发生炉煤气与LNG作为工业燃料气源的比较.doc

1、1发生炉煤气与 LNG 作为工业燃料气源的比较摘要：该文探讨了发生炉煤气与 LNG 作为某工厂气源的优缺点，解读了国家的相关政策，从技术性和经济性上对两者做了详细的比较，包括燃料的来源、工艺优越性、安全性及操作性等，比较结果表明 LNG 更适合作为工业燃料气源。 关键词： 发生炉煤气、液化天然气、技术经济性、能源政策 中图分类号： TE 文献标识码： A 文章编号： 某工厂位于四川东北部地区，需使用气体燃料作为工业燃料。按照生产规划，近期天然气需求量约为 35000m3/d，由于该厂距离天然气输气干线较远，建设天然气管道投资过大，且暂时无法取得足够的天然气用气指标，因此暂时无法利用管输天然气。

2、该厂的地理位置比较偏僻，而耗气量比较大，厂房经过调研，决定从采用自建发生炉煤气站和建设 LNG气化站通过 LNG 槽车供气两种方案中选择一个。本文从国家政策导向、经济性和技术性三个方面对这两种方案供气方案进行对比，以选出最优的建设方案。 1 供气规模及建站规模 该厂三班制生产，近期折合日天然气消耗量为 35000m3， 根据用气量可确定发生炉煤气站和 LNG 气化站的建站规模。 （1）发生炉煤气站 若选用发生炉煤气站，可选用 3.6m 冷煤气站，其气化强度为2200300kg/m2h，干煤气化率为 3.13.5m3/kg（干煤）1；最大煤气产量为 1000012500Nm3/h。按热值折算，日

3、产折合 3.5 万立方米天然气的煤气，日煤气产量约为 21 万立方，24 小时运行，年耗煤量 3.65 万吨。 （2）LNG 气化站 若选用 LNG 气化站，由于 LNG 气化站的供气规模并不与其投资成正比，因此可以适当提高供气能力，而投资不会增大太多。主要设备和供气能力选择如下：LNG 储罐水容积：200m3（100m22，可储存天然气约12 万方） ，空温式气化器气化能力：2000Nm3/h（两台，一用一备，供气不足时可全开，供气能力可达 4000 Nm3/h，日最大供气能力为 9.6 万方） ，24 小时连续运行。 2 能源政策比较 2.1 国家对发生炉煤气的政策 由于技术工艺、设计制造

4、、安装调试、日常维护和操作管理等原因，近几年，发生炉煤气站在安全生产和环境保护方面事故频发，给应用企业带来严重的经济损失，也使政府安监和环境部门感到棘手，随之而来的则是一系列相关的限制政策。国家关于进一步加强产业政策和信贷协调配合控制信贷风险有关问题通知 （发改产业（2004）746 号）2中明确提出，一段式固定煤气发生炉（不含粉煤气气化炉）属于限制类，不允许新建；国家产业结构调整指导目录 （2005 年本和 2007 年本）3两度将一段式固定煤气发生炉项目（不含粉煤气气化炉）列为限制类项目，2011 年本更是将“没有配套建设吹风气余热回收、造气炉渣综合利用装置的固定层间歇式煤气化装置” 、

5、“一段式固定煤气发生炉项目3（不含粉煤气气化炉） ”列为淘汰类4。国家当前部分行业制止低水平重复建设目录 （2007 年）也将一段式固定煤气发生炉项目（不含粉煤气气化炉）列为限制类项目；国家发改委 2007 年颁布的第 52 号文件平板玻璃行业准入条件规定：新建或改建平板玻璃项目，鼓励使用天然气作为燃料，严格限制发生炉煤气为燃料。 2.2 国家对天然气的政策 天然气是清洁、高效、方便的能源，天然气低位发热值高，一般是发生炉煤气热值的 5.56.2 倍。压力高，可进行远距离管道输送，容易燃烧；辅助设备简单、占地面积小、建设快、操作方便、生产稳定、容易调节、输配和燃烧可以广泛地采用自动化，可以极大

6、地改善工人操作条件；热效率高，便于改进生产工艺和生产设备，能有效地提高燃料热能利用率，可降低产品生产成本；减少城市环境污染，改善工作、生活条件。 气态天然气液化后体积缩小 625 倍，即 1m3 液化天然气相当于 625m3标准状况下的天然气。由于 LNG 能力密度大，因此常作为运输和储存的手段。 国家产业结构调整指导目录 （2011 年本）明确将“液化天然气技术开发与应用” 、 “原油、天然气、液化天然气、成品油的储运和管道输送设施及网络建设”列为“鼓励类” 。 3 技术性比较 3.1 气源比较 1）发生炉煤气站：煤气站的原料是符合发生炉要求的煤炭。我国煤4炭资源丰富，购置方便，但仍需与供方

7、签订稳定的供货协议，以保证连续生产。 2）LNG 气化站：LNG 气化站的气源为 LNG，需从 LNG 工厂购置，目前我国沿海和内地都建设了许多的 LNG 接收码头和 LNG 液化工厂。其中四川及其周边省市有多个较大规模的 LNG 液化工厂，表 1 列出了部分 LNG工厂地点。LNG 在冬季供应较为紧张，因此用户需要和液化工厂签订稳定的供气协议，保证 LNG 的供应。 表 1 周边部分 LNG 液化厂生产能力 3.2 工艺性能比较 1）加热效果的比较 发生炉煤气属于低热值煤气，煤气组分见表 26，两段炉下煤气热值约为 5.4MJ/m3，上煤气热值约为 7.6MJ/m3；LNG 气化后与天然气基

8、本无差别，其热值约为 36MJ/m3（气态） ，约为发生炉煤气的 6 倍。发生炉煤气的理论燃烧温度为 1700，天然气的理论燃烧温度为 2100。在工业加热时，由于天然气的燃烧温度高，燃烧效率高，可获得更好的工艺效果。 表 2 典型 LNG 和发生炉煤气的成分及热值 发生炉煤气发热值较低，燃烧过程不稳定，燃烧器及炉内结焦、结5渣严重，空燃比不易调节，炉温不均匀，气氛不能控制，能源消耗大、燃料利用率低。 天然气发热值较高，燃烧稳定，火焰清洁，燃烧器没有结渣、结焦问题，容易实现自动点火和火焰监测，并且空燃比容易调节，炉温均匀性好，自动化程度高，可大幅提高加热产品质量。 2）燃料储备的比较 由于没有

9、储气设施，发生炉煤气站只能通过煤气产量来匹配用气量，若多生产，则多出的煤气需燃烧排放，若少生产，则工业窑炉供气不足，热负荷达不到要求。煤气站需要储存煤作为燃料储备。 LNG 气化站中，天然气储存在液态储罐中，可根据用气量的需求气化，气化量与用气量完全匹配。 3.3 环保性能比较 LNG 气化站仅在检修时需排放少量天然气，主要成分为甲烷，对大气质量无影响。天然气燃烧后产生的 SO2 极少，几乎不对大气大气质量产生影响，也不存在废水和废渣排放。LNG 气化站运行过程中基本无噪声产生7。 而发生炉煤气站则属于对环境影响较大的建设项目，必须要经过环境影响评价方能建设，发生炉煤气站的环境影响包括以下几个

10、方面1： 1）污水 发生炉煤气站的污水主要包括煤气冷凝含酚污水和设备水封用水。煤气冷凝含酚污水即通常所说的煤气站酚水，为煤气站的主要污染源，一直是困扰发生炉煤气站发展的环保难题。尽管已经开发了多种针对含6酚污水的处理方法，但仍然难以彻底治理。对于设备水封用水，一般采用集中收集、循环应用的办法进行治理。但循环应用后杂质浓度较大的废水，仍然存在较大的处理难度。 2）空气污染 发生炉煤气站的空气污染源，除煤气发生炉烘炉、点炉送气时需向外排放废气的污染外，还包括焦油、废水向空气中溢出的臭味。煤气排放一般采用点火燃烧处理，煤气站焦油、废水向空气中溢出臭味、污染站区空气环境的问题，仍然处于探讨性解决阶段。

11、发生炉煤气虽经脱硫，但仍含有少量硫化氢，经燃烧后会产生 SO2 排放，会对大气环境造成一定的污染。 3）废渣及煤尘污染 发生炉煤气站在煤的筛选过程中，会产生煤尘污染。煤的运输、储存及煤渣去除过程中都会产生固体废弃物。 4）噪声污染 鼓风机等动力设备会产生高分贝噪音，即便采取一些噪声防治措施，仍然会使工作人员长期处于噪声环境中。 3.4 安全性比较 LNG 气化站中，液态天然气和气态天然气都存在，天然气是易燃易爆气体，液态天然气若泄漏还可能存在低温危害。天然气的主要成分是甲烷，含有少量的乙烷、丙烷等物质，但不含有 CO，几乎不含 H2S，即天然气中不含有有毒气体7。 发生炉煤气的主要成分是 CO

12、、H2 和 N2，含有少量的甲烷，少量的7H2S。发生炉煤气中除含有易燃易爆气体外，还含有剧毒气体，极少量的CO 泄漏就会导致人员中毒死亡。CO 中毒是发生炉煤气站主要的危害之一。由此可见，天然气相比发生炉煤气站要安全得多。 3.5 操作性比较 发生炉煤气站运转设备多，装置复杂，操作复杂，系统运行不稳定，产气与用气需要相互配合，易发生操作不当而导致的安全事故和工艺事故。同时发生炉煤气站员工劳动强度大，发生职业病的几率高。 LNG 气化站运转设备很少，装置较为简单，操作非常简单，可实现全自动化操作，不易出现操作导致的事故，同时员工劳动强度非常低。 4 经济性比较 4.1 原料经济性比较 依据城镇

13、燃气设计规范 （GB50028-2006） ，两段式发生炉产气率见表 3 所示，1 吨烟煤约能产生 2100m3 发生炉煤气，煤价按 1100 元/吨计算，则每 1m3 煤气的原料成本为 0.53 元，按热值折算，约每 6 立方煤气可折合 1 立方天然气，则按发热量折算成天然气的成本为 3.14 元/m3。 表 3 气化炉煤气产气率指标 LNG 到站成本由运输距离和 LNG 出厂价决定，典型的 LNG 价格见表2。 8由此可见，按热值计算，LNG 的原料成本略高于发生炉煤气。 4.2 运行成本的比较 1）耗电费用 发生炉煤气站生产过程中鼓风机、煤气增压机都需要耗费大量电能。而 LNG 气化站则

14、没有耗电动力设备。 根据某正运行中的 3.0m 两段式发生炉煤气站实际年度耗电量统计，按耗煤量折算至本煤气站设计规模，每年耗电约为 5.84106kwh，工业用电每度按 0.6 元计算，年耗电费用为 351 万元； LNG 气化站基本无用电动力设备（消防水泵等动力设备不常开） ，只电气照明、自控系统用电，年用电费仅需 10 万元。 2）年度耗水费用： 发生炉煤气站：估计年用水量约为 31000 吨；工业用水按 1 元/吨，计算，年耗水费用为 3.1 万元； LNG 气化站：基本不耗水，可忽略不计。 3）污水处理系统运行费用 发生炉煤气站需采用燃烧法处理含酚污水，处理费用约 2000 元/吨污水

15、估算，污水产生量按 70kg/吨（煤）计算，该煤气发生站年耗煤量约为：3.65 万吨（每天耗煤 100 吨） ，则每年污水产生量为 2500 吨，则每年的污水处理运行费用约为 500 万元； LNG 气化站无污水产生，没有污水处理费用。 4）人员工资 发生炉煤气站：劳动强度非常大，需 4 班 3 运转，需要 33 人；每年9工资总额约为 138.6 万元（按人均月工资 3500 计算） LNG 气化站：劳动强度非常低，可 3 班 2 运转，需要 9 人；每年工资总额约为 37.8 万元（按人均月工资 3500 计算） 。 5）副产品收入： 煤气发生站：煤焦油：按 1800 元/吨计算，焦油回收

16、率按 3计算，则每年可回收 1095 吨，计：197 万元；煤渣：按耗煤量的 20%计算，每吨煤渣按 20 元计算，则每年可回收 14.6 万元。副产品总计回收金额为211.6 万元。 LNG 站：可利用冷能，冷能可用于发电、冷藏、轮胎破碎等，但需要另外增加投资，需要进一步论证，暂不计算副产品收入。 综上所述，发生炉煤气站的年运行费用（扣除副产品收入）为：781万元，按折合成日产 3.5 万方天然气热值的煤气计算，每方天然气的运行费用约为：0.61 元/方（天然气） ； 而 LNG 气化站的年运行费用约为：47.8 万元，折合成每立方天然气的运行成本为：0.04 元。 4.3 工程初期投资 1

17、）LNG 气化站的投资估算（不含征地） 表 4LNG 气化站主要工程量及其造价 备注：不含征地费，为与煤气站所列项目相同，未包含消防设施的造价 102）煤气站的投资估算（不含征地） 表 5 煤气站主要工程量及其造价 3）征地面积的比较 为了安全考虑，煤气发生站距离站外建筑距离不小于 40 米，占地面积不小于 0.7 公顷，约 10 亩。 而根据城镇燃气设计规范和建筑防火设计规范 ，储罐水容积为 200m3 时，储罐距离站外民用建筑的距离要求是 50 米，距离站外厂房距离要求是 30 米。与站内明火、散发火花地点的距离为 50 米，与站内办公建筑的距离为 30 米。该站场处于工厂内部控制区域，气化站面积约0.4 公顷即可，即 6 亩。 5 结语 综上所述，可以得出以下几点结论： 1）发生炉煤气和 LNG 按热值计算，原料成本 LNG 略高。但发生炉煤气站运行费用远远高于 LNG 气化站，初期投资也大于 LNG 气化站。总体而言，发生炉煤气的经济性不如 LNG。 2）发生炉煤气属于国家限制或淘汰的落后技术，而 LNG 气化站则属于国家鼓励发展的先进能源技术。 3）发生炉煤气站安全性远低于 LNG 气化站。 4）发生炉煤气站对环境污染程度高，而 LNG 气化站则对环境几乎没有污染，同时发生炉煤气站作为燃料的质量低于天然气，工艺效果低于