煤制氣中甲烷、氫氣含量變化對發(fā)電氣耗的影響

李偉龍 王佰仟

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?102209）

煤制氣中甲烷、氫氣含量變化對發(fā)電氣耗的影響

李偉龍 王佰仟

（北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰?，北?102209）

通過闡述煤制氣的基本原理、與常規(guī)天然氣的區(qū)別，分析其甲烷和氫氣含量對發(fā)電氣耗的影響，凸顯出尋求一種更科學(xué)、更公平的天然氣結(jié)算方式的必要性，從而維護(hù)天然氣公司的經(jīng)濟(jì)效益。

煤制氣；熱值；發(fā)電氣耗；天然氣結(jié)算

1 什么是煤制氣

以煤為原料經(jīng)過加壓氣化后，脫硫提純制得的含有可燃組分的氣體。根據(jù)加工方法、煤氣性質(zhì)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(tǒng)稱為低熱值煤氣；煤干餾法中焦化得到的氣體稱為焦?fàn)t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、甲醇等。為此，將用作化工原料的煤氣稱為合成氣，也可用天然氣、輕質(zhì)油和重質(zhì)油制得。

2 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?dú)夂投趸嫉瘸煞?，幾乎不含氫。作為產(chǎn)品天然氣，國家標(biāo)準(zhǔn)——《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(jīng)干餾、氣化、裂解制取的可燃?xì)怏w。生產(chǎn)原理是由一氧化碳與氫氣反應(yīng)形成甲烷，因此煤制天然氣的產(chǎn)品中不可避免地含有氫氣［1］。

3 天然氣成分變化對熱值的影響

表1為大唐克旗煤制天然氣的成分表，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。

表1 大唐克旗煤制天然氣成分表

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。而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(biāo)準(zhǔn)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(jié)水狀態(tài)排出時所放出的熱量；低位熱值是指一標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)化為有效做功的熱能。甲烷在燃燒時發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O。

甲烷在烴類中含氫量最高，密度最小，約0.54。因此，在一標(biāo)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(zhì)越少，燃燒后產(chǎn)生的熱值自然會降低。而產(chǎn)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。

4 煤制氣對發(fā)電氣耗的影響

表2 未來熱電天然氣含量檢驗報告統(tǒng)計表

4.1 煤制氣進(jìn)廠前后天然氣成分對比情況

表2和圖1為煤制氣進(jìn)廠前后天然氣成分對比情況，據(jù)此可以直觀看出，隨著甲烷及氫氣相對含量的增加，熱值呈現(xiàn)下降趨勢。

4.2 煤制氣與天然氣同期熱值比較

表3為煤制氣與天然氣同期熱值比較，北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰疽荒昙s耗用2.3億Nm3天然氣，按太陽宮3月化驗結(jié)果計算，該公司如果用北石槽（混合氣氫含量0.787 2%）較用天然氣多耗用2.3×34.613 98/33.355 32-2.3=0.086 79億Nm3=867.9萬Nm3，每年增加燃料費(fèi)用約0.279 46億元。如果按表1中混合氣氫含量1.08%時低位熱值計算，較用天然氣多耗用2.3×34.613 98/33-2.3=0.112 48億Nm3=1 124.8萬Nm3，每年增加燃料費(fèi)用約0.362 22億元。

圖1 未來熱電天然氣成分對比情況

表3 2015年3月天然氣公司提供太陽宮電廠兩取樣點(diǎn)天然氣化驗結(jié)果

4.3 天然氣和煤制氣中氫氣含量變化對發(fā)電氣耗的影響

煤制氣中甲烷含量比較穩(wěn)定，因此，氫氣含量變化極大地影響了天然氣的耗氣量。鑒于此，現(xiàn)就平均負(fù)荷190MW、最大負(fù)荷250MW下天然氣和煤制氣中氫氣含量變化對發(fā)電氣耗的影響進(jìn)行分析。因為考慮環(huán)境因素等影響，取值為一天中的不同時段的對應(yīng)值。通過比較在煤制氣進(jìn)廠后，190MW時氣耗增加0.004 5Nm3/（kW·h），250MW時氣耗增加0.004 8Nm3/（kW·h）。在190MW負(fù)荷時，氫含量每上升0.1%，氣耗上升為0.001 5Nm3/（kW·h）。在250MW負(fù)荷時，氫含量每上升0.1%，氣耗上升為0.002 4Nm3/（kW·h）。因為機(jī)組在正常運(yùn)行時，負(fù)荷越高，氣耗相對越小。所以，在高負(fù)荷時，氫含量的上升對氣耗的影響更大。

4.4 發(fā)電氣耗情況分析

①2015年全年利用小時按4 500計算，全年平均負(fù)荷預(yù)測為171MW，參照2014年生產(chǎn)指標(biāo)機(jī)組用純天然氣發(fā)電時氣耗約為0.21Nm3/（kW·h），若2015年摻燃燒煤制氣后天然氣氫含量全年按0.4%計算，發(fā)電氣耗增加約0.004Nm3/（kW·h），全年多消耗天然氣約459萬Nm3。

②2014年冬季克旗進(jìn)北京六環(huán)方向煤制氣5萬～8萬Nm3/h，總用氣250萬～300萬Nm3/h，2014年冬季供暖（2015年3月前）監(jiān)測氫含0.2%～0.3%。2015年隨著冬季大負(fù)荷的結(jié)束，北京六環(huán)方向總用天然氣量的逐漸下降，根據(jù)2014年11月下旬煤制氣進(jìn)京后監(jiān)測當(dāng)天然氣氫含量0.3%～0.7%，2015年夏季總用氣40萬～50萬Nm3/h，克旗進(jìn)京煤制氣仍將保持在5萬～8萬Nm3/h，預(yù)測2015年3-11月天然氣中氫含量0.5%～1.5%，按平均190MW負(fù)荷計算將使發(fā)電氣耗增加約0.007 5～0.022 5Nm3/（kW·h），2015年全年多消耗天然氣約860.625萬～2 581.875萬Nm3，增加運(yùn)營成本約2 771.212 5萬～8 313.640 0萬元。

5 結(jié)語

目前北京京能未來燃?xì)鉄犭娪邢薰咎烊粴獠捎冒大w積進(jìn)行計量和結(jié)算，年耗氣量高達(dá)2.3億Nm3，熱值相對較低且氫含量不穩(wěn)定的煤制氣的通入，無疑對運(yùn)營成本、機(jī)組效率和壽命造成了極大的影響，尋找一條更科學(xué)、更公平的結(jié)算方式才能維護(hù)自身經(jīng)濟(jì)效益。

［1］劉驥.天然氣組分對燃機(jī)電廠的經(jīng)濟(jì)影響［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（19）：69-70.

Influence of Methane and Hydrogen Content on Power Generation Gas Consumption in Coal Gasification

Li Weilong Wang Baiqian
（Beijing Jingneng Future Gas Thermal Power Co.Ltd.，BeiJing 102209）

This paper introduced the basic principle of coal gas and the difference between conventional natural gas, and the effect of methane and hydrogen content on the power consumption of electricity generation was analyzed, which highlight the need to seek a more scientific and equitable way of natural gas settlement,so as to maintain the economic benefits of natural gas companies.

coal gas；calorific value；power generation gas consumption；natural gas settlement

TE646

A

1003-5168(2016)09-0146-03

2016-09-02

李偉龍（1990-），男，本科，研究方向：巡檢、燃?xì)獍l(fā)電。