多联产系统能源梯级利用的机理
IGCC与多联产
优点
高效：４３－４５％，比亚临界高５－７％，若采用 Ｈ级燃气轮机效率有望达到４８－５２％ 清洁：２１世纪最清洁的煤电技术 燃料适应性广：能够清洁利用高硫煤 省水：为同容量常规燃煤机组的１/２－２/３ 市场适应能力较强：受燃料价格波动影响较小 技术的继承性强：天然气联合循环改造，多联产
多联产
多联产系统是指利用从单一的设备（气化炉） 中产生的"合成气"（主要成分为CO＋H2），来 进行跨行业、跨部门的生产，以得到多种具有 高附加值的化工产品、液体燃料（甲醇、F－T 合成燃料、二甲醇、城市煤气、氢气）、以及 用于工艺过程的热和进行发电等。多联产系统 能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路 线的优越性，使生产过程耦合到一起，彼此取 长补短，从而达到能源的高利用效率、低能耗、 低投资和运行成本、以及最少的全生命周期污 染物排放。
中国能源的出路
除了加速发展核能与可再生能源，最重要的方面是要 努力探索煤炭利用的可持续发展，以及积极发展现代 化的煤炭利用技术(非直接燃烧方式)。发展以煤(或石 油焦)气化为核心的多联产--通过煤(或焦炭)气化和化 工反应一次通过方式实现电力、液体燃料、化工产品、 供热、合成气的联产，是解决我国能源、环境、液体 燃料短缺等重要问题的战略方向。下图是对我国燃煤 电站装机容量的预测，自2000年以后燃煤电站的增量 增势显著，在增量中必须有相当大的比例是多联产。 若按照燃煤电站的现有技术发展，将来技术路线锁定， 需要花费更大的代价来扭转局面。因此，实施以煤气 化为核心的多联产战略刻不容缓。
资源、能源、环境一体化系统
上图是对我国多联产系统的简单阐释。煤经气 化后得到合成气(CO+H2)，净化以后可用于生 产化工原料、液体燃料(合成油、甲醇、二甲 醚等)和电力。多联产将动力与化工过程按最 优原则有机地耦合，联产高附加值液体燃料， 降低了产品成本，同时简化系统，从而降低投 资和运行成本，提高系统经济性和可靠性，在 节能减排上有显著的效益。这种多联产系统在 化工产品、液体燃料和电力之间可以按市场需 求或是发电的“峰谷”差进行适当调节，有很 好的灵活性。
煤的梯级利用工艺路线介绍和煤热解技术对比
锅炉制造BOILER MANUFACTURING第1期2021年01月No. 1Jan.2021煤的梯级利用工艺路线介绍和煤热解技术对比Introduction of coal cascade utilization technology andcomparison of pyrolysis technology in coal洪超，王桔（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）摘要:煤炭作为国内未来较长时间内的主要能源消费来源，煤的梯级利用可以实现低阶煤的环保、经济和高效利用，本文介绍了几种国内典型的煤梯级利用工艺路线，从工艺流程、工业化进程、技术特点和经济效益等方 面进行阐述，对比各工艺路线的核心热解技术，并对以后的技术发展方向提出展望。
关键词:煤的梯级利用;热解;煤气;焦油;半焦中图分类号：X7 文献标识码：B 文章编号:CN23 -1249（2021 ）01 -0040 - 030引言长期以来，我国的能源消费都是以煤为主，根 据国家统计局公布数据,2019年全年能源消费总量中煤炭消费总量增长1-0%,占比57.7%,占比相比去年下降1.3个百分点。
近年来随着清洁能源和新能源技术的不断发展，煤炭能源比例虽逐 年下降,消费总量却逐年增加，煤炭在较长时间内仍将占据能源消费主导地位。
根据中科院公布数据，截至2019年，国内已探明原煤储量10077亿吨。
其中低变质烟煤、褐 煤等低阶煤占煤炭储量的50%以上，其挥发分高、含水量高、热值低等特点决定了常规的直接燃 烧或者气化等利用方式存在效率低、氮硫氧化物等污染物排放量大等缺点⑴。
随着技术的发展 和市场的需求，形成了如直接发电、液化、完全气化、干燥提质和煤的梯级利用等多种典型的低阶 煤利用技术路线⑵。
1低阶煤的梯级利用煤的梯级利用技术主要是通过热解分质、梯 级延伸加工，实现各级产物的梯级利用、吃干榨尽，具有资源利用率高、热能效率高、利于环保等 优势。
生物质热电联产 新能源高效利用模式
生物质热电联产新能源高效利用模式在当今全球能源需求不断增长，环境问题日益严峻的背景下，寻找清洁、可再生的能源解决方案已成为当务之急。
生物质热电联产作为一种新兴的能源利用模式，正逐渐展现出其巨大的潜力和优势。
生物质，简单来说，就是由植物、动物和微生物等有机物质所组成的资源。
它来源广泛，包括农业废弃物（如秸秆、稻壳）、林业剩余物（如树枝、木屑）、城市生活垃圾以及工业有机废水废渣等。
与传统的化石能源相比，生物质能具有可再生、低碳排放、分布广泛等显著特点。
那么，什么是生物质热电联产呢？生物质热电联产是指将生物质燃料燃烧产生的热能用于发电，同时将发电过程中产生的余热用于供热的一种能源综合利用方式。
这种模式实现了能源的梯级利用，大大提高了能源利用效率。
在生物质热电联产系统中，首先需要对生物质燃料进行收集和预处理。
这是确保系统稳定运行的重要环节。
由于生物质燃料的种类繁多、形态各异，其收集和运输存在一定的难度。
例如，秸秆的收集往往受到季节和地域的限制，需要合理规划和组织。
而对于林业剩余物，其运输成本可能相对较高。
因此，建立高效的收集和运输体系至关重要。
预处理环节则包括生物质的干燥、粉碎、压缩等。
经过预处理后的生物质燃料更易于燃烧，能够提高燃烧效率，减少污染物排放。
接下来是燃烧过程。
生物质燃料在锅炉中燃烧，产生高温高压的蒸汽。
这些蒸汽推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。
在这个过程中，需要采用先进的燃烧技术和设备，以确保燃烧充分、稳定，提高发电效率。
同时，要严格控制燃烧过程中的污染物排放，采取有效的脱硝、脱硫和除尘措施，以满足环保要求。
发电后的余热通过余热回收装置进行回收利用，用于供热。
这部分余热可以满足工业生产、居民采暖等多种需求。
与传统的分散式供热方式相比，生物质热电联产供热具有更高的能源利用效率和更低的污染物排放。
生物质热电联产具有诸多显著的优点。
首先，它能够有效减少对传统化石能源的依赖，降低能源进口风险，保障国家能源安全。
碳一化学
34.4%
2003 8299 万吨
49.3%
2003
1442 万吨 2002 成品油净进口
12.0%
2003 2.52 亿吨 2002 石油消费量
1993年起我国成为石油纯进口国，石油消费以5～6%速度增长。 2004年前石油进口 1.2亿吨﹐比去年同期增加了40%。成为仅 次于美国的全球第二大石油消费国。
10.0 2.9
10.1
93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03
93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03
石油净进口量/Mt
进口量占国内消费量的比例/%
石油产品消费结构
数据来源2003年中国能源发展报告
2002年中国主要炼油化工产品产量
名称 原油一次加工能力 产量(万吨) 27030 比例/%
175.78万亿 M3
1.82万亿M3
世界总产量
中国产量 世界平均储采比 中国储采比 中国剩余探明可采储量占世 界比例（%）
25.1亿吨当量油
8.42亿吨当量油 192 69 11.6
36.97亿吨
1.69亿吨 41 19.1 2.1
26185亿M3
341亿M3 67.1 53.4 1.0
中国产量占世界比例（%）
第一章 绪论
1. C1化学的发展 2. C1化学的基础化学 3. C1化学展望
1．C1化学的发展
1.1 中国和世界能源发展 1.2 煤替代石油能源的技术路线 1.3 煤炭是可以清洁利用的能源 1.4 多联产——煤洁净高效利用的必然选择
1.1 中国和世界能源发展
1.1.1.世界能源
6
世界能源供应结构
原油生产量和消费量
20MW级生物质气化多联产工程设计
20MW级生物质气化多联产工程设计摘要：首先介绍了生物质气化多联产的工艺流程，结合具体装机方案，对整个系统配置情况进行了阐述，与传统生物质利用方式先比，气化多联产综合效率更高。
最后根据项目装机规模对气化炉、燃气内燃发电机组的主要选型参数进行了说明。
本文结合工程案例，对今后生物质气化多联产的工程实践提供了参考。
关键词：生物质气化；发电系统；内燃机；生物质炭；梯级利用1 引言生物质资源分布广泛、储量大，在我国可再生能源中占有重要比例。
生物质气化发电技术是一种清洁高效的能源利用技术，经过多年的不断探索和发展，生物质能已在实际工程中取得了广泛应用，如何将生物质能最大化的被人类利用成为当前能源领域研究的一个热点。
利用生物质进行发电、供热和产炭，符合分布式能源项目中能量梯级利用的理念，资源综合利用效率高，国家大力提倡，本文主要介绍了一种生物质气化多联产技术在工程中的应用。
2 工艺系统生物质气化多联产技术是将生物质气化技术和燃气发电系统进行整合，利用生物质气化产生的可燃气体进入燃气内燃机进行发电的过程，通过内燃机燃烧做功后的尾气经配套的烟气余热回收装置将余热转换为蒸汽或热水，为周边用户供热量。
图1 20MW生物质气化多联产系统工艺流程图1、炉前料仓，2、给料螺旋输送机，3、床料给料装置，4、点火装置，5、底部排渣装置，6、气化炉本体，7、一级旋风分离器，8、二级旋风分离器，9、一级喷淋塔，10、二级喷淋塔，11、旋流塔，12、净化塔，13、离心过滤器，14、燃气增压风机，15、稳压罐，16、碰撞除焦器，17、冷凝器，18、炭冷却螺旋输送机，19、炭冷却螺旋输送机，20、炭仓，21、鼓风机，22、喷淋液循环水池，23、喷淋液循环水冷却塔，24、水槽，25、发电机循环水池，26、发电机循环水冷却塔，27、内燃发电机组，28、气液分离器。
本文中涉及的20MW级生物质气化多联产项目，具体工艺流程为：生物质成型颗粒由流化床气化炉前给料装置，送入气化反应器后与气化剂反应产生成可燃气体，燃气经冷却、净化后送往内燃机组进行发电和供热；在气化炉中，经过充分气化反应的秸秆转化为生物质炭，通过炉底的冷却装置在隔绝空气条件下完全冷却，并由炭输送系统输送至炭仓库储存。
天然气分布式能源介绍
山东建筑大学
一
当前能源形势
存在严重能源危机 我国一次能源可开采期限约为： 煤炭 90年 石油 天然气 可燃冰 22年，对外依存度56% 52年，到2020年对外依存度将超过50% 500年以上
能源利用效率低下 我国每公斤标准煤能源产生的国内生产总值仅为世界 平均值的40%左右，能耗高。 能源形势严峻 我国2011年实际能耗约39亿吨，计划2020年末使用40亿
以软件园CCHP项目为例
项目 燃气锅炉＋ 电制冷 冬季天然气 耗量 夏季天然气 耗量 总耗量
万m3
峰谷差
142.2
0
142.2
冷热电联产
204.3
130.5
334.8
1.57:1
目前峰谷差超过8:1,管网利用率约为35%,广泛采用三 联供系统可将管网利用率提高到75%
分布能源技术
内燃机 蓄能装置 冷热电联产
燃烧室 电 供冷或供热 发电机 燃气轮机 排气 燃料 压气机 烟气型吸收 式制冷机 排气
直接通过烟气型 溴化锂吸收式机组回 收利用，没有余热锅 炉这一中间环节。 排烟温度多为 350~550℃， 发电效 率为24~34% ，冷电 比（热电比）通常为 1.5~2.5.
②简单循环燃气轮机-烟气吸收式分布式联产系统
光电
燃料电池 风能
微燃机
分布式能源发展趋势
以分布式多联供技术为核心，结合可再生能源构建区域“小型化区域 能源网络”，形成多能互补的智能电网（微电网）与智能冷热气网相融 合；
区域型能源系统的优势在于可以引进高效热电机组，实现燃气、电、 热、冷的最优匹配，提高能源利用率；
3）回热循环燃气轮机—烟气吸收式分布式联产
煤炭分级利用
煤炭分级利用又称分质利用，主要是指将煤炭通过中低温干馏进行热解，取出其中的挥发分，包括煤气与煤焦油，剩余半焦再利用的一种煤炭使用理念。
煤炭分级利用最早可追溯至石油使用之前，煤热解产生煤油（煤焦油），用于煤油灯的时代。
但近年来随煤化工热潮兴起，分级利用亦随之兴盛，伴随多个煤分级利用大型项目逐渐落地，分级利用已近乎成为可与煤制油、气等煤转化形式相匹的一种煤转化形式。
煤炭分质转化的梯级利用技术路线第一步，先将煤炭经固体热载体催化热解技术处理，产出煤焦油、兰炭（块焦、粉焦）和焦炉煤气等初级产品，完成对原料煤炭的分质；第二步，从焦炉煤气中提取氢气用于精馏出酚等高附加值产品后的煤焦油加氢，产出石脑油、柴油、液化气、等石油产品；第三步，将提氢后的焦炉煤气中的甲烷成分分离出来，用于生产压缩天然气或液化天然气，焦炉煤气中剩余的一氧化碳用于生产甲醇、合成氨，或作为工业燃料。
对兰炭根据产品质量和粒度大小进行分质利用，块状兰炭用于生产电石、铁合金，粉状兰炭进行煤气化后生产甲醇、天然气、乙二醇、合成氨、合成油、石蜡等化工品，或作为高炉喷吹料、工业燃料，碳一基础化学品甲醇与石脑油用于耦合生产碳二基础化学品乙烯。
第四步，结合多联产，利用碳一、碳二基础产品，以及尿素等大宗化学品按照多品种、差异化原则，进一步延伸发展种类数量繁多的煤化工下游深加工产品，使煤炭资源在更加广泛的化工领域替代原油。
在高瓦斯煤矿周边区域则采用适度补充利用煤层气，进行“煤气互补，碳氢平衡”的煤炭综合利用多联产路线。
关键技术中低温干馏煤的干馏也称作煤的热解，是指煤在隔绝空气条件下加热至一定温度所发生的一系列复杂的物理、化学变化过程。
根据干馏温度的不同分为低温热解(500-650℃)、中温热解(650-800℃)、高温热解（900-1000℃)。
为得到更高产率的焦油和荒煤气，低阶煤分质利用通常采用中低温干馏。
国内典型中低温干馏技术路线是：将低变质煤经自然干燥，然后在热解炉内进行炭化处理，600-800℃条件下物料在隔绝空气的炭化炉中发生脱水、干馏、裂解等一系列反应，产生荒煤气、煤焦油和半焦。
CCHP系统解析
热源进一步被利用制冷、制热及热
水供应。 CCHP系统能够充分利用天然气的
热能，综合用能效率可达90%以上。
同时可降低以天然气为燃料的供热 成本，把一部分成本摊到电费上，
减轻运营成本负担，与常规系统相
比超出的初投资费用通过节省运行 费5年内便可收回。
3 CCHP系统的设计模型
CCHP系统的设计模型主要有三种形式： 独立发电模型 并网不上网模型
并网加上网模型
3.1 独立发电模型
独立发电，没有引入市电进行调节，也没有其他电力补
充。因此燃气轮机的发电功率要大于额定电负荷且要考虑到热 负荷的充分利用，否则会影响其发电成本。 采用这种模型的用户一般比较注重设计系统的稳定性、安 全性及其可调节性，因此在此模型中适宜以阵列化的微型燃气
了能源的梯级利用。还可以提供并网电力作能源互补，整个系
统的经济收益及效率均相应增加。
2 CCHP系统组成及能流分析
2.1 CCHP系统组成
简单循环燃气轮机热电(冷)联产系统简图
冷热电联供系统简单结构示意图
2 CCHP系统组成及能流分析
2.1 CCHP系统能流分析
CCHP系统中，发电之后的余热通
来确定系统的电力输出。
“以电定热”——以电需求为基准，来确定系统的 热需求( 冷热负荷) 输出。
4.1 “以热定电”
燃气轮机冷热电联产系统“以热定电”流程图
“以热定电”可以获得较高的能源利用率，在设计工况
下运行时经济性良好，节能效果明显，结构简单、投资少、
运行可靠。 发电量受到供热量的限制，供热与供电互相牵制，难以 同时单独满足用户对于热能和电能的需要，当没有热负荷 时机组完全停运（以热定电的缺点所在）。在多余的电力
热电联产成本分析
热电联产成本分析提要热电联产是根据能源梯级利用的原理,将一次能源燃烧后,既生产电能也可以对用户供热,可以节约能源,改善环境,在我国具有非常重要的作用。
本文分析了热电联产的几个主要流程,剖析其成本项目,再综合考虑热电联产的热电分摊计算,对热电联产的成本进行研究,为热电联产的定价提供参考依据。
关键词:热电联产;成本;热电比中图分类号:F27文献标识码:A中国是一个能源生产和消费大国,一次能源的生产居世界第二位,但人均能源占有量仅为世界人均能源占有量的45%左右。
同时,中国的能源利用效率也很低,目前仅为33%,与发达国家的能源利用效率相比存在较大的差距。
电力行业是国民经济的支柱行业,同时也是能源消费量巨大的行业,仅煤炭消费量就占我国煤炭消费总量的50%以上。
因此,提高电力行业的能源利用效率,将会在很大程度上改善我国的一次能源利用效率。
热电联产,是根据能源梯级利用的原理,将一次能源燃烧后,既生产电能,又利用在汽轮发电机中作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。
热电联产的蒸汽没有冷源损失,所以能将热效率提高到85%,比大型凝汽式机组(热效率40%)还要高很多。
热电联产不仅可以大量节约能源,而且可以改善环境条件,提高居民生活水平,缓解供电紧张局面。
近年来,随着我国电力市场的逐步开放,“厂网分开,竞价上网”政策全面推行,绝大多数发电企业都要通过竞价的方式才能将电能输送到电网中,而竞价的基础就是要做好成本分析,成本决定了企业的竞价,也决定了企业未来的发展趋势。
一、热电联产的工作流程热电联产是一个复杂的系统,简单来说主要包括了四大流程:燃料煤的流程、空气及燃气流程、水及蒸汽流程和电气系统流程。
1、燃料煤的流程。
自煤场送至原料煤斗后,经过输煤皮带,由给煤器控制给煤量。
进入锅炉之前在磨煤机或碎煤机内被磨成煤粉,与一部分热空气混合,经燃烧器进入炉膛中,燃烧后的烟道气流经锅炉—省煤器—空气预热器等热交换器将热量传给其中的水或空气,最后从烟囱排到大气中去。
浅谈热电联产..课件
03
热电联产的应用场景
工业领域
钢铁行业
钢铁冶炼过程中产生大量的余热，通过热电联产技术可以利用这 些余热发电，提高能源利用效率。
化工行业
化工生产过程中会产生大量的废热，热电联产技术可以将这些废热 转化为电能，降低能源消耗。
造纸行业
造纸生产过程中需要大量的蒸汽和电力，热电联产技术可以提供稳 定的电力输出，同时回收废热，降低能源成本。
20世纪80年代
日本、韩国等亚洲国家开始大力推 广热电联产技术，以解决能源短缺 和环境污染问题。
21世纪初
全球热电联产装机容量逐年上升， 成为世界能源发展的重要趋势。
国内展状况
20世纪90年代
我国开始引入热电联产技术，并 在北京、上海等大城市开展试点
工作。
21世纪初
我国政府开始大力推广热电联产 技术，并在工业园区、城市新区
风力发电技术可以将风能转化为电能 ，同时利用余热进行供热。
04
热电联产的效益分析
环境效益
01
减少污染物排放
热电联产代替传统的煤电生产方式，可以大幅度减少氮氧化物、硫化物
等污染物的排放，对改善空气质量和减少酸雨等环境问题有重要作用。
02
节约能源
热电联产可以实现能源的梯级利用，提高能源利用效率，减少能源浪费
3. 节能性：热电联产可以实现能源的梯 级利用，提高能源利用效率，减少能源 浪费。
2. 环保性：通过将发电和供热结合起来 ，可以减少化石燃料的消耗，降低二氧 化碳等温室气体的排放。
特点
1. 高效率：热电联产的效率通常比单一 的发电或供热方式要高，能够有效地利 用能源。
热电联产的意义
01
02
03
提高能源利用效率