LNG加氣站技術在煤炭企業的應用與研究

曹建民 于明鑫

摘 要：作為消耗一次能源的燃煤鍋爐，在使用過程中排放出的煙塵、粉塵及其有毒有害氣體對環境的影響是最普遍和最直接的，而使用高效、清潔的燃氣鍋爐可有效地解決這一問題。為積極響應國家環保號召，使用綠色能源代替煤炭能源，煤炭企業將燃煤鍋爐更換為燃氣鍋爐，使用環保、科學、經濟、合理的LNG加氣站技術解決了供氣難的問題，降低了環境污染，節約了企業成本，提高了安全效益。

關鍵詞：清潔 環保 LNG加氣站 效益 安全

中圖分類號：TE9731 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0056-02

作為一種消耗一次能源的燃煤鍋爐，使用過程期間所排放的煙塵、粉塵以及有毒有害氣體對環境的影響最為普遍和直接，使用高效、清潔的燃氣鍋爐可以有效解決這一問題。為了積極響應國家環保號召，用綠色能源代替煤炭能源，因此筆者所在公司將淘汰所有燃煤鍋爐，以燃氣鍋爐代之。但由于公司地處偏僻，遠離城市，周圍沒有燃氣管道可以使用，為了保證煤炭企業職工下班后能洗個熱水澡和冬季取暖的問題，通過多方面的比較，確定采用LNG加氣站技術是環保、科學、經濟、合理的途徑。

1 項目實施背景

主焦煤業公司位于河南、河北兩省交界處，行政區劃分屬河北省磁縣觀臺鎮和河南省殷都區倫掌鎮，核定生產能力為60萬t/年，所采煤層為二1煤層， 自燃傾向性為Ⅲ類不易自燃，水文地質類型中等，南鄰紅嶺煤礦，地處偏遠，燃氣輸送比較困難，因此選用LNG加氣站技術是最佳方式。

LNG加氣站技術就是將天然氣經過凈化處理（如脫除CO2、重烴、硫化物、水等其他雜質）后，在常壓下通過采用超低溫冷凍技術（深冷至-162℃），使天然氣進行液化，液化后的天然氣體積變小，約為相同質量天然氣體積的1/620，重量變輕，約為同體積水的45%左右，再使用超低溫保冷儲罐儲存，通過汽車、火車、輪船等方式遠距離輸送天然氣，使輸送效率更快、更高，安全可靠性能更強，能夠更好地解決天然氣氣源問題。

2 LNG的性能

液化天然氣（LNG）比壓縮天然氣（CNG）、燃油等具有安全性能高、環境污染小、經濟效益好的優點，在我國實施清潔能源應用的背景下，發展勢頭迅速，其性能特點如下：（1）低密度：LNG的密度為428kg/m3左右，氣化之后，其密度也只有空氣的一半左右，所以在空氣中稍有泄漏就容易擴散，不易形成爆炸性的混合氣。（2）高燃點： LNG的燃點高于650℃以上，而汽油燃點為427℃以上，柴油燃點為260℃以上，汽油和柴油不易點燃，將其進行比較，LNG燃點要高，且相對安全。（3）爆炸極限范圍廣：LNG爆炸極限范圍為5%～15%，而汽油的為1%～5%、柴油的為0.5%～4.1%，將其相比較，LNG爆炸極限范圍較寬，更難爆炸。（4）經濟性能高：LNG價格要低于汽油和柴油等，且燃燒充分，在燃燒過程中不能產生積碳，能有效減少零件磨損，延長各種發動機使用壽命，經濟效益略微顯著。（5）環保性能好：天然氣作為一種清潔環保的優質能源，幾乎沒有硫、粉塵和其他有害物質，在燃燒時所產生的二氧化碳與其他化學燃料相對較少，造成溫室效應低，因此可以從根本上改善環境質量。（6）便捷性能強：液化天然氣（LNG）是液體，便于經濟可靠的長距離運輸，因此LNG加氣站的建設不受天然氣管網的限制。

3 LNG加氣站的組成與功能

LNG加氣站由LNG儲罐、泵撬及潛液泵、儲罐增壓汽化器、卸車汽化器、EAG加熱器及加液機等組成，如圖1所示。（1）加氣功能：儲罐內的LNG由LNG低溫泵抽出增壓，通過加液機向燃氣鍋爐加液。（2）卸車功能：由低溫泵將LNG槽車內LNG抽至LNG儲罐。（3）增壓功能：將儲罐內部分LNG注入汽化器汽化成BOG（Boil Off Gas蒸發氣）進入儲罐，當儲罐壓力達到設定壓力時停止。（4）調溫功能：用LNG低溫泵從儲罐內抽出部分LNG注入增溫器后進入儲罐，當液體溫度達到設定溫度時停止。

4 工藝流程

LNG加氣站工藝流程分為卸車流程、升壓流程、加氣流程以及卸壓流程等4部分。

4.1 卸車流程

把集裝箱（或槽車）內的LNG卸入LNG橇裝汽車加氣站的儲罐中，使LNG從儲罐上的液管通過泵進入LNG儲罐。卸車有3種方式：增壓器卸車、泵卸車、增壓器和泵聯合卸車。

4.1.1 增壓器卸車

將氣化后的氣態天然氣通過卸車增壓器送入LNG槽車，槽車氣相壓力相對增大，槽車內的LNG被壓入LNG儲罐。本工序是給槽車增壓，所以卸完車后還需要給槽車進行降壓，每卸1輛車排出的氣體量約為180m3。

該種卸車方式的優點：工序簡單，并能夠節約電能；缺點：卸完車后所產生的放空氣體較多，且卸車的時間明顯較長。

4.1.2 泵卸車

LNG槽車與LNG儲罐的氣相空間相互連通，使槽車內的LNG通過LNG深冷泵被排入LNG儲罐中。

該種卸車方式的優點：工序簡單，且不會產生放空氣體；缺點：電能耗費較大。

4.1.3 增壓器和泵聯合卸車

首先將LNG槽車和LNG儲罐的氣相空間相互連通，然后斷開；在卸LNG的過程中通過增壓器使槽車的氣相壓力增大，將槽車內的LNG通過泵卸入儲罐，卸載完成后，及時給槽車進行降壓。

該種卸車方式優點：卸車的時間比較短，耗電量比泵卸車較小；缺點：工序較繁瑣。

4.2 升壓流程

運輸儲罐中的LNG必須在氣體供給燃氣鍋爐之前進行升壓升溫。LNG加氣站儲罐升壓的目的是在一定壓力下獲得飽和液體，飽和溫度在升壓的同時相應升高。液化天然氣（LNG）加氣站的什壓采用低進氣方式，升壓方式有兩種：一種是通過增壓器來進行升壓，另一種是通過增壓器與泵聯合使用來進行升壓。第一種方式有不耗費電能的優點和升壓時間長、理論計算需要逾5h的缺點；第二種方式有升壓時間短、降低了泄放損失的優點和需要耗費電能的缺點。

4.3 加氣流程

LNG加氣站儲罐中的飽和液體LNG通過泵加壓，然后通過計量器和加氣管供給燃氣鍋爐進行供氣。燃氣鍋爐為上液噴淋式，加入的LNG直接吸收燃氣鍋爐內氣體的熱量，降低了瓶內壓力，減少了放空氣體，并且提高了加氣速度。

4.4 卸壓流程

當系統壓力大于設定值時，需打開系統中的安全閥，用來釋放系統中的氣體，從而降低壓力，保證系統的安全。在加氣化站內，LNG儲罐采用自力降壓、壓力報警手動放空、安全閥起跳三層保護措施，同時，儲罐液相進出口及出站總管設有緊急切斷裝置，保證了站內安全。

5 經濟和社會效益

主焦煤業公司自安裝LNG加氣站后，配合燃氣鍋爐使用，與燃煤鍋爐進行比較，能夠帶來更多的經濟和社會效益，同時促進了環境保護，節約了企業成本。

（1）燃煤鍋爐每天燃煤5t，1t煤價格為860元左右，即：5×860=4300元；燃煤鍋爐每班用工2人，三班共計6人，每人每天工資為80元，即6×80=480元，燃煤鍋爐每天共計花費4780元。燃氣鍋爐每天燃燒燃氣1500m3，1m3燃氣價格為2.6元左右，即：1500×2.6=3900元，燃氣鍋爐每班用工1人，三班共計3人，每人每天工資為80元，即：3×80=240元，燃氣鍋爐每天共計花費4140元。通過對比，燃氣鍋爐比燃煤鍋爐每天節約640元，全年將節約20多萬余元。（2）在天然氣管路安裝及人員施工費用上節約30多萬余元，降低了施工期間的過程管控和安全管理，同時減少了工農糾紛。（3）LNG加氣站的建成，使燃氣鍋爐能夠正常運行，保證了職工下班后能夠洗上熱水澡以及冬季供暖等問題。（4）在使用LNG氣站過程中可隨時掌握用氣量，并根據實際情況向廠家及時調配氣罐，同時在安全方面LNG需在低溫下儲存，降低了燃燒爆炸事故。（5）天然氣在液化過程中脫除了H2O、重烴類、H2S等雜質，比一般天然氣更加純凈，燃燒更完全和環保。

LNG加氣站的投入使用，不僅能夠有效地降低粉塵及有毒有害氣體的排出、降低環境污染、促進環境保護，同時還能夠減少企業用人、降低職工的勞動強度、為企業節約成本、提高安全保障。

6 結語

LNG所具有“高效、清潔、環保、價廉”的優點決定了其在治理燃煤鍋爐排放污染，改善環境質量，打造綠色企業的應用前景是廣闊的。主焦煤業公司安裝LNG加氣站后，配合燃氣鍋爐使用，解決了煤炭企業供氣難的問題，避免了鋪設管道產生的工農糾紛問題，同時減少了鋪設管道的人工和材料投入，LNG加氣站的使用便于煤炭企業內部管理，加氣站使用更加方便。液化天然氣脫除了H2O、重烴類、H2S等雜質，比一般天然氣更加純凈，燃燒更完全，是最為清潔的燃料之一，作為鍋爐燃燒原料更加環保、熱效率利用更高，LNG加氣站的應用具有良好的推廣意義。

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