IGCC多联产总能系统

邓世敏,林汝谋,金红光,高林,蔡睿贤

(中国科学院工程热物理研究所,北京　100080)

摘　要:从能源与环境领域渗透交叉层面、化学火用梯级利用结合的角度综述IGCC多联产总能系统的研究动态,阐述了多联产系统概念与过程机理,分析了系统集成的关键技术及其应用与发展前景。

关　键　词:IG CC;多联产;总能系统

中图分类号:T K11+4 文献标识码:A 文章编号:1009-2889(2002)03-0010-07

0　前　言

迄今为止,化石燃料(尤其是煤炭)仍然是人类的主要能源资源,但其传统的直接燃烧方式面临着越来越大的双重压力(提高能源利用率和环境保护)。煤气化技术的发展为化石燃料的清洁利用提供了一条重要途径,把洁净的煤气化技术和高效的联合循环技术相结合的IGCC倍受关注。自20世纪80年代以来,世界各地已经建立了数十座IGCC电站,对IGCC的各项关键技术进行了验证和示范,部分机组已经投入了商业运行,展示了IGCC的技术先进性、优越的环保性能和较好的运行可靠性、可用性[1～4]。目前,能源动力系统与其它化工、冶金等部门的生产过程往往相互独立,这在很大程度上制约了能源利用率的进一步提高和环保性能的改善。因此,多联产的能源系统成为热门研究课题。IGCC多联产系统(Po lygener ation sy stem)是指以煤(也包括石油焦、沥青、重质渣油等化石燃料)气化为源头,把发电、供热、化工产品生产联合起来的能源转换利用系统(以后联产内容还会增加)。它不仅保留与增强了IGCC清洁、高效的优点,而且通过与生产化工产品相结合还提高了IGCC的经济效益。例如, IGCC热、电、甲醇、合成气四联产系统与单独生产甲醇、合成气和进行IGCC发电供热的分产系统相比,投资下降30多个百分点,煤耗量下降20%以上[5]。

面向21世纪,学科交叉与系统集成将成为动力系统创新的突破口,文中从能源、化工与环境领域渗透层面概述与分析了研究IGCC多联产总能系统的主要问题,包括其研究动态、系统概念与过程机理、关键技术以及在我国的应用与发展前景等。

1　IGCC多联产系统研究动态

IGCC多联产总能系统综合了热力循环和化学反应过程,其提高能源利用率和减少环境污染的潜力巨大,因而倍受世界能源界的重视。目前,在这一领域的研究和开发十分活跃,其出发点是从系统高度来研究动力系统与各生产过程的相互连接和耦合,实现能源资源的高效、洁净和经济利用。

美国能源部远景21计划(Vision21)提出的“Vision21”多联产系统(图1)采用氧气气化工艺生产合成煤气,合成煤气经转化反应分离出氢气作为高温固体氧化物燃料电池(SOFC)和燃气轮机组成的先进联合循环多联产系统的燃料,热转功效率非常高。氢气还可供给低温质子交换膜燃料电池作为汽车动力。合成气制氢过程分离出来的CO2可通过各种途径进行处理和回收。预计到2050年,新型系统的CO2等有害物将有可能实现准零排放,燃煤发电效率达60%,天然气发电效率达75%[6]。

由Shell公司提出的合成气科技园(Sy ng as Park)多联产系统也是利用煤气化生产氢能等多联产的典型示例(图2)[7]。系统的源头是Shell公司的干煤粉加压气化装置(SCGP),合成煤气通过转化反应分离出的氢气可作为燃料电池、火箭发射、发电等装置的重要清洁燃料。合成气园的概念比一般的多联产系统更为广泛,更接近工业生态科技园工业模式。从图中可见,合成气可直接用作燃气-蒸汽联合循环发电的燃料及城市煤气,还可作为生产氨的

第15卷　第3期2002年9月　《燃　气　轮　机　技　术》

GAS TURBINE TECHNOLOGY

Vo l.15　N o.3

　Sep.,2002

X收稿日期:2001-12-23

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2002AA525012)和国家重点基础研究项目(G1999022302)等资助。

原料并且能进一步合成尿素、醋酸、胺盐等产品。利用合成气合成的甲醇、二甲醚既是重要化工产品的

原料又是公认的清洁燃料。

图1　美国“V ision 21”

多联产系统

图2　Shell “Synga s P ark ”多联产系统

国内学者对生产甲醇的IGCC 多联产系统进行了研究,文献[8]借助动力系统与化工过程系统整合思路来设计构思了并联流程的IGCC 多联产系统。气化炉产生粗煤气被分为两股,其中一股送往IGCC 系统作为燃料,另一股合成气用来作为甲醇生产的原料气。在IGCC 一侧,合成煤气净化后进入燃气轮机燃烧室燃烧。被送往甲醇合成系统的合成煤气要经过CO 转化过程调整H 2/CO 比值后再进入一次通过的甲醇合成工艺过程。联产系统使IGCC 动力系统的热转功效率提高约4个百分点(若化工过程能耗保持不变)。

燃料气化多联产的另一个重要方面是在石化企业中建立独立的IGCC 发电机组(IPP ),燃用化工生产过程得到的廉价的重质渣油、沥青、石油焦或Orimulsion 油既能为化工流程提供合成原料气、同时又能提供化工生产所需的电能和热能,使电能、热能的生产过程与化工过程有机的结合起来,充分利

用劣质燃料使化工产品和电能的成本得以降低[9]。

2　多联产总能系统概念与过程机理分

析

IGCC 多联产是一种多功能的总能系统,它是指在IGCC 系统中完成发电供热等动力功能的同时利用合成煤气生产出甲醇、二甲醚等重要清洁燃料,还可分离出理想的清洁燃料氢气以进一步对CO 2进行有效的分离、回收和利用,使系统既达到高热转功效率、零污染,又能提供清洁能源。值得注意的是,传统的多联产系统把氢气看作副产品,而从多联产总能系统的角度来看,清洁能源则是主要产品和目

标之一。这样,多联产总能系统兼顾了在热转功和生

产氢能与化工产品两方面的优势且重视对CO 2的回收与利用,因而拓展了传统的多联产概念,在范围更广的系统层面的高度上将工程热物理与化学、环境学等有机结合起来,不仅提出开发和利用清洁能源的新方法,而且开拓了协调能源资源利用与环境保护问题(控制温室效应气体等)的新途径。在煤气化多联产系统中,煤经过气化产生合成煤气。经净化处理后的洁净合成煤气中的主要成分为H 2和CO,通过转化反应成为H 2和CO 2,其中CO 2没有被氮气稀释,易采用低成本、低能耗方法来分离与处理。值得注意的是,在一般化工生产过程中未反应气体要多次循环利用以提高回收率,故能耗

大;而多联产系统中转化反应是一次通过,能耗低。原料气送入化工流程用于生产化工产品;而合成煤气或转换后的原料气以及未反应的可燃气体则用于

动力系统。多联产系统除生产化工产品外还可以对外提供洁净燃料H 2和稀有气体Ar 等,具有很好的综合经济效益。总之,多联产总能系统可合理、高效综合地利用煤气化产生的合成煤气中的各种组分,即在最大程度上高效、洁净地利用煤炭资源。合成煤气用于发电则有不同的方式:1直接送入燃气轮机燃烧室实现联合循环发电,即常规的IGCC 的动力岛系统;o从合成煤气中分离出的H 2与纯氧燃烧,组成氢-氧联合循环系统[10];?合成煤气中分离出的H 2用于燃料电池发电装置。燃气轮机联合循环发电系统已经实现了大容量、高效率的商业应用目标,成为发电行业的主力军,但燃烧引起的CO 2和NO X 的排放问题仍然存在。氢-氧联合循环系统不需要透平排气的余热回收装置,消除了在常规联合循环中存在的传热不可逆火用损,效率比相

第3期邓世敏等:IG CC 多联产总能系统

同燃气轮机性能的常规联合循环高且排放的工质是对环境无害的水蒸气。燃料电池通过电化学反应将化学能直接转化为电能,有效地利用了燃料能源的化学火用使非热力学循环与热力循环的有机联合得以实现,故总发电效率非常高。联合循环发电系统供热时的电热比高于蒸汽发电系统的电热比,在相同的能源利用率条件下将提供更多的高品位电能。

IGCC 多联产总能系统结合了热力循环和化学反应过程,不仅把热转功循环从简单热力循环发展到高效的复合循环,而且把燃料能源的物理火用梯级利用和化学火用梯级利用有机地结合起来,使能源与化工等领域渗透综合,开拓了能源利用率与环境保护相结合的新途径。图3是多联产总能系统能量梯级利用的示意图。纵坐标A 表示流动体系任意状态或过程变化的火用变与焓变之比,它是表征能的品位的指标。图中曲线表示卡诺循环效率,曲线以上部分代表燃料的化学火用,阴影部分代表燃料的物理火用。化石燃料经燃烧后其品位从A ch (化学火用)降到A th (物理火用)。对于热力循环而言,其所需的物理火用A th 是一定的。燃气-蒸汽联合循环能够使物理火用A th 达到温度对口、梯级利用。值得指出的是,联合循环能够使燃料物理火用得到有效梯级利用而不能有效利用化学

火用

。所以热力系统中最大的品位损失并非发生在物

理火用的传递与转化过程而是发生在化学火用转化为物理火用的燃烧过程。这一点是开拓新一代动力系统的重点和难点[11～13],

但至今尚未引起足够重视。

图3　多联产系统能的梯级利用基本概念

现以煤基甲醇与动力多联产为例[8]

说明多联产系统化学火用梯级利用机理。煤基甲醇合成过程的反应气是煤气化产生的合成气,反应气中H 2/CO 为

2.7,甲醇合成出口的未反应气体中的H 2/CO 提高到4.9,氢气浓度增加。从品位来看,甲醇的品位为A ch (A ch ≈1),合成气的品位为A 1,氢的品位为A 2

(A 2=0.83),合成气一部分转化为品位更高的甲醇,化学火用从A 1上升到A ch ,另一部分由于氢气浓度

增加则化学火用从A 1降低到A 2。如果合成气直接作为热力循环的燃料则品位损失为(A 1-A ch )。而用甲醇合成后的富含氢气的未反应气体作为燃料,品位损失减少到(A 2-A ch )。这样,合成气的化学火用在高品位区有效利用产出甲醇,实现了反应气体化学火用的梯级利用。因此,煤气化甲醇-发电多联产系统不仅注重了温度对口、梯级利用的物理火用,而且有机地结合了化学火用的梯级利用,突破了传统的复合循环热力系统的概念,体现了领域渗透综合的总能系统创新理念。

多功能总能系统的另一重要优势是具有高度的灵活性。通常,电力系统的负荷随时间和季节的变化十分明显,合理的系统应该具有良好的变负荷特性以适应不同的电力需求。而对于多联产系统而言,动力系统的这一缺陷可以通过化学能的储存方式得以克服。因此,无论在额定负荷或是变负荷情况下,动力与化工联合的多功能系统均可保持较高的热力循环效率,即可达到分产系统无法实现的良好的全工况特性。

3　多联产系统的关键技术

IGCC 多联产总能系统是在IGCC 的基础上发展起来的。IGCC 主要部件的研究开发如大容量、高碳转化率的气化炉、合成煤气的高温净化技术、先进的燃气轮机联合循环发电系统等,也是发展多联产总能系统的关键技术。它比常规的IGCC 系统更复杂、涉及的相关技术科学问题更多,不仅涉及到新技术、新工艺的开发,而且涉及到资源、能源、环境一体化的系统科学以及对能量转换利用机理的探索,其主要的关键技术及其科学问题有以下五方面:

(1)系统整体特性研究及综合优化[14～16]　多联产的复杂性决定了系统综合优化具有很大的潜力,影响IGCC 多联产系统性能的因素很多:系统连接方式(并联型多联产和串联型多联产等)的选取,

发电、供热和化工产品的生产比例,流程参数的确定以及关键设备的优选等。通过理论研究掌握影响系统性能的关键参数,探讨流程设计和参数变化对系统总体特性的影响规律并在此基础上进行系统综合优化研究是研制IGCC 多联产系统的一个关键。传统的优化方法大多滞留在特定流程条件下的逐个参数的优化。这种优化将参数和流程分开,忽略它们之

12 燃气轮机技术第15卷

间的相互影响。目前比较先进的优化方法是流程和参数同步综合优化,更多地考虑流程结构与参数综合和各子系统之间的优化组合。它需要应用超结构概念,建立包括系统结构特性参数的混合整数规划(M IP)模型,通过对M IP模型求解可以达到对系统的流程和参数同步优化的目的。M IP模型通常比较复杂,求解过程计算量大,尤其是混合整数非线性规划(M INLP)模型目前尚无有效解法。因此,这一领域的研究还在不断发展。计算机技术的进步和发展使得运算速度大大提高,为大型、复杂的模型解算提供了条件。但系统整体综合优化仍有困难,需要采取一定的策略,如文献[17]提出的IGCC系统两层次和联合循环两大块交叉迭代的整体综合优化的新思路和新方法。

(2)低成本、低能耗制氧和氢分离技术　在多联产系统的不同阶段需要各种大流量气体的分离,传统气体分离伴随着大量的消耗,从而影响多联产系统的效率与经济性。如制备燃料的气化剂—氧气的空气分离装置(ASU)采用低温冷冻技术和精馏流程使空气液化并分离出氧气。空气和氧气、氮气的压缩要消耗大量的电功率。目前,ASU是IGCC厂用电率偏高的主要原因[18]。膜分离法是根据膜对特定气体的选择性析透的原理实现分离的,其优点是能耗较低可在温和条件下实现分离,可实现连续分离,易于和其它分离过程结合,装置及操作简单,缺点是选择性低,所得氧气纯度低(目前为25%～40%),不适宜直接在大容量分离装置使用。文献[19]提出膜分离法与深冷法结合流程的新型空分系统,空气先通过膜分离器达到一定的纯度后再进入深冷分离装置。由于进入深冷装置的空气中氧气浓度的提高将使空气总量减小,虽然增加了真空泵耗功,但在一定条件下会减少整个空分系统耗功。此外,采用膜反应器(HSM R)从合成煤气中分离出高纯度的H2,成为多联产系统的关键技术。膜分离法利用HSMR对H2渗透而对其它气体不渗透的特性,从经过蒸汽重整后的合成气中把H2分离出来。膜分离有三种方式:可以在高温下运行的陶瓷膜、只能在低的多温度下运行的复合金属物和质子/电子传导陶瓷膜(处于胚胎状态的技术)。HSM R的应用可以降低设备投资,同时节约能耗使H2生产过程的成本大幅度降低。

(3)分离CO2技术[20～23]　采用煤气化和煤气净化可把有害的SO2和N O X等的排放量减少80%～90%以上,但大幅度减少CO2的排放却还无能为力且没有得到应有的重视。温室气体引起的全球变暖是当前也是未来能源和环境协调问题中最引人关注的热点和难点。只有解决了CO2零排放或准零排放问题后,才能真正实现化石燃料的洁净利用。分离CO2的技术难点在于CO2的化学性质稳定,排气中CO2常常被稀释使浓度变得很低、需要处理的量很大,分离过程中伴随着大量的甚至无法承受的能耗。探索研究控制CO2排放的可行途径有五种:1在系统排烟中进行分离和回收CO2;o在燃烧前对燃料气进行处理与分离;?顶置化工生产过程的多联产系统;?燃料气定向转移的多种热转功热力循环联合;?借助热力循环措施。文献[17]提出若干CO2零排放的IGCC系统的设计概念与原则:1分离与处理CO2要在它未被其它气体(氮)稀释时进行以降低由此引起的能耗;o控制CO2排放要从源头抓起,合成煤气进行组分定向转移处理并针对不同燃料组分设计相关热力循环及其CO2控制策略;?通过不同功能系统合理组合使煤气的不同组分得到合理综合利用是提高能源利用率和减少系统的污染排放的另一条有效的途径;?循环创新对控制CO2会带来很大影响,因此,寻求燃烧技术的突破是开拓新循环系统的一个重要方向。设计出由氢燃料热力系统(氢氧联合循环)和含碳燃料热力系统并联组成的新颖的CO2零排放双循环IGCC系统(简称DC-IGCC)。该新系统可以分离处理大部分CO2,而系统效率降低比较小(不到4个百分点)。

(4)能量转换利用过程新机理和系统创新[24,12]

能源动力系统中,能的品位损失最大之处发生在燃烧过程,燃烧过程革新是改善动力系统性能的关键。目前,减少燃烧过程品位损失的方法仅限于提高循环的初温T3以达到提高能量转化效率的目的。如何降低燃烧过程释放侧的品位损失,减少能的释放侧与接受侧之间的品位差是能量释放新机理研究的关键。例如,燃料电池(电化学方法)、无火焰燃烧、部分氧化燃烧等能量释放方法就是以此原理来降低品位损失的。另外,IGCC多联产系统是多技术、多工艺和复杂过程的高度集成,各个生产过程在物质流、能量流、信息流中相互交叉与耦合,其复杂程度远远超过单一产品的生产,同时系统设计的约束条件更多。因此,应注重学科交叉和领域渗透,探索多联产技术发展的新问题,提出新概念、新方案。如空分设备冷火用合理利用与合成煤气分离系统的结合,

第3期邓世敏等:IG CC多联产总能系统

低温热能合理利用与空分工艺的结合,化学反应能量转换过程与热力循环过程的结合等。还有针对多联产系统特点的化工过程的革新问题,如一次通过工艺创新等。所以,从能量转换利用过程新机理和系统创新的思路出发,通过关键技术新突破与系统集成整合,实现优势互补、能量梯级利用和提高综合经济效益与环保特性是IGCC多联产系统发展的科学问题,也是开拓的一个关键。

(5)关键设备和新工艺　1提高大容量气化炉的碳转化率与运行可靠性是气化工艺的主要目标,发展适合于多联产的大容量煤气化装置是又一个关键技术。气流床比流化床和固定床更具有规模容量优势,但气流床的粗煤气温度高,增加了显热回收的难度和成本;水煤浆进料气化的热煤气显热回收损失较大,二段气化工艺(DOW)能显著提高冷煤气效率;开发干粉进料的二段气化工艺可提高气流床气化炉的冷煤气效率。o燃气轮机是动力系统的核心,性能先进的燃气轮机是IGCC多联产系统发展的主要基础。燃气轮机国产化已提到议事日程,通过技术引进和联合攻关发展我国的燃气轮机工业将为IGCC及其多联产系统的推广应用提供支持。?化工产品(甲醇、DM E等)的新工艺流程、新的保护环境的催化剂和催化工程、反应工程。?煤气高温净化技术。煤气高温净化可有效减小显热回收的能量品位损失,同时简化系统、降低设备投资。?其它与多联产系统相关的工艺技术。如H2存储技术、CO2处理和应用、燃料电池技术等。H2的储运和分配是其应用上的瓶颈,我国在碳纳米管和纳米石墨球储H2、超级活性炭吸附储H2、镁基复合材料储H2方面有自己的特色,国际上也处于起步阶段。目前,对分离出来的CO2的处理措施有:海底储存、地下深埋、固态存包、化学合成等。应尽量开辟CO2的应用领域,将CO2作为化工原料可促进植物和海藻的生长,CO2注入深煤层可强化煤层气的开发。先进燃料电池有高温(如固体氧化物SOFC)和低温(质子交换膜PEM-FC)技术之分,前者用于分散式冷热电联供,后者用于车辆[25]。

4　IGCC多联产系统在我国的应用和发展前景

我国是世界上最大的产煤国和煤炭消费国,大约80%的电力、60%的化工原料、72%的工业燃料以及92%的民用燃料都是煤,燃煤引起的污染排放(包括SO X、NO X、CO2和粉尘)问题十分严重。同时,能源的利用和转换效率低,因而在我国研究开发和推广应用洁净煤发电技术、包括IGCC多联产系统技术具有十分重要的意义。根据对化工工业的预测, 2000年我国化肥的需求量为4000万吨,2001年将增加至5000万吨,而合成氨则是氮肥和磷肥的主要原料。因此,发展化肥工业应优先发展合成氨工业。同时据预测,2000年我国甲醇的需求量约为220万吨,2001年的需求量为357万吨,缺口较大。而二甲醚是21世纪最好的燃料,应作为联产系统的重要目标。我国存在的石油供给短缺和石油炼制问题,国内原油产量增长缓慢,而现有的炼油厂只能处理本国的原油。为了能够处理进口原油,我国正在计划建设六个世界级的炼油厂。目前轻质油的利用已经进行了优化,而如何处理原油的重质部分(指“桶底”产品)还没有进行规划。而气化技术为利用这部分重质油提供了很好的途径。电力工业、化工工业和石油工业的需求以及资源、环境、经济协调可持续发展为在我国发展IGCC多联产总能系统提供了广阔前景[26]。

我国已启动了相关的工程项目,如:11985年北京燕山石化总公司委托中国科学院完成“以煤代油三联供系统”预可行性研究。o在上海吴泾焦化厂建立了燃煤的“三联供”工程,将煤气化产生的中热值煤气用于制取合成氨和甲醇等化工产品并向周围城市供应煤气。?山东烟台电厂拟建的一套容量等级为300M W/400M W的IGCC机组。国家计委批准立项后已进行了大量的筹备工作,目前正在编写项目征询书为招、投标做准备。?与Ex xo n公司合资的在福建建立的渣油气化、热电联供的机组正在研究论证。?在山东兖州煤矿建设燃用当地高硫煤的多联产机组也在酝酿之中。

我国在过去的二十多年尤其是通过“八五”、“九五”科技攻关计划中有关IGCC技术的研究,使IGCC的总体技术水平有了很大的提高,在系统特性研究、关键部件开发、示范项目支撑技术掌握和创新技术开拓研究等方面都取得了一定的成果,建立了一批能够进行部件性能实验室研究和工业化前期研究的实验台[27]。同时,结合烟台IGCC示范项目开展了大量的国际合作研究,如与Tex aco公司、Shell公司及亚洲开发银行合作的技术可行性研究,积累了与工程相关的先进技术和经验。IGCC技术研究和示范工程项目的启动为发展相关的多联产总

14 燃气轮机技术第15卷

能系统提供强有力的支撑。同时我国相继引进Tex-aco气化技术14项,分别燃用煤和渣油以生产合成氨、甲醇、醋酸、合成煤气等;引进Shell气化技术4项,分别燃用渣油和煤以生产合成氨。通过这些工程项目的实施取得了大量的设计、制造和运行的经验,从而为进一步应用以煤气化为源头的多联产系统技术奠定了基础。

发展IGCC多联产总能系统可先从某些地区和部门开始起步:一是在煤资源丰富地区进行,作为第一步可以在市场调研的基础上先实施电热、甲醇、合成气联产,积累经验后逐步扩大多联产的内容与目标;二是在加工原油的石化企业进行,建立以原油或高含硫渣油为原料的多联产系统,排除高硫原油炼制所带来的困难,提高石化企业的效益。

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第3期邓世敏等:IG CC多联产总能系统

Total energy system of IGCC polygeneration

DENG Shi-min,LIN Ru-mou,JIN Hong-guang ,GAO Lin,CAI Rui-x ian

(Engineer ing T her mophysics Inst itute o f CA S,Beijing 100080,China)

Abstract :T he study of this paper is ba sed o n integ r atio n of energ y filed and env ir onment field ,a nd co mbinatio n of chemical ex -erg y utilization and phy sical ex er gy utilizat ion.T he resear ch status of IG CC polyg enerat ion to tal ener gy sy stem is co mprehen-sively discussed;the concept and mechanism of po ly gener atio n are intro duced;t he key technolog ies o f system integ ration ar e analy sed ;the fut ur e application and development o f this techno lo gy ar e for ecasted .Key words :IGCC;po ly gener atio n;to tal ener gy system

作者简介

金红光　(1957-),男,中科院工程

热物理所研究员,博导,能源环境部主任,中国工程热物理学会理事,《燃气轮机技术》编辑委员会委员,1999年入选中科院“百人计划”,获国家杰出青年基金,973项目课题负责人。1991年至1999年任日本东京工业大学助研和副教授。在国内外发表论文80余篇。在总能系统热力学理论与化学环境科学交叉领域方面,首次发现了燃烧中一些新的化学环境现象,提出了根本性解决NO X 排放和回收CO 2的新概念,揭示

了能量释放新机理,独创性地发明了具有化学链燃烧反应的新一代能源动力系统,

获美国专利和日本专利。

邓世敏　(1964-

),男,中科院工程

热物理所博士后,教授级高工,中国工程热物理学会能源利用专委会委员,《燃气轮机技术》编辑委员会委员。分别于1985年、1988年和1998年在西安交通大学获得工学学士学位、硕士学位和博士学位。从事并负责过多项国家科技攻关计划项目、国际合作项目和工程设计和现场技术服务等研究任务,在新颖热力循环开拓研究、热力系统分析和优化、联合循环以及IGC C 技术等研究领域进行过许多创新性的研究工作,并

且取得多项成果。在国内外核心期刊和专业会议上发达论文40篇,获得部级科技成果二等奖一项。

(上接第9页)

研究表明:我们也无法获得形式比较简单的E opt,P -的解析解。数值计算表明:E opt,P -

[1]焦树建.燃煤的顶置式CPFBC 燃气-蒸汽联合循环热效率的关

系式[J].燃气轮机技术,1991.(4):1-13.

[2]焦树建.郭志坚.燃煤的顶置式CPFBC 燃气-蒸汽联合循环热

力参数的选择与特性[J ].燃气轮机技术,1991,(4):14-25.[3]焦树建.论第二代PFBC-CC 设计中的若干问题[J].燃气轮机

技术,1995,(3):5-11.

Analytical solutions of some characteristic parameters

in the 2nd generation PFBC -CC Plant

JIAO Shu-jian

(T singhua U niv ersity ,Beijing 100084,China )

Abstract :In this paper ,so me ana ly tical so lutions o f char acter istic paramet ers(such as ther mal efficiency ,pow er r atio and opti-mal pr essur e rat io etc .)in the 2nd gener atio n PF BC -CC plant w er e der iv ed .it is useful for us to understand the perfo rmance and influence effects of var ious paramet ers on this t ype of P FBC-CC in essence.Key words :Combined Cy cle;thermal efficiency ;pressur e r atio ;pressurized fluidized bed

16 燃气轮机技术第15卷

整体煤气化联合循环发电

整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg／N m3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg／Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的1 5%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，利于环境保护。 IGCC具有以下一些突出优点：（1）发电效率高，目前可达45%，继续提高的潜力大。（2）与传统的燃煤方式不同。它能实现98%以上的污染物脱除效率，并可回收高纯度的硫、粉尘和其他污染物在此过程中一并被脱除。（3）用水量小，约为同等容量常规火电机组的三分之一至二分之一。（4）通过采用低成本的燃烧前碳捕捉技术可实现零碳排放。（5）能与其他先进的发电技术如燃料电池等结合，并能形成制氢、化工等多联产系统。气化炉、燃气轮机、空气分离装置和余热锅炉是IGCC关键设备。气化炉方面，我们认为壳牌气化炉具有产气热值高、煤种适应性广、停机维护时间短等特点，将成为未来IGCC 将推广的重要炉型。燃气轮机方面，适应煤气的低热值的燃气轮机将成为首选机型。空气分离装置方面，目前仍以深冷技术为主，未来将有可能在PSA变压吸附空分技术方面有所突破。整体煤气化联合循环发电的分类由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（e ntrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已

基于煤气化过程的余热回收利用系统

基于煤气化过程的余热回收利用系统摘要：煤炭气化是指煤在特定的设备和条件下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有co、h2、ch4等可燃气体和co2、n2等非可燃气体，统称为煤气，且具有很高的温度，需要将其冷却后储存。本文提出用水冷却高温煤气，使水获得热量，再将这部分热水用在开始阶段与煤的的高温反应中，那么就可以大大减少在开始阶段把常温水升温所需要的热量，从而达到节能的效果。关键词：煤气化；余热；回收；循环；节能 abstract: coal gasification is refers to the coal under the condition of a specific device and the organic matter in coal and gasification agent (such as steam/air or oxygen, etc.) in a series of chemical reactions, solid coal can be converted to contain combustible gases such as co, h2, ch4 and co2, the non flammable gas such as n2, collectively known as the gas, and has the very high temperature, needs to be cooled and stored. in this paper, cooling water high temperature gas, make water heat, then this part with hot water and coal at the beginning of the high temperature reaction, it can greatly reduce the room temperature water heating needs at the beginning of heat, so as to achieve energy-saving effect. key words: coal gasification; waste heat; recycling; cycle;

热电厂热力系统计算

热力发电厂课程设计 1.1 设计目的 1. 学习电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则 2. 学习全面性热力系统计算和发电厂主要热经济指标计算的内容、方法 3. 提高计算机绘图、制表、数据处理的能力 1.2 原始资料西安某地区新建热电工程的热负荷包括： 1）工业生产用汽负荷； 2）冬季厂房采暖用汽负荷。西安地区采暖期 101 天，室外采暖计算温度 –5℃，采暖期室外平均温度 1.0℃，工业用汽和采暖用汽热负荷参数均为 0.8MPa 、230℃。通过调查统计得到的近期工业热负荷和采暖热负荷如下表所示： 1.3 计算原始资料（1）锅炉效率根据锅炉类别可取下述数值：锅炉类别链条炉煤粉炉沸腾炉旋风炉循环流化床锅炉锅炉效率 0.72～0.85 0.85～0.90 0.65～ 0.70 0.85 0.85～ 0.90 （2）汽轮机相对内效率、机械效率及发电机效率的常见数值如下：汽轮机额定功率 750～ 6000 12000 ～ 25000 5000 汽轮机相对内效率 0.7～0.8 0.75～ 0.85 0.85～0.87 汽轮机机械效率 0.95～0.98 0.97～ 0.99 ～ 0.99 发电机效率 0.93～0.96 0.96～ 0.97 0.98～0.985 3）热电厂内管道效率，取为 0.96。 4）各种热交换器效率，包括高、低压加热器、除氧器，一般取 0.96～0.98。

5）热交换器端温差，取3～7℃。 2%

6）锅炉排污率，一般不超过下列数值：以化学除盐水或蒸馏水为补给水的供热式电厂以化学软化水为补给水的供热式电厂5% 7）厂内汽水损失，取锅炉蒸发量的3%。 8）主汽门至调节汽门间的压降损失，取蒸汽初压的3%～7%。 9）各种抽汽管道的压降，一般取该级抽汽压力的4%～8%。 10）生水水温，一般取5～20℃。 11）进入凝汽器的蒸汽干度，取0.88～0.95。 12）凝汽器出口凝结水温度，可近似取凝汽器压力下的饱和水温度。 2、原则性热力系统 2.1 设计热负荷和年持续热负荷曲线根据各个用户的用汽参数和汽机供汽参数，逐一将用户负荷折算到热电厂供汽出口，见表2-1 。用户处工业用汽符合总量：采暖期最大为175 t/h, 折算汇总到电厂出口处为166.65 t/h 。 2-1 折算到热电厂出口的工业热负荷，再乘以0.9 的折算系数，得到热电厂设计工业热负荷，再按供热比焓和回水比焓（回水率为零，补水比焓62.8 kJ/kg）计算出供热量，见表2-2。根据设计热负荷，绘制采暖负荷持续曲线和年热负荷持续曲线图，见图2-1 、图2-2。表2-2 热电厂设计热负荷

整体煤气化联合循环发电

整体煤气化联合循环发电（IGCC）简介一整体煤气化联合循环的工作过程整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图：二整体煤气化联合循环的特点 IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经过除尘、脱硫等净化

工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。 IGCC 发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。 1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。 2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC 一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。 3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。 5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。三整体煤气化联合循环的发展 1972年在德国Ltinen酌斯蒂克电站投运了世界上第一个以增压锅炉型燃气一蒸汽联合循环为基础的IGCC电站，该电站的发电功率为170MW，实际达到的供电效率为34%，采用以空气为气化剂的燃煤的固定床式的Lurgi气化炉。显然，这个电站开创了煤在燃气一蒸汽联

煤气化工艺流程

精心整理煤气化工艺流程 1、主要产品生产工艺煤气化是以煤炭为主要原料的综合性大型化工企业，主要工艺围绕着煤的洁净气化、综合利用，形成了以城市煤气为主线联产甲醇的工艺主线。主要产品城市煤气和甲醇。城市燃气是城市公用事业的一项重要基础设施，是城市现代化的重要标志之一，用煤气代替煤炭是提高燃料热能利用率，减少煤烟型大气污染，改善大气质量行之化碳 15%提作用。 2 。净化装置。合成甲醇尾气及变换气混合后，与剩余部分出低温甲醇洗净煤气混合后，进入煤气冷却干燥装置，将露点降至-25℃后，作为合格城市煤气经长输管线送往各用气城市。生产过程中产生的煤气水进入煤气水分离装置，分离出其中的焦油、中油。分离后煤气水去酚回收和氨回收，回收酚氨后的煤气水经污水生化处理装置处理，达标后排放。低温甲醇洗净化装置排出的H2S到硫回收装置回收硫。空分装置提供气化用氧气和全厂公用氮气。仪表空压站为全厂仪表提供合格的仪表空气。小于5mm粉煤，作为锅炉燃料，送至锅炉装置生产蒸汽，产出的蒸汽一部分供工艺装置用汽

，一部分供发电站发电。 3、主要装置工艺流程 3.1备煤装置工艺流程简述备煤工艺流程分为三个系统：（1）原煤破碎筛分贮存系统，汽运原煤至受煤坑经1#、2#、3#皮带转载至筛分楼、经节肢筛、破碎机、驰张筛加工后，6~50mm块煤由7#皮带运至块煤仓，小于6mm末煤经6#、11#皮带近至末煤仓。缓可能周期性地加至气化炉中。当煤锁法兰温度超过350℃时，气化炉将联锁停车，这种情况仅发生在供煤短缺时。在供煤短缺时，气化炉应在煤锁法兰温度到停车温度之前手动停车。气化炉：鲁奇加压气化炉可归入移动床气化炉，并配有旋转炉篦排灰装置。气化炉为双层压力容器，内表层为水夹套，外表面为承压壁，在正常情况下，外表面设计压力为3600KPa（g），内夹套与气化炉之间压差只有50KPa（g）。在正常操作下，中压锅炉给水冷却气化炉壁，并产生中压饱和蒸汽经夹套蒸汽气液分离器1

热电厂供热系统故障应急预案

热电厂供热系统故障应急预案 1总则 1.1编制目的为及时、有效地处理供热系统故障，避免或减少因供热系统故障带来的不良影响，确保安全、可靠、持续供热，特制订本应急预案。 1.2编制依据《中华人民共和国突发事件应对法》（主席令第六十九号）《电力安全事故应急处置和调查处理条例》（国务院599 号令）《关于印发《电力突发事件应急演练导则（试行）》等文件的通知》（电监安全[2009]22 号）《关于印发《电力企业应急预案管理办法》的通知》电监安全【2009】61 号 1.3适用范围本应急预案适用于xxx 热电厂。 2故障类型和危害程度分析 2.1供热系统故障定义是指因热电联产机组或所辖热网系统发生故障，导致供热质量降低或供热中断，影响到用户的正常生产与生活，带来不良影响。 2.2本厂供热系统概况：供热机组概况：包括机组型号、供热介质（热水、蒸汽），设计参数（温度、压力）等内容。供热系统主管道分布：包括管网敷设图、管网材质、敷设方式、防腐、保温型式、补偿类型和方式、管网分段和分支阀门的类型和连接方式、热力站系统和其它设备情况等。本企业负责管辖的范围及危险点分析：主要指与地区供热公司的设备划分，危险点分析包括阀门渗漏、补偿器腐蚀破坏、支架锈蚀、易损管段等内容。 2.3故障类型及现象分析： 2.3.1供热机组设备故障，导致供热汽源中断或不能满足热网需求。 2.3.2燃料中断或燃煤质量恶化，导致供热机组出力严重不足或被迫停运。 2.3.3厂用电中断或全厂失电，导致供热机组、热力站系统不能正常运行。 2.3.4热网主管道、主设备损坏无法在10 小时内修复，使整个热网系统退出运行。 2.4预警级别和信息发布：Ⅰ级预警：供热机组因全厂停电、厂用电中断、燃料中断、火灾事故、重大

煤气化技术及其工业应用

煤气化技术及其工业应用摘要：我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来，煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位，以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低，能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。以煤气化为基础的能源及化工系统，不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放，而且能生产液体燃料和氢气等能源产品，有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。 1煤气化工艺概述煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一，它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率，降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料，氧气(空气、富氧、纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为煤气的热化学加工过程。目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的，因此必须给气化炉供给足够的热量，才能保持煤气化过程的连续进行。煤气化根据供热原理大致可分为3种：（1）热分解(约500-1000℃)：加热使煤放出挥发分，再由挥发分得到焦油和燃气(CO、CO2、H2、CH4)，必须由外部供热，残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用；（2）部分燃烧气化(约900-1600℃)：煤在氧气中部分燃烧产生高温，并加入气化剂(H2O、CO2等)，产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分；

锅炉效率计算

单位时间内锅炉有效利用热量占锅炉输入热量的百分比，或相应于每千克燃料(固体和液体燃料)，或每标准立方米(气体燃料)所对应的输入热量中有效利用热量所占百分比为锅炉热效率，是锅炉的重要技术经济指标，它表明锅炉设备的完善程度和运行管理水平。锅炉的热效率的测定和计算通常有以下两种方法： 1．正平衡法用被锅炉利用的热量与燃料所能放出的全部热量之比来计算热效率的方法叫正平衡法，又叫直接测量法。正平衡热效率的计算公式可用下式表示：热效率＝有效利用热量/燃料所能放出的全部热量*100％＝锅炉蒸发量*（蒸汽焓－给水焓）/燃料消耗量*燃料低位发热量*100％式中锅炉蒸发量——实际测定，kg/h；蒸汽焓——由表焓熵图查得，kJ／kg；给水焓——由焓熵图查得，kJ／kg；燃料消耗量——实际测出，kg/h；燃料低位发热量——实际测出，kJ／kg。上述热效率公式没有考虑蒸汽湿度、排污量及耗汽量的影响，适用于小型蒸汽锅炉热效率的粗略计算。从上述热效率计算公式可以看出，正平衡试验只能求出锅炉的热效率，而不能得出各项热损失。因此，通过正平衡试验只能了解锅炉的蒸发量大小和热效率的高低，不能找出原因，无法提出改进的措施。 2．反平衡法通过测定和计算锅炉各项热量损失，以求得热效率的方法叫反平衡法，又叫间接测量法。此法有利于对锅炉进行全面的分析，找出影响热效率的各种因素，提出提高热效率的途径。反平衡热效率可用下列公式计算。热效率＝100％－各项热损失的百分比之和＝100％－q2－q3－q4－q5－q6 式中q2——排烟热损失，％； q3——气体未完全燃烧热损失，％； q4——固体未完全燃烧热损失，％； q5——散热损失，％； q6——灰渣物理热损失，％。大多时候采用反平衡计算，找出影响热效率的主因，予以解决。

整体煤气化联合循环发电技术

整体煤气化联合循环发电简介整体煤气化联合循环（IGCC- Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。 IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45%，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站的-，利于环境保护。分类及作用 IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（entrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说，对气化炉及煤气的净化系统的要求

几种常用煤气化技术的优缺点

几种煤气化技术介绍煤气化技术发展迅猛，种类很多，目前在国内应用的主要有：传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等，下别分别加以介绍。一 Texaco水煤浆加压气化技术德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后，发展迅速，目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行，在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：将煤、石灰石（助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔，冷却除尘后进入CO变换工序，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。其优点如下：（1）适用于加压下（中、高压）气化，成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。在较高气化压力下，可以降低合成气压缩能耗。（2）气化炉进料稳定，由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力容易得到保证。便于气化炉的负荷调节，使装置具有较大的操作弹性。（3）工艺技术成熟可靠，设备国产化率高。同等生产规模，装置投资少。该技术的缺点是：（1）由于气化炉采用的是热壁，为延长耐火衬里的使用寿命，煤的灰熔点尽可能的低，通常要求不大于1300℃。对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须添加一定量的助熔剂，这样就降低了煤浆的有效浓度，增加了煤耗和氧耗，降低了生产的经济效益。而且，煤种的选择面也受到了限制，不能实现原料采购本地化。（2）烧嘴的使用寿命短，停车更换烧嘴频繁（一般45～60天更换一次），为稳定后工序生产必须设置备用炉。无形中就增加了建设投资。（3）一般一年至一年半更换一次炉内耐火砖。二多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术该技术由华东理工大学洁净煤技术研究所于遵宏教授带领的科研团队，经过20多年的研究，和兖矿集团有限公司合作，成功开发的具有完全自主知识产权、国际首创的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，并成功地实现了产业化，拥有近20项发明专利和实用新型专利。目前在山东德州和鲁南均有工业化装置成功运行。

发电厂热力设备及系统

发电厂热力设备及系统 07623班参考资料 :锅炉设备及系统 1有关锅炉的组成（本体、辅助设备）锅炉包括燃烧设备和传热设备；由炉膛、烟道、汽水系统以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为锅炉本体；供给空气的送风机、排除烟气的引风机、煤粉制备系统、给水设备和除灰除尘设备等一系列设备为辅助设备。 2 A燃料的组成成份化学分析：碳（C）、氢（H ）、氧（0）、氮（N ）、硫（S）五种元素和水分（M ）、灰分（A）两种成分。 B水分、硫分对工作的影响；硫分对锅炉工作的影响：硫燃烧后形成的SO3和部分SO2,与烟气中的蒸汽相遇，能形成硫酸和亚硫酸蒸汽，并在锅炉低温受热面等处凝结，从而腐蚀金属；含黄铁矿硫的煤较硬，破碎时要消耗更多的电能，并加剧磨煤机的磨损。水分对锅炉工作的危害：（1）降低发热量（2）阻碍着火及燃烧（3）影响煤的磨制及煤粉的输送（4）烟气流过低温受热面产生堵灰及低温腐蚀。 C水分、灰分、挥发分的概念：水分：由外部水和内部水组成；外部水分，即煤由于自然干燥所失去的水分，又叫表面水分。失去表面水分后的煤中水分称为内部水分，也叫固有水分。挥发分：将固体燃料在与空气隔绝的情况下加热至850摄氏度，则水分首先被蒸发出来，继续加热就会从燃料中逸出一部分气态物质，包括碳氢化合物、氢、氧、氮、挥发性硫和一氧化碳等气体。灰分：煤中含有不能燃烧的矿物杂质，它们在煤完全燃烧后形成灰分。 D挥发分对锅炉的影响：燃料挥发分的高低对对燃烧过程有很大影响。挥发分高的煤非但容易着火，燃烧比较稳定，而且也易于燃烧安全；挥发分低的煤，燃烧不够稳定，如不采取必要的措施来改善燃烧条件，通常很难使燃烧安全。 E燃料发热量：发热量是单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。煤的发热量分为高位发热量和低位发热量。1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量称为高位发热量；从高位发热量中扣除烟气中水蒸气汽化潜热后，称为燃料的低位发热量。 F标准煤：假设其收到基低位发热量等于29270kj/kg的煤。（书88页） G灰的性质：固态排渣煤粉炉中，火焰中心气温高达1400~1600摄氏度。在这样的高温下，燃料燃烧后灰分多呈现融化或软化状态，随烟气一起运动的灰渣粒，由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起冷却下来。如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙以前已经因温度降低而凝结下来，那么它们附着到受热面管壁上时，将形成一层疏松的灰层，运行中通过吹灰很容易将它们除掉，从而保持受热面的清洁。若渣粒以液体或半液体粘附在受热面管壁或炉墙上，将形成一层紧密的灰渣层，即为结渣。 H灰分对锅炉工作的危害：（1）降低发热量（2）阻碍着火及燃烧（3）烟气携带飞灰流过受热面产生结渣、积灰、磨损、腐蚀等有害现象。 3热平衡：输入锅炉的热量=有效利用热量（输出锅炉的热量）+未完全燃烧的热损失+其它热损失

整体煤气化联合循环IGCC发电系统性能计算与分析

整体煤气化联合循环(I GCC)发电系统性能计算与分析白玉峰 (安徽华能巢湖发电有限公司,安徽巢湖230000) 摘　要:针对整体煤气化联合循环(I GCC )发电系统在技术、经济、环保综合性能上具有较大的优势,阐述了 I GCC 发电系统分类,对4种采用空气气化型的I GCC 发电系统进行了性能计算和参数分析,得到了供电效率与燃气轮机压比、入口温度之间的关系。关键词:I GCC;煤气化;发电系统;性能分析中图分类号:TK227.1 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2006)04-03 Perfor mance calcul ati on and analysis of I GCC power generati on syste m BA I Yufeng (Chaohu Power Generati on Cor porati on of China Huaneng Gr oup,Chaohu 230000,China ) Abstract:I ntegrated gasificati on combined circulati on (I GCC )power generati on syste m has many advantages in s ome as pects,such as in technol ogy,economy,envir onment p r otecti on and s o on,the paper intr oduced t o its classificati ons,and the perf or mance calculati on and para meter analysis of f our kinds of I GCC po wer genera 2ti on syste m with air gasificati on type were done,and the relati onshi p bet w een efficiency of power supp ly and inlet te mperature of gas turbine was gained . Key words:integrated gasificati on combined circulati on (I GCC );coal gasificati on;power generati on syste m;perfor mance analysis 目前,整体煤气化联合循环(I GCC )燃煤发电系统效率高、污染小,是一种洁净、高效的燃煤发电技术[1-3] 。下面对不同型式的I GCC 发电系统进行分类和分析,并对四种不同型式的空气气化的I GCC 发电系统进行性能计算和参数分析。图1　氧气气化的I GCC 系统图2　空气气化的I GCC 系统 1　整体煤气化联合循环(I GCC )系统的分类根据I GCC 系统气化炉型式和粗煤气净化系统不同可以分为不同的型式。当I GCC 系统采用收稿日期:2006-05-23 作者简介:白玉峰(1969-),男,1995年毕业于上海电力学院热能动力工程专业,硕士学位。 — 152—第28卷　第4期黑龙江电力 2006年8月

火力发电厂热效率计算

火力发电厂火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。热电厂经济指标释义与计算 1.发电量:电能生产数量的指针。即发电机组产出的有功电能数量。计算单位：万千瓦时（1×104kwh） 2．供电量:发电厂实际向外供出电量的总和。即出线有功电量总和。计算单位：万千瓦时（1×104kwh） 3．厂用电量:厂用电量＝发电量－供电量单位：万千瓦时（1×104kwh） 4．供热量:热电厂发电同时，对外供出的蒸汽或热水的热量。计量单位：GJ 5.平均负荷:计算期内瞬间负荷的平均值。计量单位：MW 6．燃料的发热量:单位量的燃料完全燃烧后所放出的热量成为燃料的发热量，亦称热值。计算单位：KJ/Kg。 7.燃料的低位发热量:单位量燃料的最大可能发热量（包括燃烧生成的水蒸气凝结成水所放出的汽化热）扣除水蒸汽的汽化热后的发热量。计量单位：KJ/Kg。 8.原煤与标准煤的折算总和能耗计算通则（GB2589-81）中规定：低位发热量等于29271kj （7000大卡）的固体燃料，称为1kg标准煤。标准煤是指低位发热量为29271kj/kg的煤。不同发热量下的耗煤量（原煤耗）均可以折算为标准耗煤量，计算公式如下：标准煤耗量（T）＝原煤耗量x原煤平均低位发热量/标准煤低位发热量＝原煤耗量x原煤平均低位发热量/29271 9．燃油与标准煤、原煤的换算低位发热量等于41816kj（10000大卡）的液体燃料，称为

建筑给排水系统图识图报告.docx

⒈给排水系统设计说明简要在此套施工图中，设计人员共绘制有8 张。本工程设计有生活给水系统、消防给水系统、排水系统。生活给水系统每层横支管PP― R 管，热熔连接，规格 DN，其余采用衬塑镀锌管，规格 De 螺纹丝扣连接。消防水系统采用非镀锌钢焊接管，焊接，设附件处采用法兰连接；排水系统采用立管采用内螺旋UPVC管，其余采用UPVC管，胶黏剂粘结。 ⒉．看平面图，查明建筑物情况及主要用水房间这是一幢六层的教学楼，主要用水房间为男女卫生间。其中，男厕开间为,进深为 4m；女厕开间为，进深为4m。走廊宽为2800mm, 长度为 52000mm 。 ⒊看平面图，查明卫生器具，给水排水系统。消防设备的类型、数量、安装位置、定位尺寸等本图中每层有两个卫生间，统一布置在楼层的东侧。一六～层每层男女卫生间布置蹲式大便器共 13 套（其中男厕7 套，女厕 6 套），地漏 3 个，小便槽1套，盥洗台 1 套，污水池2套。卫生间的大便器分别沿轴线○○○ 12右侧和 13右侧和 14 左侧布置，大便器间距为 900mm ；小 ○ 左侧布置，盥洗台、男女卫生间污水池旁均设一地漏。便槽沿轴线 13 每层盥洗台设 3 个洗脸盘，每套盥洗台共设 1 个水头；两个污水池各设置一个水龙头。一～六层消火栓箱，一楼布置 3 个，其余各楼层布置 4 个。 ⒋识读室内给水设备识读时，主要识读给水系统的形式、管路的组成、平面位置、标高、走向和敷设方式。查明管道、阀门及附件的管径、规格、型号、数量及其安装要求。 1）生活给水系统生活给水系统供给每层盥洗台，及污水池的用水，采用直接给水方式，下行上给式布置形式，给水管管径为DN65，由东向西穿越地轴线进入建筑物，管道埋深﹣，进户登高至﹣后，分成两路。路折向北与JL－ 2 连接，另一路继续向西与JL－ 1 连接。 JL－1、 JL－2 自地下出地面后，在标高处设置一个DN65 的蝶阀。在各层地面以上处设置

整体煤气化联合循环IGCC

整体煤气化联合循环发电（IGCC）目录一、整体煤气化联合循环的工作过程………………………… 二、整体煤气化联合循环的特点……………………………… 三、整体煤气化联合循环的发展……………………………… 四、在整体煤气化联合循环的主要设备……………………… 五、整体煤气化联合循环的发展趋势………………………… 六、对我国发展IGCC技术的若干启示………………………

一、整体煤气化联合循环的工作过程整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图：二、整体煤气化联合循环的特点 IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经

过除尘、脱硫等净化工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。 IGCC发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。 1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。 2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。 3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。 5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。三、整体煤气化联合循环的发展

煤气化技术方案比较及选择

煤气化技术方案比较及选择何正兆，宫经德，郑振安，汪寿建（五环科技股份有限公司，湖北武汉 430079） 2005-09-16 1 煤气化技术概述以煤为原料生产合成气，国内过去常用常压固定层气化炉。该工艺虽然技术成熟可靠，设备全部国产化，投资较省，但能耗高、煤质要求高，需用无烟块煤或焦炭，资源利用率低，而且是常压操作，生产强度小，操作时“三废”排放量大，对环境污染比较严重，显然与国外煤气化技术相比，存在较大差距。多年以前，国内研究部门也曾开发过以粉煤为原料的K－T炉和熔渣炉，并在常压固定层气化炉中采用富氧连续气化的工艺，以及近年开发的恩德粉煤气化炉和灰熔聚气化炉等，因种种原因这些技术尚未达到大型工业化装置推广的程度。早在20世纪初煤气化技术在国外已实现工业化，50年代后因天然气、石油大量开发，煤气化技术发展一度停止不前。 20世纪70年代，国际上出现能源危机，发达国家出于对石油天然气供应紧张的担忧，纷纷把煤气化技术作为替代能源技术重新提到议事日程，并加快了对煤气化新工艺的研究。近二十年来，国外很多公司为了提高燃煤电厂热效率，减少对环境的污染，对煤气化联合循环发电技术进行了大量的开发研究工作，促进了煤气化技术的发展。目前已成功开发了对煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、对环境污染少的新一代煤气化工艺。其中具有代表性的有荷兰壳牌（SHELL）公司的干煤粉气化工艺、美国GE公司的水煤浆气化工艺［原称德士古（TEXACO）水煤浆气化工艺］、美国DYNEGY 公司的DESTEC气化工艺、德国KRUPP UHDE公司的PRENFLO工艺（加压K－T法）及德国鲁奇（LURGI）工艺。其中DESTEC气化工艺与GE 工艺相近，但其业绩及经验不如GE；PRENFLO工艺的工艺指标较好，但目前仅有一套示范装置，生产操作经验较少；鲁奇（LURGI）工艺虽然工业装置较多，生产操作经验也比较丰富，但由于煤气中CH4含量高，有效成分（CO+H2）含量低，且煤气中焦油及酚含量高，污水处理复杂，不宜用来生产合成氨和甲醇的原料气。目前国际上技术比较成熟、工艺指标比较先进、业绩较多的主要是SHELL 公司干煤粉气化工艺和GE的水煤浆气化工艺，两者均为加压纯氧气流床液态排渣的气化工艺。SHELL公司在渣油气化技术取得工业化成功经验的基础上，于1972年开始从事煤气化技术的研究。1978年第一套中试装置在德国汉堡建成并投入运行；1987年在美国休斯敦附近建成的日投煤量250～400t的示范装置投产；日投煤量2000t 的大型气化装置于1993年在荷兰的Buggenum建成投产（Demkolec电厂），用于联合循环发电，该气化装置为单系列操作，装置的开工率在95%以上。生产实践证明，SHELL煤气化工艺是先进成熟可靠的。目前该技术在国内推广比较迅速。 GE（TEXACO）公司很早就开发了以天然气和重油为原料生产合成气技术，20世纪70年代的石油危机促进其寻找替代能源和洁净的煤气化技术，经多年研究以后，推出了水煤浆气化工艺。该工艺技术自引进中国以来已有山东鲁南、上海焦化、陕西渭河、安徽淮化四套装置投运，最长的已有10年生产操作经验。基本运行良好，显示了水煤浆气化的先进性，但使用该项技术所建的生产装置，要达到长周期满负荷运行，尚较困难，特别是对煤种的选择性限制了其发展。 2 SHELL和GE两种煤气化技术的主要特点 SHELL煤气化工艺与GE水煤浆气化工艺，是当前先进而又成熟的两种煤气化技术，已成功地在工业上应用多年。两种气化工艺对比分析如下。 2.1 原料的适应性 SHELL煤气化是洁净的煤气化工艺，可以使用褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤等煤种以及石油焦为原料，也可使用两种煤掺合的混煤。并可气化高灰分（5.7%～24.5%，最高35%）、高水分（4.5%～30.7%）和高硫分的劣质煤。对于原料煤和燃料煤价差较大的地区有可能使其

热效率计算

1.“热得快”是一种插在保温瓶中烧开水的家用电器，你利用课内学过的仪器，设计一个测定“220V 1000W”“热得快”的热效率的方案，要求：（1）写出所需器材、测量步骤及操作中为了减小误差而需注意的事项；（2）用字母代表物理量，写计算“热得快”热效率的公式．（设测量时照明电路电压为220伏）考点：能量利用效率．专题：实验题；简答题；设计与制作题．分析：要解决此题，需要知道“热得快”的热效率是热得快有效利用的热量与所消耗电能的比值．有效利用的热量是水吸收的热量，要掌握热量的计算公式Q=cm△t，同时要知道消耗的电能的计算公式W=Pt．根据所需测量的物理量选择合适的工具．根据热效率的概念得出热效率的计算公式．解答：解：（1）需要用热得快加热水，所以要用到水，为了减少热量的散热损失，需要用到保温瓶．根据公式Q=cm△t，要用温度计测量温度，用天平测量水的质量．根据公式W=Pt，还要用手表测量加热所用的时间．用到器材：水、保温瓶、湿度计、手表．测量步骤：①用天平测出一质量为m的水，装入保温瓶；②用温度计测出水的初温t0；③开始加热，同时计时；④经过一定时间t1后，测出水的末温t；⑤利用效率的公式代入数据求出“热的快”的效率． 2.（2008?宜昌）电磁炉是一种新型灶具，如图所示是电磁炉的原理图：炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时会产生磁场，这个变化的磁场又会引起电磁炉上面的铁质锅底内产生感应电流（即涡流），涡流使锅体铁分子高速无规则热运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而迅速使锅体及食物的温度升高．所以电磁炉煮食的热源来自于锅具本身而不是电磁炉本身发热传导给锅具，它是完全区别于传统的靠热传导来加热食物的厨具．请问：（1）电磁炉与普通的电炉相比，谁的热效率更高？为什么？（2）某同学用功率为2000W的电磁炉，将1㎏初温为25℃的水加热到100℃，需要的时间为2分55秒，则消耗的电能是多少？电磁炉的热效率是多少？（水的比热容为4.2×103J/（kg?℃））考点：能量利用效率；热量的计算；电功的计算．专题：计算题；应用题；信息给予题；推理法．分析：（1）电磁炉煮食的热源来自于锅具本身而不是电磁炉本身发热传导给锅具，它是完全区别于传统的靠热传导来加热食物的厨具，热散失少，电磁炉的热效率更高；（2）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量（有用能量）；知道电磁炉的电功率和加热时间，利用W=Pt求消耗的电能（总能量），再利用效率公式求电磁炉的热效率．解：（1）因为电磁炉是利用锅体本身发热来加热食物，没有炉具向锅体传热的过程，热散失少，所以电磁炉的热效率更高；（2）加热水消耗的电能：答：（1）电磁炉与普通的电炉相比，电磁炉的热效率更高；（2）消耗的电能是3.5×105J，电磁炉的热效率是90%． W=Pt=2000W×175s=3.5×105J，水吸收的热量： Q吸=cm水△t =4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃-25℃） =3.15×105J， 3、电热沐浴器的额定电压为220V,水箱里装有50㎏的水,正常通电50min,观察到沐浴器上温度示数由20℃上升到46.4℃.求: （1）在加热过程中,水吸收的热量是多少?【C水=4.2×103J/（Kg·℃）】（2）若沐浴器内的发热电阻产生的热量由84℅被水吸收,那么发热电阻的阻值多大?工作电路的电流多大? （3）请你说出热损失的一个原因,并提出减小热损失的相关建议.