可燃废气的综合利用

　

1　可燃废气的节能潜力巨大　　
　　可燃废气泛指作为废气放散和点火炬的各种可燃气体。如油气田勘探和开发初期放散的伴生天然气，煤油厂的火炬，钢铁厂放散的高炉、焦炉、转炉和铁合金电炉煤气，化工行业放散的化肥弛放气及电石、炭黑、黄磷的付产气，有色企业放散的铅锌密闭鼓风炉煤气，煤炭开采中抽提而未利用的煤矿瓦斯，食品行业和垃圾填埋厂发生而未利用的沼气等。发热值高的如天然气和沼气可达33 494～37 681 kJ／Nm³，中等的焦炉煤气约为16 747kJ／Nm³，低的如高炉煤气和化肥弛放气约为3 140～3 768 kJ／Nm³。这些可燃气体本是很好的气体燃料，本可以用来代替我国尚依赖进口的石油，又可以代替易污染环境且排放较多CO₂等温室效应气体的煤炭；有的还可以利用余压进行发电以回收能量；有的可作为化工原料利用，其利用价值更大。为此，如听任可燃废气的存在，一方面严重浪费了能源资源，又加重了对生态环境的污染，同时对企业经济效益亦不利，均严重背离我国正在实施的可持续发展的战略方针。
　　1996年由国家计委、经贸委和科委联合颁布的“中国节能技术政策大纲”的第5章“回收工业生产中的放散可燃气体”中指出：我国每年排放大量的工业煤气、煤矿瓦斯、油田伴生气等可燃气体。据冶金、化工等工业部门调查，可燃气体的放散量估计1990年为800万tce左右，到2000年要求冶金重点企业的高炉煤气和焦炉煤气的排放损失率分别降到4％和1％以下，吨钢转炉煤气回收量达70m³以上。煤矿瓦斯平均回收率达50％以上，各种化工重点企业和炼油厂的可燃气应达到基本全部回收。并按各行业和提出一些应采取的措施，如大于一定规模的铁合金电炉、电石炉、炭黑、黄磷等的可燃气应回收；有条件的煤矿矿井瓦斯由安全性排放改为生产性回收等。”
　　由于“节能法”颁布较晚带来的节能淡化，加上近年来企业资金紧张，优惠政策力度不大等原因，上述要求的执行效果不够理想，如1996年全年大中型高炉煤气的放散率仍高达12．8％，合235万tce，转炉煤气的回收率＜50％，加上钢铁产量等的增长，以机焦代土焦后出现的焦炉煤气放散严重（～24～30亿m³，约合144～180万tce），西北新油气田伴生气的大量放散，新开发煤层气初期难以避免的大量放散等因素，估计可燃废气的年损失量约为1 000万tce左右。为此按照节能技术政策大纲和加强资源综合利用的有关规定，应大力予以研究改善。

    从国内外实践有以下主要途径：
　　（1）就近供工业窑炉和民用燃料利用较为方便，且节能、环保和经济效益俱佳。如钢铁厂合理利用各种副产煤气后，可基本上不用购入动力煤和重油。高炉煤气因热值低、数量波动大，在用途上受到一定限制，但通过和煤、焦炉煤气混烧还是可以解决的。焦炉煤气除供工业窑炉用外，还是很好的民用煤气，关键是焦炉的合理布局问题。如长钢焦化厂建于解放战争年代，为防空建在偏僻山沟，现年产焦25万t，由于离用户较远，每年约放散2 000万m³，合1．2万tce。另土焦改造中，山西介休市已改的4个20万t／a机焦厂，除一个和高炉煤气一并供锅炉产气发电外，其余3户均在点火炬，相反的山西襄垣县五阳村焦化厂由于重视焦炉煤气利用，当建成第1台7．5万t／a机焦时便把本村煤气化，建成2^＃7．5万t／a焦炉时又把7．5 km远的县城煤气化。为此焦炉建设应依托城市和陶瓷、耐火、玻璃等用气厂，以便于就近利用。其它可燃气亦应就近合理燃用。
　　（2）有些可燃气作为原料利用，其经济效果将更好。60年代我国某些钢铁厂即采取从焦炉煤气中提氢，和氧气厂的付产氮及炼钢厂石灰窑的排放CO₂配合制造尿素，堪称高水平的综合利用。80年代西南化工研究院利用变压吸附法从化肥弛放气中回收氢返回作合成氨原料，一般可增产5％，投资回收期1～2年，比将弛放气供锅炉燃料的效果更好，已推广上百户之多，近年该院又利用变压吸附技术将高炉煤气中的CO₂分离出来作为氩气的代用品供炼钢精炼，同时脱CO₂后的高炉煤气的热值亦大幅提高，更便于作燃料利用。
　　90年代，中科院山西煤化所以发生炉煤气作原料合成二甲醚，西安新型燃料燃具公司已建厂生产供民用（代液化气）和汽车清洁燃料。在这一事例的启发下，1998年日本NKK公司会同太平洋煤矿公司共同用煤矿瓦斯合成二甲醚，供柴油卡车100 h运行试验，性能同柴油，但烟尘、NOx、SOx等污染都大幅下降，据认为是比甲醇更好的汽车清洁燃料。接着1999年又完成5 t／d中试，2000年拟进行连续运行试验后于2001年建500 t／d实用化装置。这种后来居上的精神很值得我们学习。
　　（3）利用可燃废气发电是最灵活适用的方式，其中尤以燃气轮机发电方式更好。它既可充分利用气体燃料的特性，且小规模下比同等规模的汽力发电造价低、效率高（见表1），并由于开停和调节方便，适于作调峰机组应用，且用水少特别适合于我国水资源短缺的现状，十分适用于不便作民用和工业窑炉燃料应用的零散的可燃气资源，故作重点介绍如下：
    1．航机陆用发电，已有大量实践经验。

　　早在70年代中，航空部614所会同油田将涡轴五改装为泵水机组在新疆油田应用成功后推广，至1985年已达10台以上。1975年该部南方动力机械公司会同北京重型电机厂开发成功以航机WJ6JI等为动力的YD－2000型和YD－1200型移动式电站，于1979年开始应用于中原、长庆和华北等油田，利用放散的伴生天然气发电。1980年该部成立专门机构，加强了对航机陆用的领导，截止1990年底共推广了93台，共19万kW，出力从750 kW到4 500 kW共4种系列10个型号，一般投资回收期2～2．5年，广泛受到油田欢迎。
　　90年代以来，更扩大到辽宁铁岭焦化厂（2 000 kW＋6．5 t／h热电联产烧结炉煤气）、陕西焦化厂（同上），广州石化总厂（同型号2台，烧炼厂气）和湖南鲤鱼江煤矿焦化厂等处，效果亦好（见表2）。此外更参与了和美国合作建设4．8万kW大型燃气轮发电机组的建设工作和燃烧8 373．6 kJ／Nm³低热值煤气的燃气轮发电的技术开发，以便扩大应用范围。现开发煤层气的晋城矿务局，正建2台2 000 kW热电联产机组中，2000年内投产。
　　与此同时，空军5701工厂将退投的航机用活塞式发动机改装为烧天然气的发动机，以适应四川浅层天然气的开发应用，已有150 kW、500 kW和1 000 kW3种型号及其中间规格可以接受订货，由于利用了退役航机，价格比柴油发电机低15％～20％，亦受到用户欢迎。

　　　　
    2．低热值煤气的非汽力发电。利用低热值煤气烧锅炉产汽、发电乃常规技术，用于非汽力发电则是难能可贵的。1987年由山西省科技交流中心和重庆红岩机器厂利用煤气发动机烧阳城化肥厂的弛放气等低热值煤气发电成功。出力为160 kW，燃耗为12 669kJ／kWh，相当于2．5 kW汽力发电的水平，单位投资比3 000 kW汽力发电低30％～40％，给低热值煤气的利用拓宽了途径。

　　1997年宝钢在川崎重工、ABB的协作下建成世界上第1台专烧高炉煤气（热值～3349．5 kJ／Nm³）的燃气、蒸汽联合循环发电，出力为15万kW（燃气轮机14．4万kW、蒸汽轮机6．05万kW），另还可供汽180 t／h。发电效率达46％，超过了烧煤和煤气的35万kW　　汽力发电机的38％，若热电联产时综合热效率达77．6％，充分说明了其优越性，为解决高放散率的高炉煤气的合理利用闯出了一条新途径。由于是第1台，且设备大部引进，改造价略高达11亿元。首钢正在申请上同类机组，并认为如有优惠贷款时经济上还是可行的。另吉林通钢亦拟上此类发电机组。
　　3．利用高炉煤气和炼厂气的压差发电方面中科院工程热物理所、陕西鼓风机厂、兰州化工机械厂等亦做了大量工作，陕鼓最近并提出将原来的TRT改为TRST的更合理利用方案，它以压差为动力带动鼓风机，可省去发电机和风机用电动机，有条件的单位应予试用。
3　关于加速推广燃气轮机发电的探讨　　
　　综合以上各点看，加速可燃废气综合利用的条件已基本具备：
　　（1）从贯彻可持续发展的战略方针出发，在“中国节能技术大纲”中已提出明确要求，1996年颁布的国务院36号文件更给综合利用以诸多优惠，现“节能法”已公布，由于大气污染严重，人大正在讨论修订“防治大气污染法”中，这些都要求我们依法加速可燃废气的综合利用；
　　（2）可燃废气综合利用技术已基本过关，经济上亦有较好效益，已具备推广条件；
　　（3）产品的市场需求较好，如代油可减少进口，代煤可大幅减少污染，皆受欢迎。电力需求似暂时缓和，但可供调峰的清洁电力还是短缺的；
　　（4）政府的优惠政策进一步加大。如近年来为了启动内需采取了积极的财政政策，并加大对基础设施的政策倾斜，另对重点行业的技改贷款以贴息优惠，解决了可燃废气综合利用资金不足的瓶颈制约，时机十分难得。
　　如何充分利用上述有利条件以加速可燃废气的综合利用，关键是机制问题，建议采取以下对策：
　　1．将有关部门组织起来联手推进，以克服部门分割下的低效率，以加速科技成果向生产力的转换。这次会议的目的就是把有关部门找在一起，在交流经验统一认识的基础上，组成协会下属的可燃废气综合利用专业委员会，既开展有计划的技术推广工作，又在政府和企业间发挥协会的中介作用，以创造新的机制。
　　2．技术推广工作要抓住重点，如作为燃料应用方面技术问题不多，主要从管理上注意即可。在原料代用方面除大力加强变压吸附等成熟技术外，还要很好借鉴日本经验抓好二甲醚的开发。建议以焦炉煤气和煤矿瓦斯为对象，请山西煤化所和山西省等有关单位研究列个“十五”科技攻关项目，以争取国家科委的支持；
　　3．燃气轮机发电应作为解决可燃废气综合利用的重点技术来推广和开发，这次成立的专业委员会以中航公司动燃集团为组长，便是充分考虑发挥他们多年来在这方面的丰富实践和军转民的优势，在主动为用户作好服务的同时，亦应抓住以下重点：
　　a．可移动式电站是解决油气田（含煤层气田）开发初期可燃气放散的有效措施，应会同有关用户作好行业推广计划，并在推广中不断完善；
　　b．在厂用航机发电方面要扩大出力，以适应大厂的要求，并考虑利用关停低压汽力发电设备和燃气轮机组成效率更高的联合循环发电；
　　c．高炉煤气利用的任务艰巨，在会同宝钢推广已有技术的同时，要逐步进行国产化和小型化；TRT在大型化的同时应开发TRST，以适应多方要求。
　　d．根据以上重点经分组讨论后，每组可提出2～3个示范工程和科技攻关的后备项目，以便向上级政府推荐，并在工作中进一步加强协作。