生产、居民采暖等多种需求。

与传统的分散式供热方式相比，生物质热电联产供热具有更高的能源利用效率和更低的污染物排放。

生物质热电联产具有诸多显著的优点。

首先，它能够有效减少对传统化石能源的依赖，降低能源进口风险，保障国家能源安全。

20MW级生物质气化多联产工程设计摘要：首先介绍了生物质气化多联产的工艺流程，结合具体装机方案，对整个系统配置情况进行了阐述，与传统生物质利用方式先比，气化多联产综合效率更高。

最后根据项目装机规模对气化炉、燃气内燃发电机组的主要选型参数进行了说明。

本文结合工程案例，对今后生物质气化多联产的工程实践提供了参考。

关键词：生物质气化；发电系统；内燃机；生物质炭；梯级利用1 引言生物质资源分布广泛、储量大，在我国可再生能源中占有重要比例。

生物质气化发电技术是一种清洁高效的能源利用技术，经过多年的不断探索和发展，生物质能已在实际工程中取得了广泛应用，如何将生物质能最大化的被人类利用成为当前能源领域研究的一个热点。

利用生物质进行发电、供热和产炭，符合分布式能源项目中能量梯级利用的理念，资源综合利用效率高，国家大力提倡，本文主要介绍了一种生物质气化多联产技术在工程中的应用。

2 工艺系统生物质气化多联产技术是将生物质气化技术和燃气发电系统进行整合，利用生物质气化产生的可燃气体进入燃气内燃机进行发电的过程，通过内燃机燃烧做功后的尾气经配套的烟气余热回收装置将余热转换为蒸汽或热水，为周边用户供热量。

图1 20MW生物质气化多联产系统工艺流程图1、炉前料仓，2、给料螺旋输送机，3、床料给料装置，4、点火装置，5、底部排渣装置，6、气化炉本体，7、一级旋风分离器，8、二级旋风分离器，9、一级喷淋塔，10、二级喷淋塔，11、旋流塔，12、净化塔，13、离心过滤器，14、燃气增压风机，15、稳压罐，16、碰撞除焦器，17、冷凝器，18、炭冷却螺旋输送机，19、炭冷却螺旋输送机，20、炭仓，21、鼓风机，22、喷淋液循环水池，23、喷淋液循环水冷却塔，24、水槽，25、发电机循环水池，26、发电机循环水冷却塔，27、内燃发电机组，28、气液分离器。

本文中涉及的20MW级生物质气化多联产项目，具体工艺流程为：生物质成型颗粒由流化床气化炉前给料装置，送入气化反应器后与气化剂反应产生成可燃气体，燃气经冷却、净化后送往内燃机组进行发电和供热；在气化炉中，经过充分气化反应的秸秆转化为生物质炭，通过炉底的冷却装置在隔绝空气条件下完全冷却，并由炭输送系统输送至炭仓库储存。

煤炭分级利用又称分质利用，主要是指将煤炭通过中低温干馏进行热解，取出其中的挥发分，包括煤气与煤焦油，剩余半焦再利用的一种煤炭使用理念。

煤炭分级利用最早可追溯至石油使用之前，煤热解产生煤油（煤焦油），用于煤油灯的时代。

但近年来随煤化工热潮兴起，分级利用亦随之兴盛，伴随多个煤分级利用大型项目逐渐落地，分级利用已近乎成为可与煤制油、气等煤转化形式相匹的一种煤转化形式。

煤炭分质转化的梯级利用技术路线第一步，先将煤炭经固体热载体催化热解技术处理，产出煤焦油、兰炭（块焦、粉焦）和焦炉煤气等初级产品，完成对原料煤炭的分质；第二步，从焦炉煤气中提取氢气用于精馏出酚等高附加值产品后的煤焦油加氢，产出石脑油、柴油、液化气、等石油产品；第三步，将提氢后的焦炉煤气中的甲烷成分分离出来，用于生产压缩天然气或液化天然气，焦炉煤气中剩余的一氧化碳用于生产甲醇、合成氨，或作为工业燃料。

对兰炭根据产品质量和粒度大小进行分质利用，块状兰炭用于生产电石、铁合金，粉状兰炭进行煤气化后生产甲醇、天然气、乙二醇、合成氨、合成油、石蜡等化工品，或作为高炉喷吹料、工业燃料，碳一基础化学品甲醇与石脑油用于耦合生产碳二基础化学品乙烯。

第四步，结合多联产，利用碳一、碳二基础产品，以及尿素等大宗化学品按照多品种、差异化原则，进一步延伸发展种类数量繁多的煤化工下游深加工产品，使煤炭资源在更加广泛的化工领域替代原油。

在高瓦斯煤矿周边区域则采用适度补充利用煤层气，进行“煤气互补，碳氢平衡”的煤炭综合利用多联产路线。

关键技术中低温干馏煤的干馏也称作煤的热解，是指煤在隔绝空气条件下加热至一定温度所发生的一系列复杂的物理、化学变化过程。

根据干馏温度的不同分为低温热解(500-650℃)、中温热解(650-800℃)、高温热解（900-1000℃)。

为得到更高产率的焦油和荒煤气，低阶煤分质利用通常采用中低温干馏。

国内典型中低温干馏技术路线是：将低变质煤经自然干燥，然后在热解炉内进行炭化处理，600-800℃条件下物料在隔绝空气的炭化炉中发生脱水、干馏、裂解等一系列反应，产生荒煤气、煤焦油和半焦。

热电联产成本分析提要热电联产是根据能源梯级利用的原理,将一次能源燃烧后,既生产电能也可以对用户供热,可以节约能源,改善环境,在我国具有非常重要的作用。

本文分析了热电联产的几个主要流程,剖析其成本项目,再综合考虑热电联产的热电分摊计算,对热电联产的成本进行研究,为热电联产的定价提供参考依据。

关键词:热电联产;成本;热电比中图分类号:F27文献标识码:A中国是一个能源生产和消费大国,一次能源的生产居世界第二位,但人均能源占有量仅为世界人均能源占有量的45%左右。

同时,中国的能源利用效率也很低,目前仅为33%,与发达国家的能源利用效率相比存在较大的差距。

电力行业是国民经济的支柱行业,同时也是能源消费量巨大的行业,仅煤炭消费量就占我国煤炭消费总量的50%以上。

因此,提高电力行业的能源利用效率,将会在很大程度上改善我国的一次能源利用效率。

热电联产,是根据能源梯级利用的原理,将一次能源燃烧后,既生产电能,又利用在汽轮发电机中作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。

热电联产的蒸汽没有冷源损失,所以能将热效率提高到85%,比大型凝汽式机组(热效率40%)还要高很多。

热电联产不仅可以大量节约能源,而且可以改善环境条件,提高居民生活水平,缓解供电紧张局面。

近年来,随着我国电力市场的逐步开放,“厂网分开,竞价上网”政策全面推行,绝大多数发电企业都要通过竞价的方式才能将电能输送到电网中,而竞价的基础就是要做好成本分析,成本决定了企业的竞价,也决定了企业未来的发展趋势。

一、热电联产的工作流程热电联产是一个复杂的系统,简单来说主要包括了四大流程:燃料煤的流程、空气及燃气流程、水及蒸汽流程和电气系统流程。

1、燃料煤的流程。

自煤场送至原料煤斗后,经过输煤皮带,由给煤器控制给煤量。

进入锅炉之前在磨煤机或碎煤机内被磨成煤粉,与一部分热空气混合,经燃烧器进入炉膛中,燃烧后的烟道气流经锅炉—省煤器—空气预热器等热交换器将热量传给其中的水或空气,最后从烟囱排到大气中去。