LNG加气站技术在煤炭企业的应用与研究

曹建民 于明鑫

摘 要：作为消耗一次能源的燃煤锅炉，在使用过程中排放出的烟尘、粉尘及其有毒有害气体对环境的影响是最普遍和最直接的，而使用高效、清洁的燃气锅炉可有效地解决这一问题。为积极响应国家环保号召，使用绿色能源代替煤炭能源，煤炭企业将燃煤锅炉更换为燃气锅炉，使用环保、科学、经济、合理的LNG加气站技术解决了供气难的问题，降低了环境污染，节约了企业成本，提高了安全效益。

关键词：清洁 环保 LNG加气站 效益 安全

中图分类号：TE9731 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0056-02

作为一种消耗一次能源的燃煤锅炉，使用过程期间所排放的烟尘、粉尘以及有毒有害气体对环境的影响最为普遍和直接，使用高效、清洁的燃气锅炉可以有效解决这一问题。为了积极响应国家环保号召，用绿色能源代替煤炭能源，因此笔者所在公司将淘汰所有燃煤锅炉，以燃氣锅炉代之。但由于公司地处偏僻，远离城市，周围没有燃气管道可以使用，为了保证煤炭企业职工下班后能洗个热水澡和冬季取暖的问题，通过多方面的比较，确定采用LNG加气站技术是环保、科学、经济、合理的途径。

1 项目实施背景

主焦煤业公司位于河南、河北两省交界处，行政区划分属河北省磁县观台镇和河南省殷都区伦掌镇，核定生产能力为60万t/年，所采煤层为二1煤层， 自燃倾向性为Ⅲ类不易自燃，水文地质类型中等，南邻红岭煤矿，地处偏远，燃气输送比较困难，因此选用LNG加气站技术是最佳方式。

LNG加气站技术就是将天然气经过净化处理（如脱除CO2、重烃、硫化物、水等其他杂质）后，在常压下通过采用超低温冷冻技术（深冷至-162℃），使天然气进行液化，液化后的天然气体积变小，约为相同质量天然气体积的1/620，重量变轻，约为同体积水的45%左右，再使用超低温保冷储罐储存，通过汽车、火车、轮船等方式远距离输送天然气，使输送效率更快、更高，安全可靠性能更强，能够更好地解决天然气气源问题。

2 LNG的性能

液化天然气（LNG）比压缩天然气（CNG）、燃油等具有安全性能高、环境污染小、经济效益好的优点，在我国实施清洁能源应用的背景下，发展势头迅速，其性能特点如下：（1）低密度：LNG的密度为428kg/m3左右，气化之后，其密度也只有空气的一半左右，所以在空气中稍有泄漏就容易扩散，不易形成爆炸性的混合气。（2）高燃点： LNG的燃点高于650℃以上，而汽油燃点为427℃以上，柴油燃点为260℃以上，汽油和柴油不易点燃，将其进行比较，LNG燃点要高，且相对安全。（3）爆炸极限范围广：LNG爆炸极限范围为5%～15%，而汽油的为1%～5%、柴油的为0.5%～4.1%，将其相比较，LNG爆炸极限范围较宽，更难爆炸。（4）经济性能高：LNG价格要低于汽油和柴油等，且燃烧充分，在燃烧过程中不能产生积碳，能有效减少零件磨损，延长各种发动机使用寿命，经济效益略微显著。（5）环保性能好：天然气作为一种清洁环保的优质能源，几乎没有硫、粉尘和其他有害物质，在燃烧时所产生的二氧化碳与其他化学燃料相对较少，造成温室效应低，因此可以从根本上改善环境质量。（6）便捷性能强：液化天然气（LNG）是液体，便于经济可靠的长距离运输，因此LNG加气站的建设不受天然气管网的限制。

3 LNG加气站的组成与功能

LNG加气站由LNG储罐、泵撬及潜液泵、储罐增压汽化器、卸车汽化器、EAG加热器及加液机等组成，如图1所示。（1）加气功能：储罐内的LNG由LNG低温泵抽出增压，通过加液机向燃气锅炉加液。（2）卸车功能：由低温泵将LNG槽车内LNG抽至LNG储罐。（3）增压功能：将储罐内部分LNG注入汽化器汽化成BOG（Boil Off Gas蒸发气）进入储罐，当储罐压力达到设定压力时停止。（4）调温功能：用LNG低温泵从储罐内抽出部分LNG注入增温器后进入储罐，当液体温度达到设定温度时停止。

4 工艺流程

LNG加气站工艺流程分为卸车流程、升压流程、加气流程以及卸压流程等4部分。

4.1 卸车流程

把集装箱（或槽车）内的LNG卸入LNG橇装汽车加气站的储罐中，使LNG从储罐上的液管通过泵进入LNG储罐。卸车有3种方式：增压器卸车、泵卸车、增压器和泵联合卸车。

4.1.1 增压器卸车

将气化后的气态天然气通过卸车增压器送入LNG槽车，槽车气相压力相对增大，槽车内的LNG被压入LNG储罐。本工序是给槽车增压，所以卸完车后还需要给槽车进行降压，每卸1辆车排出的气体量约为180m3。

该种卸车方式的优点：工序简单，并能够节约电能；缺点：卸完车后所产生的放空气体较多，且卸车的时间明显较长。

4.1.2 泵卸车

LNG槽车与LNG储罐的气相空间相互连通，使槽车内的LNG通过LNG深冷泵被排入LNG储罐中。

该种卸车方式的优点：工序简单，且不会产生放空气体；缺点：电能耗费较大。

4.1.3 增压器和泵联合卸车

首先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间相互连通，然后断开；在卸LNG的过程中通过增压器使槽车的气相压力增大，将槽车内的LNG通过泵卸入储罐，卸载完成后，及时给槽车进行降压。

该种卸车方式优点：卸车的时间比较短，耗电量比泵卸车较小；缺点：工序较繁琐。

4.2 升压流程

运输储罐中的LNG必须在气体供给燃气锅炉之前进行升压升温。LNG加气站储罐升压的目的是在一定压力下获得饱和液体，饱和温度在升压的同时相应升高。液化天然气（LNG）加气站的什压采用低进气方式，升压方式有两种：一种是通过增压器来进行升压，另一种是通过增压器与泵联合使用来进行升压。第一种方式有不耗费电能的优点和升压时间长、理论计算需要逾5h的缺点；第二种方式有升压时间短、降低了泄放损失的优点和需要耗费电能的缺点。

4.3 加气流程

LNG加气站储罐中的饱和液体LNG通过泵加压，然后通过计量器和加气管供给燃气锅炉进行供气。燃气锅炉为上液喷淋式，加入的LNG直接吸收燃气锅炉内气体的热量，降低了瓶内压力，减少了放空气体，并且提高了加气速度。

4.4 卸压流程

当系统压力大于设定值时，需打开系统中的安全阀，用来释放系统中的气体，从而降低压力，保证系统的安全。在加气化站内，LNG储罐采用自力降压、压力报警手动放空、安全阀起跳三层保护措施，同时，储罐液相進出口及出站总管设有紧急切断装置，保证了站内安全。

5 经济和社会效益

主焦煤业公司自安装LNG加气站后，配合燃气锅炉使用，与燃煤锅炉进行比较，能够带来更多的经济和社会效益，同时促进了环境保护，节约了企业成本。

（1）燃煤锅炉每天燃煤5t，1t煤价格为860元左右，即：5×860=4300元；燃煤锅炉每班用工2人，三班共计6人，每人每天工资为80元，即6×80=480元，燃煤锅炉每天共计花费4780元。燃气锅炉每天燃烧燃气1500m3，1m3燃气价格为2.6元左右，即：1500×2.6=3900元，燃气锅炉每班用工1人，三班共计3人，每人每天工资为80元，即：3×80=240元，燃气锅炉每天共计花费4140元。通过对比，燃气锅炉比燃煤锅炉每天节约640元，全年将节约20多万余元。（2）在天然气管路安装及人员施工费用上节约30多万余元，降低了施工期间的过程管控和安全管理，同时减少了工农纠纷。（3）LNG加气站的建成，使燃气锅炉能够正常运行，保证了职工下班后能够洗上热水澡以及冬季供暖等问题。（4）在使用LNG气站过程中可随时掌握用气量，并根据实际情况向厂家及时调配气罐，同时在安全方面LNG需在低温下储存，降低了燃烧爆炸事故。（5）天然气在液化过程中脱除了H2O、重烃类、H2S等杂质，比一般天然气更加纯净，燃烧更完全和环保。

LNG加气站的投入使用，不仅能够有效地降低粉尘及有毒有害气体的排出、降低环境污染、促进环境保护，同时还能够减少企业用人、降低职工的劳动强度、为企业节约成本、提高安全保障。

6 结语

LNG所具有“高效、清洁、环保、价廉”的优点决定了其在治理燃煤锅炉排放污染，改善环境质量，打造绿色企业的应用前景是广阔的。主焦煤业公司安装LNG加气站后，配合燃气锅炉使用，解决了煤炭企业供气难的问题，避免了铺设管道产生的工农纠纷问题，同时减少了铺设管道的人工和材料投入，LNG加气站的使用便于煤炭企业内部管理，加气站使用更加方便。液化天然气脱除了H2O、重烃类、H2S等杂质，比一般天然气更加纯净，燃烧更完全，是最为清洁的燃料之一，作为锅炉燃烧原料更加环保、热效率利用更高，LNG加气站的应用具有良好的推广意义。

参考文献

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