低热值煤气火力发电技术应用进展

低热值煤气火力发电技术应用进展

贾潇 何超

苏晋保德煤电有限公司 山西省忻州市保德县036600

江苏国信沙洲发电有限公司 江苏省苏州市 2156002

摘要：选择适合的发电技术能提高发电效率，低热值煤气火力发电技术作为一种清洁、高效的能源利用方式，在我国能源结构调整和环保政策推动下，得到了广泛关注和应用。

关键词：低热值煤气；火力发电技术；应用

引言

随着全球能源需求的不断增长，煤炭作为一种丰富的能源资源，在我国能源结构中占据着重要地位。然而，煤炭的使用过程中会产生大量的低热值煤气，其能量利用率低，排放问题严重。近年来，低热值煤气火力发电技术得到了广泛关注，成为了研究热点。

1低热值煤气火力发电技术的特点

1.1环保性能优越

低热值煤气火力发电技术采用清洁燃料，排放污染物较少，具有较好的环保性能。与传统燃煤发电相比，低热值煤气发电可大幅降低烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放。

1.2节能效果显著

低热值煤气火力发电技术采用先进的燃烧器和锅炉设计，提高了燃料利用率，降低了能源消耗。同时，通过余热利用、烟气自循环等技术，进一步提高了发电效率。

1.3燃料适应性强

低热值煤气火力发电技术具有较好的燃料适应性，可以利用各种低热值煤气资源，如焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气等。这为煤炭资源的高效利用提供了有力支持。

1.4技术成熟、可靠性强

低热值煤气火力发电技术经过多年发展，已具备成熟的技术体系。在国内外已有很多成功应用的案例，证明了其可靠性和稳定性。

1.5经济效益明显

低热值煤气火力发电项目投资成本相对较低，且运营维护费用较少。同时，由于环保政策的推动和煤炭资源的高效利用，低热值煤气火力发电项目具有良好的经济效益。

2低热值煤气火力发电技术问题

2.1燃烧器设计问题

在低热值煤气火力发电过程中，燃烧器的设计至关重要。由于低热值煤气的燃烧特性较差，燃烧器需要具备良好的燃烧稳定性和较高的燃烧效率。然而，当前市场上的燃烧器在设计和制造方面存在一定的问题，如燃烧器喷嘴容易堵塞、火焰稳定性差等。这些问题导致燃烧过程不完全，进而影响发电系统的稳定运行。

2.2燃烧过程问题

低热值煤气的燃烧过程容易受到燃料成分、燃烧器工作参数和环境条件等多种因素的影响。在实际燃烧过程中，煤气成分的变化可能导致燃烧过程不稳定，从而引发燃烧器喷嘴堵塞、炉内温度波动等问题。此外，燃烧器工作参数的设置不合理也会加剧燃烧过程的不稳定性，影响发电设备的运行寿命。

2.3污染物排放问题

低热值煤气火力发电过程中，燃烧产生的废气中含有大量的污染物，如CO、SO2、NOx等。由于燃烧过程的不完全，CO排放量较高，不仅造成能源浪费，还加剧了环境污染。此外，燃烧产生的酸性气体SO2和NOx容易导致设备腐蚀和大气污染，严重影响发电厂的运行安全和环境保护。

2.4能源利用效率问题

低热值煤气的热值较低，导致火力发电过程中的能源利用效率较低。在现有技术条件下，低热值煤气火力发电的效率普遍较低，难以满足日益严格的能源环保要求。提高能源利用效率是低热值煤气火力发电技术发展的重要课题。

2.5安全隐患问题

低热值煤气火力发电过程中，煤气的储存、输送和燃烧均存在一定的安全隐患。由于煤气的低热值和较高的一氧化碳含量，使用过程中容易引发爆炸、中毒等事故。此外，燃烧器喷嘴和炉内高温部件的磨损、腐蚀等问题也会影响发电系统的安全运行。

3低热值煤气火力发电技术应用策略

3.1技术选型

（1）锅炉类型选择：高效超超临界单炉膛直流炉。在当今环保意识日益增强的背景下，针对低热值煤气的特性，选用高效超超临界参数、单炉膛、平衡通风、一次中间再热、四角切圆燃烧、紧身封闭、全钢构架悬吊结构直流炉锅炉已成为必然趋势。首先，高效超超临界参数的选择是锅炉类型关键所在。超超临界技术能够使锅炉在高温高压下运行，提高热效率，降低燃料消耗，从而降低碳排放。此外，超超临界锅炉具有较大的热容量，能够适应负荷的变化，使系统运行更加稳定。其次，单炉膛设计有助于提高锅炉的燃烧效率。单炉膛结构使得燃烧过程更加充分，降低了氮氧化物和烟尘等有害物质的排放。同时，平衡通风能够保证炉膛内氧气供应充足，使燃烧过程更加稳定，降低不完全燃烧损失。（2）燃烧器选型。首先，在燃烧器选型过程中，我们需要关注燃烧器的燃烧效率。燃烧效率的高低直接影响到能源的浪费和环境的污染程度。采用双旋流燃烧器，可以通过优化内旋流叶片和燃烧器扩口结构，使燃料在燃烧过程中充分混合，提高燃烧效率。这一举措对于节约能源、减少排放具有显著效果。其次，双旋流燃烧器在降低污染物排放方面具有优势。通过优化设计，可以使燃烧过程更加充分、均匀，降低NOx、SOx等有害气体的排放。这对于改善空气质量、保护生态环境具有重要意义。

3.2设备优化

（1）空气预热器。空气预热器是一种重要的节能减排设备，近年来在我国各行业中得到了广泛的应用。其主要原理是利用废气余热预热新鲜空气，从而降低燃料消耗，减少氮氧化物（NOx）排放，保护环境。在工业生产过程中，锅炉、窑炉等设备燃烧燃料产生大量废气，其中含有大量热能。空气预热器的作用就是将这些废气中的热能回收，预热进入燃烧设备的新鲜空气。通过这种方式，一方面可以提高燃烧效率，减少燃料消耗，降低生产成本；另一方面，预热后的空气燃烧时产生的氮氧化物（NOx）排放量较少，从而降低了对环境的污染。为了进一步提高空气预热器的性能，研究人员在其结构、材料、工艺等方面进行了不断优化。（2）脱硝设备。脱硝设备在我国环保领域的重要性不言而喻。随着工业化进程的加快，火力发电、钢铁、水泥等行业的发展带来了严重的环境污染问题。氮氧化物作为主要的大气污染物之一，对人体健康和生态环境造成了严重影响。为了减轻氮氧化物排放对环境的压力，我国政府积极推广脱硝技术，促使企业加大脱硝设备的配置力度。脱硝设备的工作原理是在燃烧过程中，将氮氧化物转化为无害的氮气和水。其主要途径有两种：一是选择性催化还原法，通过添加还原剂（如尿素、氨等），在催化剂的作用下，将氮氧化物还原为氮气和水；二是非选择性催化还原法，直接用还原剂将氮氧化物还原。这两种方法均具有较高的脱硝效率，能够有效地降低燃烧过程中氮氧化物的排放。

3.3燃烧控制

（1）温度场控制。首先，优化燃烧器结构是提高火焰温度和煤气燃烧充分性的关键。通过改进燃烧器喷嘴设计，可以提高煤气与空气的混合效果，使燃烧更加充分。此外，喷嘴材料的选用也需要考虑燃烧产生的高温和高压环境，以确保喷嘴的稳定性和耐用性。其次，提高火焰温度有助于实现煤气的充分燃烧。火焰温度的提升可以增加燃烧反应的速度和程度，从而提高燃烧效率。为了实现这一目标，可以从燃烧过程的热力学和化学反应角度出发，研究火焰温度与燃烧产物之间的关系，进而调整燃烧器工作参数，使火焰温度达到最佳状态。（2）污染物排放控制。污染物排放控制是我国环保政策的重要内容之一。近年来，我国在污染物排放控制方面取得了显著的成果。其中，采用先进的燃烧控制策略，降低NOx、CO等污染物排放，是实现空气质量改善的重要手段。在工业生产领域，我国加大了对燃煤电厂、钢铁、水泥等高排放行业的治理力度。通过实施严格的排放标准，促使企业采用先进的燃烧控制技术，降低污染物排放。

结语

总之，低热值煤气火力发电技术在我国具有广泛的应用前景。通过不断研究与发展，低热值煤气火力发电技术将为实现我国能源产业的可持续发展作出重要贡献。

参考文献

[1]王斌.某钢铁厂高炉煤气发电的经济性分析［J］.新经济，2016（11）：119.

[2]王立新，李新，许志宏，等.钢铁厂煤气合理利用的探讨［J］.过程工程学报，2001（2）：193-196.