燃氣聯合循環(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氣熱電有限公司摻燒煤制氣為例，通過收集歷年生產運行數據，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。

【關鍵詞】煤制氣 熱值 發(fā)電氣耗 天然氣結算

一、什么是煤制氣

以煤為原料經過加壓氣化后，脫硫提純制得的含有可燃組分的氣體。根據加工方法、煤氣性質和用途分為：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，故又統稱為低熱值煤氣；煤干餾法中焦化得到的氣體稱為焦爐煤氣，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、輕質油和重質油制得。

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。作為產品天然氣，國家標準-《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，是將燃料煤經干餾、氣化、裂解制取的可燃氣體，生產原理是由一氧化碳與氫氣反應形成甲烷，因此煤制天然氣的產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， 高位熱值是指一標準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水狀態(tài)排出時所放出的熱量，低位熱值是指一標準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。氣化潛熱是不能轉化為有效做功的熱能。甲烷在燃燒時發(fā)生以下化學反應：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，可燃燒的物質越少，燃燒后產生的熱值自然會降低。而產生的水分比例增加，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為未來熱電聯合循環(huán)機組平均負荷190MW及最大負荷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負荷時，氫含量每上升0.1%，氣耗上升為0.0015 m？/KW·h。在250MW負荷時，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，負荷越高，耗氣量越大；所以在高負荷時，氫含量的上升對氣耗的影響更大。

五、結語

通過上述數據分析得出了組在正常運行時，相同發(fā)電負荷下，燃氣聯合循環(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；負荷越高，耗氣量越大。本文為摻燒煤制氣的聯合循環(huán)電廠經濟性分析提供技術支持。

參考文獻：

[1]劉驥 天然氣組分對燃機電廠的經濟影響 《中國高新技術企業(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，內蒙古呼和浩特人，本科，從事燃氣熱電廠運行管理。