科技成果——煤气化多联产燃气轮机发电技术
燃气轮机发电技术
贫燃料预混燃烧的主要问题
燃烧的稳定性、燃料的适应性和变负荷范围。必 须认识到，为了降低燃烧温度、减少NOx的生成，燃/ 空比被减少到接近熄火点的程度，这会严重影响燃烧 的稳定性。
燃气轮机的技术特点
燃烧不稳定引起的后果
当DLN燃烧调整不当引起燃烧振荡时，轻则引起机组跳机， 严重时会损坏燃机昂贵的热通道部件，或者缩短热通道部件的维 护周期。
燃气轮机的技术特点
控制燃气轮机NOx排放的方法：
注水或蒸汽 LHE火焰筒 干式低NOx燃烧器 催化燃烧 CLN方法 SCR方法 SCONOx方法
燃气轮机的技术特点
注水或蒸汽降低NOx
燃气轮机的技术特点
干式低 NOx 技术（DLN: Dry Low NOx）
采用空气替代蒸汽或水作为稀释剂，在燃料进入燃烧区域前， 与过量空气预先均匀混合，然后进入燃烧区域燃烧，从而达 到控制燃烧温度目的的燃烧技术。 是一种预混燃烧技术
目前比较成熟的控制燃机NOx排放 技术是 DLN 技术、常规 SCR 技术和
注水/蒸汽技术，三种技术各有优
缺点和适用范围。从技术的先进 性、运行成本、实际运行等情况
来看，燃气轮机应优先考虑采用
DLN技术控制NOx排放。
燃机辅助系统
进气系统
燃机辅助系统
排气系统
燃机辅助系统
燃油系统 燃气轮机控制油模块系统
能源的优化和综合利用技术：压气机、透平、叶型、燃烧、材料、 涂层、热部件的冷却，以及机械结构、制造工艺和控制技术的优 化 发展IGCC技术（煤气化联合循环发电技术） 分布式冷热电联供领域中燃气轮机的应用。
IGCC技术
IGCC（Integrated Gasification Combine Cycle）整 体煤气化联合循环发电系统——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。 IGCC由两大部分组成——煤的气化与净化部分和燃气蒸汽联合循环发电部分。
煤炭清洁利用技术探讨
煤炭清洁利用技术探讨随着人口的增长和工业发展的不断推进，能源需求也在持续增加。
然而，由于传统燃煤方式带来的环境问题，如大气污染和温室气体排放，煤炭清洁利用技术变得尤为重要。
本文将从不同的角度探讨煤炭清洁利用技术，包括煤气化、燃煤发电技术改进、煤炭中的高附加值产品开发等。
一、煤气化技术煤气化是将煤转化为合成气的过程。
合成气中主要包含一氧化碳（CO）和氢气（H2），可用于产生电力、燃料、化工原料等。
煤气化技术具有高效能转化、灵活性强等优点。
1. 煤气化过程煤气化过程由煤炭的预处理、气化反应和合成气的净化等环节组成。
首先，通过粉碎、干燥和脱灰处理等，将煤炭制备成适合气化的颗粒；然后，利用适当的气化剂（如空气、氧气、水蒸气等）进行气化反应，将煤炭转化为合成气；最后，通过净化过程，去除合成气中的杂质，使其达到应用要求。
2. 煤气化应用领域煤气化技术广泛应用于燃料、化工和电力等领域。
在燃料方面，合成气可以被用作煤制天然气、燃烧炉料或直接用于汽车燃料电池。
在化工方面，合成气可用于合成甲醇、合成氨等化工原料。
在电力方面，合成气可用于燃气轮机发电或用于直接还原精铁等。
二、燃煤发电技术改进燃煤发电是目前全球最主要的电力来源，而燃煤排放的二氧化碳和颗粒物等对环境造成严重影响。
因此，改进燃煤发电技术是实现煤炭清洁利用的重要途径。
1. 超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术是一种高效、低排放的电力发生方式。
通过提高燃烧温度和压力，使煤炭燃烧更充分、更高效，并减少氮氧化物和颗粒物等有害物质的排放。
2. 脱硫和脱硝技术脱硫技术用于去除煤炭燃烧产生的二氧化硫，而脱硝技术则用于减少燃煤发电过程中产生的氮氧化物排放。
当前常用的脱硫技术包括湿法脱硫和石膏脱水等方法，而脱硝技术主要有选择性催化还原和选择性非催化还原等。
三、煤炭中的高附加值产品开发除了燃煤和气化之外，煤炭还可作为原料生产各种高附加值产品，如化工品、炭黑和液化燃料等。
这类技术不仅能够提高煤炭的利用价值，还有利于减少燃烧带来的环境问题。
煤的多联产
Rayest
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煤的多联产：各种煤炭资 源+不同的技术部门的不 同工艺流程+得到各种能 源和化工产品，是一个联 合诸多因素以充分利用煤 炭资源的过程
煤气化多联产示意图
2014-3-27
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• 煤是一种复杂的混合物，作为单一用途来利用会造成很大浪费，效率 很低，污染环境。所以，如果能把以煤为资源的多个生产工艺作为一 个整体考虑，即煤的多联产，从整体利用的角度，分级转化，分级利 用，实现煤炭高效低污染利用，可以更好地解决资源与环境问题。
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国外主要有气化燃烧技术与联合循环发电相结合的燃煤发电技术。如： 美国Foster Wheeler公司开发的第二代增压循环流化床联合循环（2G以煤部分气化为基础 PFBC或称 APFBC）； 的热电气多联产技术 英国Babcock公司开发的空气气化循环（ABGC） 日本设计的第二代增压流化床联合循环（ APFBC）和增压内部循环流 以煤完全气化为基础 化床联合循环（ PICFG）等 的热电气多联产技术 国内：浙江大学、中国科学院山西煤炭化学研究所和东南大学分别对 常压气化燃烧、加压气化常压燃烧和常压气化加压燃烧集成利用技术进 行了研究开发，完成了系统的试验验证工作。并且取得了不少成果
2014-3-27
以煤热解为基础的多联产技术
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A
以煤热解为基础 的多联产技术
该技术集煤热解、气化和燃烧分级转化于一体，同 哈 时产生热、电和煤气，方案结构简单
该技术目前主要有： ①以流化床煤热解为基础的热电气多联产技术 ②以移动床煤热解为基础的热电气多联产技术 ③以焦热载体煤热解为基础的热电气多联产技术
整体煤气化联合循环发电系统基本工艺过程
整体煤气化联合循环发电系统基本工艺过程整体煤气化联合循环发电系统（IGCC：Integrated Gasification Combined Cycle）是一种先进的洁净煤发电技术。
这项技术通过煤气化产生合成气（主要为一氧化碳和氢气），再利用这些气体推动燃气轮机和蒸汽轮机联合发电。
IGCC不仅效率高，而且排放低，尤其是硫、氮和颗粒物的排放远低于传统的燃煤电厂。
以下是IGCC系统的基本工艺过程的详细描述。
1. 煤的预处理首先，原煤经过破碎和筛分，去除其中的石块、金属等杂质，得到适当粒度的煤粉。
预处理还包括可能的煤干燥过程，以降低煤中的水分含量，提高后续气化过程的效率。
此外，为了提高气化效率和减少气化炉的结渣，有些IGCC电厂还会对煤进行预处理，如添加助熔剂或进行部分氧化。
2. 煤气化预处理后的煤粉与气化剂（通常是氧气、二氧化碳或水蒸气的混合物）在气化炉中高温（通常超过1300℃）下进行气化反应。
在气化过程中，煤中的碳与气化剂反应生成一氧化碳、氢气和少量甲烷等可燃气体，这些气体被称为合成气或煤气。
气化炉内还会产生一些熔渣，这些渣通过炉底的排渣系统排出。
3. 煤气净化从气化炉出来的粗煤气含有飞灰、未反应完全的碳、硫化物、氯化物等杂质。
这些杂质不仅影响后续燃气轮机的运行，还可能造成环境污染。
因此，需要对粗煤气进行净化处理。
净化过程通常包括除尘、脱硫、脱氯和可能的碳氢化合物调整等步骤。
净化后的煤气应满足燃气轮机对气体燃料的要求。
4. 燃气轮机发电净化后的煤气进入燃气轮机燃烧室，与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
这些燃气推动燃气轮机的涡轮叶片旋转，进而带动发电机发电。
燃气轮机发电是IGCC系统中的第一个发电环节，其效率通常较高。
5. 余热回收与蒸汽轮机发电燃气轮机排出的烟气温度仍然很高，为了充分利用这部分热量，IGCC系统通常配备有余热回收装置，如余热锅炉。
在余热锅炉中，烟气将热量传递给水，产生高温高压的蒸汽。
IGCC
常温脱硫一般采用MDEA 脱硫工艺。煤中的硫份 在气化炉中部分转化成硫化物(主要是H2S 和少量 的COS) 留在粗煤气里。粗煤气逐步冷却至40 ℃ 左右进入常温脱硫装置,脱硫吸收剂尽可能地吸收 煤气中的H2S 成为富液,富液经解吸释放H2S ,再 生出的吸收剂循环使用,分离出的H2S 输送到其后 的Claus 硫回收装置中生成元素硫,硫磺纯度在99 %以上。回收副产品硫磺可以提高综合利用效益。 如果采用COS 水解装置把COS 转化成H2S ,脱硫 率可进一步提高到98 %以上。
煤的气化
通常是指在气化剂的参与下,在一定的温度 和压力条件下,把煤炭转化成可燃气体的过 程。现IGCC 中有的采用空气或空气—水蒸 气混合气体为气化剂,气化产物为低热值煤 气;有的采用氧气或富氧气体为气化剂,气化 产物为中热值煤气。煤在气化炉中燃烧,产 生的高温用来切断煤中的高分子化学键,使 其与气化剂反应,生成含有CO、H2 、CH4 等可燃气体的合成煤气。
Gasification
Syngas
N2,Ar
High Tem. Clean up
Байду номын сангаас
NG
Commercial building residential IGCC or GCC
Coal
Heat/power/cool cogeneration
petroleum coke and residue Steam
多联产: 具有发展前途的综合解 决方案
多联产
有助于缓解能源总量要求：联合生产多种产品， 效率提高可以减少总量需求；利用高硫煤扩展了 煤炭资源 有助于缓解液体燃料短缺：可以大规模地生产甲 醇，二甲醚，F-T柴油，氢等替代燃料，缓解和缓 冲石油进口压力 彻底解决燃煤污染问题： 完全消除常规燃煤污染 物排放，重金属等痕量污染物脱除更经济 有助于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净 能源需求：
低热值煤气燃气轮机的水蒸气压缩与发电技术
低热值煤气燃气轮机的水蒸气压缩与发电技术煤炭一直以来都是世界上重要的能源之一，但其燃烧产生的高温煤气含有大量的非常规组分，包括二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和甲烷等，对环境造成了巨大的压力。
为了有效利用这些废气并减少环境污染，低热值煤气燃气轮机的水蒸气压缩与发电技术应运而生。
在低热值煤气燃气轮机中，煤气首先通过净化装置进行预处理，去除其中的杂质和硫化物等有害组分，以保护燃气轮机的正常运行。
然后，煤气进入蒸汽重整器，在高温和高压下与水蒸气进行反应，产生一定数量的氢气和一氧化碳。
氢气可进一步用于燃烧发电，而一氧化碳可通过水蒸气重整生成二氧化碳和氢气，实现CO2的回收利用。
在水蒸气压缩过程中，主要采用压缩机和吸收式制冷机。
压缩机将水蒸气从较低的压力压缩到较高的压力，以提高其温度和能量含量。
而吸收式制冷机则通过一系列的吸收剂和蒸发器等组件，将压缩机排出的高温水蒸气冷却至低温，并产生附加的制冷能量，提高了系统的效率。
一旦煤气通过水蒸气压缩装置处理后，它将进入燃气轮机进行燃烧发电。
燃气轮机利用高温高压的燃气推动涡轮旋转，产生机械能，进而驱动发电机发电。
这种技术具有高效率、低排放和灵活性等优点，能够有效利用低热值煤气资源，减少温室气体的排放。
低热值煤气燃气轮机的水蒸气压缩与发电技术不仅可以解决煤矿燃气等废气的利用问题，还可以提高能源利用效率，降低煤炭的消耗量，减少二氧化碳和其他有害气体的排放。
同时，这种技术还可以适应不同煤质和燃烧性质的煤气，具有较高的灵活性和适应性。
这对于推动清洁能源发展，减少环境污染，实现可持续发展具有重要意义。
近年来，世界各国对清洁能源和环境保护的重视程度日益提高。
低热值煤气燃气轮机的水蒸气压缩与发电技术作为一种有效的能源利用和废气处理方式，受到越来越多的关注和应用。
尽管这一技术在一些国家已经得到了广泛应用，但在开发中国家和一些煤炭资源丰富的地区，仍存在一定的推广和应用难度。
为了进一步推动低热值煤气燃气轮机的水蒸气压缩与发电技术的发展，我们可以从以下几个方面进行努力。
浅析高炉煤气燃气轮机联合循环的发展现状与前景
浅析高炉煤气燃气轮机联合循环的发展现状与前景高炉煤气燃气轮机联合循环技术是将高炉煤气作为燃料，通过燃气轮机发电，再利用余热产生蒸汽，最终由蒸汽轮机发电的一种联合循环发电技术。
这种技术不仅能够有效利用高炉煤气这一廉价、清洁的资源，还能够提高能源利用效率，降低发电成本。
在当前环境保护、资源节约的大背景下，高炉煤气燃气轮机联合循环技术备受关注，并在不断发展壮大。
本文将对高炉煤气燃气轮机联合循环的发展现状与前景进行浅析。
一、发展现状1、技术应用情况高炉煤气燃气轮机联合循环技术最早是在发达国家得到应用的，如德国、日本等。
其后，中国、印度等发展中国家也开始在煤化工、冶金等领域逐步推广应用。
目前，一些大型钢铁企业已经建设了高炉煤气燃气轮机联合循环发电项目，如包钢集团、宝钢集团等。
这些项目的运行表明，高炉煤气燃气轮机联合循环技术在能源利用效率、环境友好性等方面都取得了显著成果。
2、技术优势高炉煤气燃气轮机联合循环技术具有诸多优势。
其能源利用效率高，可达到60%以上，相比传统的燃煤发电厂要高出20%左右。
高炉煤气是一种廉价的能源，利用高炉煤气作为燃料可以有效降低发电成本，提高电力市场竞争力。
高炉煤气中的硫、氮等有害成分可以被高效清除，降低对环境的污染。
高炉煤气燃气轮机联合循环技术是一种清洁、低排放的能源利用方式，有助于应对全球气候变化、改善环境空气质量。
二、发展前景1、市场需求随着全球工业化、城镇化进程的加快，能源需求不断增长，资源环境压力持续加大。
在这种情况下，节能减排已经成为各国共同的发展目标。
高炉煤气燃气轮机联合循环技术是一种有效的节能减排手段，可以满足市场对清洁、高效能源的需求。
尤其是在发达国家，政策法规对清洁能源的支持力度加大，高炉煤气燃气轮机联合循环技术的市场需求前景巨大。
高炉煤气燃气轮机联合循环技术在应用过程中还存在不少问题，如高炉煤气成分复杂、稳定性差，对燃气轮机的运行稳定性要求高等。
未来的发展重点之一就是技术改进。
煤气化多联产系统中燃气轮机的改造与运行过程分析
综上所述 ， 燃气轮机燃烧室改烧 中低热值合成 气 主要需 要解 决 以下 几个 问题 ：
（ ） 大燃料 孔 的 面积 。这要 受 到 喷嘴 结构 的 １增 限制 ， 需要 对喷 嘴 的其 他部 件作 出相应 的调整 ， 至 甚
需要 改变 火焰 筒头部 的进气 盖板 和锥罩 的结构 。
（ 兖矿国泰化工有限公 司， 滕 州 ２７２ ） 山东 ７５７
摘 要： 本文简述 了煤气化多联产系统 中燃用 中低 热值合成 气燃气轮机燃烧 室的改造方 法 ， 细分析 了改造 详
后机组的启动及油切气与运行 改
中图分 类号 ：Ｍ １ ． １ Ｔ ６ １３
保 证 中低热值 合 成气 能 够 完全 燃 烧 ， 要 向燃烧 区 需
供应较多的燃烧空气 ， 致使冷却和掺混空气量减少。 然而 ， 在燃烧中低热值合成气时 ， 由于燃烧温度
比较低 ， 因而 Ｎ ｘ排 量 不 会很 高 ， 是燃 用 这 种 燃 Ｏ 这 料 的一 大优点 。
图 １ 改 型后双燃料喷嘴
火焰筒 的直径比较小 ， 而参考速度 比较 高的燃烧室 情况更 加严重 ； （ ）在低 负荷 工况 下容 易发 生 Ｃ 燃烧 不 完全 ５ Ｏ 的现 象， 燃 烧 效 率 明显 下 降 （ 时 很 难 达 到 使 有
９％ ）排气中 Ｃ ０ ， Ｏ的含量超过环保标准 ；
收稿 日期 ：０ ９— ３—１ 改稿 日期 ：０ ９— ９— ０ ２０ ０ ２ ２ ０ ０ ２ 作者简 介： 罗方涛（ ９９一 ） 男 ， １７ ， 本科 ， 理学学士 ， 工程师 ， 主要从事燃气轮机联合 循环 发电技术工作 。
处 的地 位非 常关键 ， 特别 是 化 工废 气 （ 驰放 气 ） 的掺
（ ）改烧中低热值合成气后 ， ２ 进入燃烧室的合 成气的质量流量增加 ， 从而使透平的质量流量增加 ， 压气 机 的质量 流量 减小 ， 气 轮 机 的共 同 工作 点 发 燃 生变化 ， 压气机有发生喘振的危险， 对此需对通流部 分进行 校 核计算 。 （ ）合成气燃料的高氢含量易导致燃烧室 回火 ３ 并烧毁燃料喷嘴和火焰筒头部；
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科技成果——煤气化多联产燃气轮机发电技术适用范围
化工行业煤化工领域
行业现状
目前我国60万t/a以上的大型甲醇装置一般都配套建设H2回收装置，回收生产甲醇过程中排放的弛放气中的H2。
根据回收装置的实际运行状况，整体能量回收率只有50%左右，而且实际甲醇生产过程中H2回收装置的运转率一般都较低。
目前该技术可实现节能量35万tce/a，减排约92万tCO2/a。
成果简介
1、技术原理
将空气通过前置的过滤系统进入17级压气机压缩到1.3MPa，同燃料气一起进入燃烧室混合燃烧，燃烧后的高温气体进入三级透平膨胀做功，推动叶轮旋转，转速为5163转/分，经负荷齿轮箱减速为3000转/分，带动发电机发电。
燃烧效率可达到99.85%，机组热效率达32%以上，机组平均负荷率为85%。
燃烧后排出的高温废气进入余热锅炉换热副产中低压蒸汽用于生产工艺，剩余约130℃的废气排入大气。
2、关键技术
（1）多联产系统中低热值燃料燃气轮机技术；
（2）煤制气+弛放气燃气轮机燃烧室技术和控制系统技术。
主要技术指标
1、燃烧效率可达到99.85%；
2、机组热效率达32%以上；
3、机组平均负荷率为85%。
技术水平
该技术已通过中国石油和化学工业协会组织的鉴定。
2008年10月，以“煤气化多联产燃气轮机发电技术”为核心的兖矿集团“煤气化发电与甲醇联产系统关键技术的研发与示范”获山东省科技进步一等奖。
2009年7月，以该技术为核心内容的“高效洁净煤制甲醇与联合循环集成系统的研发和示范”项目荣获国家科学技术进步二等奖。
该技术通过对多联产系统中低热值燃料燃气轮机技术的研发，突破了40MW级煤制气重型燃气轮机中4大核心设计技术中的“煤制气+弛放气燃气轮机燃烧室技术”和“控制系统”2项技术，建成了适用于联产系统的40MW级燃气轮机工业示范。
同时燃料供应系统匹配与调节、燃气轮机现场测试调节及检测技术等煤制气燃气轮机技术又使装置具有燃料适应性广、节能效果显著、环保效果明显等优势。
目前，该技术及其工业化示范装置已在兖矿国泰化工有限公司得到成功应用。
典型案例
典型用户：兖矿集团有限公司
建设规模：燃气轮机装机容量76MW。
主要技改内容：年产24万t甲醇生产线配套建设76MW燃气轮机发电。
主要技改设备包括压气机、燃烧室、透平、负荷齿轮箱、发
电机和辅机系统。
节能技改投资额120000万元，建设期2年。
每年可节能138229tce，实现销售收入13000万元，投资回收期约10年。
市场前景
煤气化多联产燃气轮机发电技术是国家“十五”“863”攻关课题，具有我国自主知识产权的专利技术，是我国第一座联产系统示范工程，实现了我国IGCC和联产系统“零”的突破，为中国煤炭联产系统的深入科学研究和广泛的工程应用打下了基础。
我国大型甲醇生产线中一般配备H2回收装置，约占国内甲醇产能的60%。
预计未来5年，该技术在行业内的推广潜力可达到20%，投资总额12亿元，节能能力140万tce/a，减排能力322万tCO2/a。