摘要:介绍了第二代煤气化工艺和分布式能源冷、热、电联产系统的工作原理,将这两种最具有发展潜力的技术相结合,可以减少环境污染、降低运输成本和提高能源利用率,具有广阔的发展前景。

关键词:洁净煤;煤气化;分布式能源系统;

文献标识码:A文章编号:100528397(2006)0120032202

我国煤炭资源丰富,煤炭在我国的一次能源消费结构中占的比重最大。以煤为主的能源结构对我国造成了严重的环境污染,据有关部门统计,由大气污染造成的经济损失相当于GDP的2%～3%。为了保护环境,实现国民经济的可持续发展,专家学者们对煤炭的燃烧作了大量研究,并提出了"洁净煤技术"。

1煤气化技术的原理及其特点

煤气化技术是洁净煤技术中的一项重要内容,主要是将原煤转化加工为合成气,然后再将其作为工业原料,最终加工成各种工业产品或者作为燃料用于联合循环发电。20世纪80年代后,煤气化技术得到了快速发展,取得了重大成果,并进行了商业化运作。常见的煤气化技术是以水煤浆或干粉煤为原料,采用先进的气流床反应器进行加压气化。由于该技术在环境保护、原料多样性、高效率等诸多方面显示了其他技术无法比拟的优点,因此成为煤气化技术发展的主流,通称为"第二代煤气化工艺"。壳牌粉煤气化和德士古水煤浆气化两种工艺可谓"第二代煤气化工艺"的代表。

2煤气化技术在分布式能源系统中的应用

211分布式能源冷、热、电三联供系统分布式能源冷、热、电三联供系统(DistributedEnergySystem,简称DES)是以提高能源利用率和降低污染物排放为目的,建立在能量梯级利用基础上的一体化多联供能源系统1。具体为:热工设备产生的具有高品位的蒸汽(燃气)带动发电机发电或利用燃料电池技术供电,冬季可利用热工设备的抽汽(排汽或尾气)向用户供热,夏季利用余热吸收式制冷机向用户供冷,并全年提供卫生热水或其它用途的热能。DES的主要特征包括以下六个方面:一是燃料的多元化;二是设备的小型、微型化;三是冷、热、电联产化;四是网络化;五是智能化控制和信息化管理;六是高标准的环保水平2。其中燃料的多元化,设备的小型、微型化,冷、热、电联产化和环保要求代表着能源技术发展的几个重要方向。

212煤气化技术与DES完美结合通过上述分析可知,分布式能源冷、热、电联产系统的燃料是多样的,目前主要以石油或天然气为燃料。随着煤气化技术的快速发展,不难想象将两种先进技术进行拟合,可尽显其优势。煤气化-DES联合循环发电就是以煤的衍生物煤气为燃料,代替常规系统中的气体或液体燃料,以达到提高热能转换效率的目的。其流程为:首先将煤气化产生的可燃气进行脱硫、净化,把煤中的灰分、含硫化合物等杂质除掉,成为清洁的、具有一定压力的洁净煤气;再供给燃气轮机做功发电;其尾气供给溴化锂吸收式制冷系统,向用户提供采暖、空调以及生活用热水。

该发电装置由煤气化和DES两部分关键技术组成。在煤气化部分有煤气化装置、煤气净化装置;在燃气联合循环中有燃气轮机、溴化锂吸收式制冷机等设备。由于燃气联合循环发电技术相对比较成熟,因此煤气化部分是该系统的关键。

213煤气化-DES联合循环发电的优势

煤气化-DES联合循环发电是一种先进的"绿色发电"装置,其热效率高,环保性能良好,实现了清洁、高效的双重目的。随着煤气化、净化和联合循环等技术的发展,该技术将向大型化迈进,这种新型发电装置在进一步提高效率方面仍有很大潜力。采用高温烟气净化系统,提高燃机入口煤气的温度,开发大容量、能量转换效率高的气化炉,集收尘、脱硫于一体,改过去相对单纯的传统火电设计为多种工艺过程组合的总体工艺设计,使煤气化-DES联合循环成为有机统一的整体。具体优势如下:

(1)减少环境污染:燃煤电厂是环境恶化的罪魁祸首。当前,我国CO2的排放总量已经超过30亿t,居世界第二位,约占全球年排放总量的1316%。另外,"沙尘暴"日益频繁,也与火力发电有密切关系。因为煤炭的燃烧不仅排放大量CO2、粉尘等污染物,同时还排放大量SO2(空气中90%的SO2来自燃煤),形成酸雨,导致植被严重退化,青山变成秃岭,水源变成沙源。目前,我国酸雨区面积已占国土面积的30%左右。煤气化-DES联合循环发电在煤气燃烧前就脱除了含硫化合物,因此减少了SO2的排放量,减少酸雨的形成,保护了环境。

(2)减少了运输成本:煤炭的运输成本比气体的运输成本高得多。我国一次能源分布不平衡,电力用煤长距离输送给运输业造成了沉重负担。大量的煤炭运输不仅占用目前有限的铁路资源,而且更加大了公路运输基础建设的投入,同时给运输沿线的生态环境造成极大的负面影响。气体的输配只需要敷设管道即可,而且可以利用目前已有的管网进行煤气化产物的输送,达到经济、快捷的目的。

(3)提高能源利用率。由于壳牌粉煤气化具有煤种适应性强的特点,因此可以充分利用我国丰富的煤炭资源,在富煤区大力发展煤气化工业,通过燃气输送管道将气化产物供给用户,达到高效利用能源的目的。

3结论

我国的能源国情决定了煤炭将长期作为主要的一次能源,但是动力煤灰分高、含硫量大。由于经济、技术及环境要求等原因,一般电站发电及烟气除尘效率低,SO2排放处于失控状态。

随着经济的发展、社会的进步,人们逐渐认识到能源的有限性和环境保护的重要性,怎样在保持经济高速发展的同时,避免过度消耗能源和严重污染人类赖以生存的环境,是摆在世人面前急需解决的问题。因此,大力发展高效、洁净的"绿色电力",必将是下个世纪电力工业发展的主旋律。煤气化-DES联合循环发电无疑适应了这一发展趋势,必将成为能源产业发展的又一重要方向。

参考文献:

1张洪伟,黄素逸.分布式能源系统的性能分析与应用

J.暖通空调,2004,(5):47～51.

2徐建中.分布式供电和冷热电联产的前景J.节能与环保,2002,(3):10～14.

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