苑卫军 石丽艳
（唐山科源环保技术装备有限公司，河北唐山，063020）
此专题内所有文章禁止转载或者拷贝上传到其他网站上
摘要： 简要介绍发生炉煤气站的节能减排潜力、电力消耗点、节约和控制电耗的措施。指出在优化现有技术的前提下，通过选用合理净化冷却工艺，优化设备选型及配置，选用有效的节电技术及设备，可以最大程度的减少电耗，在提高企业经济效益的同时，助力我国的节能减排目标的实现。
关键词：发生炉煤气站；电力消耗；净化工艺；设备配置；变频技术；照明节电
Power Consumption and Saving Control Measures In Coal Gas Station
Yuan Weijun Shi Liyan
(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology & Equipment Co., Ltd, Hebei Tangshan 063020 )
Abstract: A brief introduction of the measures on energy conservation and emission reduction, power consumption point, saving and control power consumption. It points out that on the condition of optimizing the existing technology, the power consumption can be reduced through choosing reasonable purifying technology, optimizing equipment selection and configuration, and using effective power saving technology and device. It will be helpful to realize the goal of energy conservation and emission reduction in the meanwhile improve the enterprise’s economic benefit.
Keywords: Coal gas sation; Power consumption; Purifying technology; Equipment configuration; Frequency conversion technology; lighting power saving
0．引言
近年来，随着中国经济的快速发展，能源消耗迅速增长，CO2排放量同步急剧攀升，据德国可再生能源研究所的一份报道显示，2011年全球CO2排放量为340亿吨，创历史新高，其中，中国以89亿吨的排放量位居榜首，远超CO2排放量60亿吨的美国。早在哥本哈根会议前夕，中国国务院就已作出决定，到2020年中国单位GDP的CO2排放比2005年下降40-45%，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。
发生炉气化技术在中国应用较早，就其生产规模、投资成本、建设周期而言，符合多数冶金、化工、建材和机械等行业的用气要求，多年来得到了较为广泛的应用，目前国内应用的煤气发生炉数量达到了数千台，具有相当的节能减排潜力。就能源消耗而言，发生炉煤气站中的电力消耗比例仅次于煤炭消耗，节约控制其电力消耗，即有利于提高企业的经济效益，又有助于实现我国的减排目标。
1．发生炉煤气站的电力消耗
发生炉煤气站一般由煤炭的预处理及输送系统、煤气发生系统、煤气净化系统、煤气脱硫系统以及煤气增压输送系统等组成。发生炉煤气站根据煤气发生炉的结构分为一段炉煤气站、两段炉煤气站和干馏炉煤气站；根据煤气净化工艺区分，发生炉煤气站又有热煤气站和冷煤气站之分。气化煤种和冷热煤气净化工艺决定了常用煤气站分类，表1以Φ3.2m发生炉煤气站一台套为例，列举了一段炉、两段炉及干馏炉的冷煤气站（环保节能型）和热煤气站的主要生产用电力消耗点、装机功率和实用功率。由于各类煤气站因煤气净化工艺的区别，其电力消耗点和装机功率不同，电耗相差也较大，冷煤气站的电耗远远大于热煤气站，这主要是由于冷煤气站的煤气加压机以及为煤气净化系统配置的水泵等功耗较大。煤气站的电耗除生产用电外，还包括照明、通风等生产辅助用电，其中生产用电除表1所列的主要电机和电除焦油（尘）器的用电外，还包括显示仪表的耗电等。
表1 常用几种Φ3.2m发生炉煤气站（一台套）及主要电力消耗
煤气站种类 | 生产用电电力消耗 | |||
主要电力消耗设备 | 装机功率（KW） | 实用功率（KW） | ||
热煤气站 | 一段炉 （烟煤/无烟煤） | 空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵 | 58 | 35 |
两段炉 （烟煤） | 空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵、电除焦油器 | 85 | 51 | |
干馏炉 （烟煤） | 空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵、电除焦油器、焦油循环泵 | 105 | 63 | |
冷煤气站 | 一段炉 （无烟煤） | 水洗型煤气站：空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵、循环水泵、冷却塔、静电除尘器、煤气加压机、湿法脱硫系统水泵、输液泵 | 457 | 271 |
环保型煤气站：空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵、循环水泵、冷却塔、静电除尘器、煤气加压机、湿法脱硫系统水泵、输液泵、酚水泵 | 435 | 260 | ||
两段炉 （烟煤） | 环保型煤气站：空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵、循环水泵、冷却塔、静电除焦油器、静电除尘器、煤气加压机、湿法脱硫系统水泵、输液泵、酚水泵、焦油循环泵 | 472 | 281 | |
干馏炉 （烟煤） | 空气鼓风机、加煤机、清灰机、软化水泵、循环水泵、冷却塔、静电除焦油器、煤气加压机、湿法脱硫系统水泵、输液泵、酚水泵、焦油循环泵 | 466 | 275 | |
2．发生炉煤气站节约和控制电耗的措施
2.1 优化工艺设计选型
2.1.1 净化工艺的优化设计
（1）合理选择净化工艺
煤气发生炉生产的煤气，温度较高、粉尘焦油等杂质含量较大，一般需要经过一系列的煤气冷却净化工序才能符合生产应用要求。煤气净化冷却工艺不同，耗电设备的功耗也有区别，合理选择煤气站煤气净化冷却工艺，有利于降低煤气站的动力电耗。由表1可以看出热煤气站的电力消耗明显低于冷煤气站，在条件允许的前提下，选择热粗煤气为燃料，有利于节约煤气站的电耗，发生炉煤气的应用领域较为广泛，但由于加工产品的热工设备、系统的自动化程度、煤气输送距离以及企业最终产品的要求不同，对煤气输送压力和净化程度要求也不尽相同。例如建筑陶瓷行业的辊道窑、高岭土煅烧行业的回转煅烧窑、自动化控制程度要求较高的燃气锅炉等对煤气洁净度和煤气输送压力要求较高，通常选择洁净的冷煤气为燃料；而建筑陶瓷及高岭土煅烧行业的喷雾干燥塔，玻璃行业的玻璃熔窑等对煤气净化程度相应要求较低，一般可以选择热粗煤气为燃料。
对于相同炉型的冷煤气站，不同的净化冷却工艺，其动力电的消耗量同样存在较大差距。以两段炉冷煤气站为例，根据下段煤气净化冷却系统设备配置的不同，两段炉冷煤气站可分为水冷净化工艺和环保节能工艺，其工艺流程如图1、图2、图3所示。风冷净化工艺中发生炉下段煤气的初级冷却，是在旋风除尘器及风冷器中，通过外界空气与高温煤气的间接换热实现的；环保节能工艺的主要工艺特点体现在通过余热锅炉对煤气进行初级降温冷却，充分利用下段高温煤气的显热生产煤气站生产用水蒸气；水冷净化工艺煤气站中发生炉下段煤气的初级冷却，是在激冷器中，通过水与煤气的直接接触，进行顺流及逆流换热来实现的。
据文献【1】介绍，水冷净化工艺煤气在激冷器冷却过程中，部分直接冷却水被高温煤气（450-550℃）汽化为水蒸汽，这部分水蒸气在煤气间接终冷器中随煤气温度的降低，再次冷凝为含酚废水，这部分水蒸气的存在增加了间接终冷器的冷却负荷，间接终冷器的冷却水需求量明显多于风冷净化工艺和环保节能工艺，冷却水泵的电力消耗约为风冷净化工艺和环保节能工艺的2倍，以Φ3.2m两段炉冷煤气站为例，水冷净化工艺的间接终冷器配套冷却水泵功率为30KW，保证煤气同等终冷效果的前提下，环保节能型和风冷型净化工艺的间接终冷器配套冷却水泵功率仅为15KW。
图1 水冷净化工艺两段式发生炉煤气站工艺流程
图2 风冷净化工艺两段式发生炉煤气站工艺流程
图3 环保节能型两段式发生炉煤气站工艺流程
（2）合理简化净化工艺
发生炉煤气站的煤气净化和冷却工艺，需要根据燃气用户的实际要求量体裁衣，不能脱离实际而生搬硬套工艺方案。有些燃气用户对煤气的洁净度和输送压力要求介于冷煤气和热煤气之间，这就需要合理简化煤气净化工艺，在节省设备投资的同时，电力消耗、设备维护等运行成本也能够得到有效节控。
文献【2】介绍了一种干馏炉半冷煤气站的工艺，工艺流程如图4，其煤气温度约为80℃左右，就煤气洁净度、煤气热值、焦油回收、资源的节约利用、设备的操作维护等方面，干馏炉半冷煤气站都优于一段炉热煤气站和两段炉除焦热煤气站，而且克服了一段炉热煤气站和两段炉除焦热煤气站煤气加压困难的问题，煤气可以远距离加压输送；与冷煤气站相比煤气含焦油量和含水量相对较大，干馏炉半冷煤气站适合于对煤气洁净度要求不高，但煤气输送距离较远的场合，其电力消耗远低于一段炉、两段炉或干馏炉冷煤气站，以Φ3.2m炉型（一台套）煤气站为例，干馏炉半冷煤气站的动力电消耗仅为冷煤气站的1/2。
图4 干馏炉半冷煤气站工艺流程图
文献【3】就煤气饱和水对燃烧过程的影响程度与终冷增压的电力消耗，综合计算了将煤气站煤气出站温度控制在35℃、45℃、55℃、65℃和100℃时的五个终冷增压工艺方案的相关数据，指出经过初级冷却的煤气，其温度降至80-100℃后，不经过进一步终冷而直接增压输送的工艺，是电耗最低、环境效益最好的方案。假如煤气不需要脱硫（煤气湿法脱硫工艺要求煤气温度为35-45℃），冷煤气站煤气净化冷却工艺中可以考虑省略间接终冷器，煤气不经过终冷程序直接由煤气增压机加压输送至用户，如此便可节省为间接终冷器配套的冷却水泵和冷却塔的电耗。但当采取无终冷直接增压的工艺方案时，煤气输送过程中，其温度会降低，当煤气温度降至其临界饱和状态对应的温度以下时，便会有冷凝水析出，所以必须在用气点前采取有效措施将析出的冷凝水捕除，以减少该冷凝水对煤气燃烧的不利影响。
2.1.2 设备配置的优化选型
（1）水泵的合理选择
发生炉煤气站的水泵，一般应用于软化水供水系统、酚水供水系统、循环冷却水供水系统、焦油循环系统及湿法脱硫系统中。水泵流量及扬程参数的选取不宜过大，一般按10%余量考虑，中小规模煤气站通常选择两台（一用一备）或三台（两用一备）水泵，采用母管供水方式，大规模煤气站通常以分组形式，采用两组以上水泵分别向相应组别的发生炉供水（焦油），每组系统采用母管供水方式。
（2）空气鼓风机和煤气增压机的合理选择
煤气发生炉在气化过程中所需的空气气化剂由空气鼓风机供给，发生炉煤气站生产的合格煤气一般需要经过煤气增压机增压后输送至用气点，需要根据所需空气量、炉底鼓风压力和空气管道布置情况选择空气鼓风机型号和台数，根据煤气输送量和用气点压力要求以及厂区煤气管道布置情况选择煤气增压机的型号和台数。
选用风机时，首先根据所需要风机的风量、全压这两个基本参数，通过风机的有因次性能表确定风机的型号和机号，力求使风机的额定流量和额定压力，尽量接近工艺要求的流量和压力，从而使风机运行时使用工况点接近风机特性的高效区。在选择空气鼓风机和煤气增压机台数时，应尽量避免采用风机并联或串联的工作模式，当不可避免时，应选择同型号、同性能的风机联合工作。
煤气站空气鼓风机和煤气增压机的配置必须结合用气点对煤气需求量变化要求，如果煤气站分期建设，应在一期建设选型时，适当将空气鼓风机和煤气增压机加大，即考虑到二期风机并网时的风机并联系数。
2.2 节电技术的应用
2.2.1 电机变频技术的应用
风机、水泵在启动时，电流会比额定电流高5-6倍，不但会影响风机、水泵的使用寿命而且消耗较多的电量。但在实际使用过程中，风机、水泵电机有时要以较低或者较高的速度运行，使用变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能，降低设备的故障率，提高设备的自动化程度，采用变频调速节电装置可解决大量的电能浪费。
2.2.2 照明节电技术的应用
煤气站的照明包括各操作控制间和室外净化区的照明，对其采取有效的节控措施有助于节约煤气站系统的整体耗电。LED灯利用给半导体芯片施加电压使之发光，其安全性高，节能效果显著，并且具有较长的使用寿命，煤气站室内外的照明可采取LED灯照明的节电方式，万昳【4】设计的智能照明控制系统，可根据室内有人无人和自然光照强度情况，在确保灯具正常工作的条件下，给灯具输出最佳照明功率，从而达到节省电能的目的，该系统节电率可达20-40%。
3．结论
对发生炉煤气站进行系统设计规划时，须要在满足用户基本应用要求的前提下，通过合理选择净化冷却工艺，优化设备选型，应用有效的节电技术等措施，尽可能节约和控制系统电耗，降低运行费用，如此，即有利于提高企业的经济效益，又有助于实现我国的减排目标。
参考文献：
[1] 苑卫军；秦利生，环保节能型两段式煤气发生站节能及环保效果分析［J］，节能与环保，2008，（2）：38-41
[2] 刘顺利，杨铁英，苑卫军，干馏炉半冷煤气站与其他热煤气站对比分析［J］，能源工程，2009（4）：50-53
[3] 苑卫军；秦利生；李建胜，发生炉煤气终冷增压方案的选择与效益性分析［J］，能源工程，2009，（6）：
[4] 万昳，智能LED照明系统设计［D］，硕士学位论文，西安：西安电子科技大学，2012
作 者 简 介
第一作者
姓名：苑卫军（1968—），男，河北霸州，高级工程师，工程硕士，1990年本科毕业于河北理工大学机械制造专业，现从事煤炭气化方面工作，E-mail：ywj680820@sohu.com
