IGCC发电系统中煤气化工艺的选择
如何采用煤气化联合循环发电(IGCC)技术
作者： 魏庆波
作者机构： 安徽淮北国安电力有限公司
出版物刊名： 科技资讯
页码： NULL-NULL页
主题词： NULL
摘要：整体煤气化联合循环(IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle)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1/10,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%,...。
浅谈IGCC发电与先进煤炭气化技术
况，介绍了国外从第一个示范成功的 IGCC 电站到目前商业化运行的发展过程及目前的发展情况，国内的一
些研究成果和商业化的运行情况，并指出了发展的方向。对 IGCC 中的关键技术，煤炭气化技术做了针对性的
介绍，通过几种代表性的气化技术的比较，指出了未来煤炭气化技术的发展方向。
关键词：IGCC 发电；煤炭气化；德士古；壳牌
中图分类号：TQ 54
文献标识码：A
文章编号：1671 － 9816（2010）04 － 0062 － 04
Briefly discussing on the IGCC power generation and advanced coal gasification technology YUN Zeng-jie, WU Guo-guang, LUO Xiao-qiang, ZHANG Yu-liang, LIANG Fei-fei
全球范围正在建设或计划建设的电站共有 50 座，总 装机容量 25 000 MW。[5] IGCC 电站与常规粉煤电站 相比具有发电效率高、较低的污染物排放量等优点， 因而受到美国和西方各国的高度重视。2008年，美国 EPRI 提出了 IGCC + CCS（Carbon Capture＆ Sequestion， 简称 CCS）示范思路，分别支持进行 10% ～ 20%二氧 化 碳 脱 除 的 IGCC、50% ～ 70% 二 氧 化 碳 脱 除 的 IGCC、80% ～ 90%的二氧化碳脱除的 IGCC 示范。
Abstract: In this paper,we firstly give a brief introduction of basic principle and typical process of IGCC.As to the development state of IGCC at home and abroad，we describe the developing process of IGCC from the success of IGCC demonstration to commercial operation and current developments at abroad, the domestic research results and commercial operation state are also given briefly introduced,and the developing direction of IGCC are put forward.Secondly,the key technology,coal gasification and high-temperature desulfurization technology are given a targeted introduction, in comparison of the representative coal gasification, the developing directions are pointed out, as to the problems existing in the high-temperature desulfurization technology, the developing directions are also put forward. Key words：IGCC；coal gasification；texaco；shell
浅谈洁净煤发电的IGCC技术
浅谈洁净煤发电的IGCC技术【摘要】IGCC发电技术把高效、清洁、废物利用、多联产和节水等特点有机地结合起来，被认为是2l世纪最有发展前途的洁净煤发电技术之一。
本文介绍了整体煤气化联合循环系统的特点、发展现状与趋势，指出我国发展高效清洁的IGCC燃煤发电技术势在必行。
【关键词】IGCC；煤气化；清洁发电0.引言我国富煤缺油少气的能源资源特点决定了我国以煤为主的能源结构在未来几十年内不会发生根本性的改变，由此造成的严重环境污染和能源利用率低下等多方面问题，成为我国目前亟待解决的问题。
煤的高效、清洁利用，是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要基础。
IGCC发电技术以其高效、低污染排放，特别是在CO2减排方面的巨大潜力，被认为是21世纪初期最有发展前景的洁净煤发电技术之一[1]。
1.IGCC简介整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)，是20世纪70年代石油危机时期西方国家开始发展的一项燃煤发电技术。
其设计思想是通过把煤炭、生物质、重渣油等多种含碳物质进行气化，然后把得到的生成气体净化再用于燃气-蒸汽联合循环[2]。
IGCC的工艺过程是:煤在气化后变为中低热值煤气,在净化后,通过除掉煤气所含有的硫化物、氮化物、粉尘等污染物质,变成干净的气体燃料,再送入燃气轮机中,在燃烧室里进行燃烧,然后燃气工质推动燃气透平做功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽推动汽轮机做功[3]。
2.IGCC的特点IGCC 发电技术把煤炭气化和煤气净化与联合循环发电技术结合在一起,具有明显特点[4]。
2.1发电热效率高目前国际上IGCC 电厂的净效率已达到43 %以上, 比常规亚临界燃煤电厂效率高5%～7%,随着燃气初温的进一步提高,IGCC的净效率能达50%或更高。
2.2优越的环保特性在气化过程中脱硫率≥98% ,脱氮率可达90%,粉尘几乎为零, CO2达到零排放。
IGCC发电系统中煤气化工艺的选择
深度。煤气化应用 于 ＩＣ ， Ｇ Ｃ 还要对煤气进行除尘和
脱硫 ， 除去煤气 中的粉尘 和 ＨＳ Ｃ Ｓ ２ 、 Ｏ 等有 害物质 ， 以满足燃气 轮机 和污 染物 排放 控制 的要 求 。
煤气化技术种类很多 ， 根据气化炉 内料流形式 ，
现了能量的梯级利用 ， 可以将煤 中的化学能尽可能
整 体煤 气 化 联 合 循 环 （ ｔ ｒｅ ａｆａｏ Ｉ ｅ ａ ｄＧｓ ｃ ｉ ｎ ｇｔ ｉ ｔｎ ｉ
Ｃｍ ｉ ｄＣｃ ， ｏ ｂ ｅ ｙｌ 简称 ＩＣ ） 电技术是 当今国际上 ｎ ｅ ＧＣ发 最引人注 目的高效清洁发电技术之一。ＩＣ Ｇ Ｃ将煤 炭气化与燃气 一蒸汽联合循环有效地结合起来 ， 实
对小颗粒煤
受 限
好
不受 限
１ 煤气化 原理及 工艺类型
煤气化过程是个复杂的物理化学过程 ， 有些 问 题尚未完全研究清楚 ， 而且不 同的气化工艺其气化 反应也不尽相同， 主要是将 固态燃料与载氧的气化 剂（ ２Ｈ Ｏ Ｎ ） Ｏ 、 ２ 、２发生不完全反应 ， 转化成气 （ ） 汽 态 的可燃物质和惰性物质 （Ｏ、 ２ｃ ２ｃ ４Ｎ 、 ２、 Ｃ Ｈ 、 ｏ 、ｎ 、 ２Ｈ Ｓ Ｃ Ｓ 。煤的气 化过程 大体 上可 以分 为两步 ： ． Ｏ 等） １
集 ；． ２ 提供气 （ ） 汽 相反应物 、 夺取富集碳元素 ， 补充
氧元素 ， 使相互化合成气 （ 相产物。气化过程 中 汽）
发生 的化学 反应 可 以简 化 为 氧 化 （ 热 ） 放 反应 ， 原 还
煤气含焦油、 小量／ 酚等 大量
（ 吸热） 反应、 甲烷生成 （ 裂解 ） 反应和水煤气平衡反
等） 。各类气化工艺的主要特性见表 １ Ｊ ＿。 ３
IGCC
三、IGCC未来 IGCC未来
（5）美国 ）美国Mesaba IGCC项目 项目 （6）加拿大 ）加拿大Alberta EPCOR IGCC＋CCS示范 ＋ 示范 项目 （7）英国 ）英国Centrica Teesside IGCC项目 项目
三、IGCC未来 IGCC未来
（8）英国 ）英国Powerfuel HatField IGCC项目 项目
（9）德国 ）德国RWE Zero－IGCC项目 － 项目
（10）韩国 ）韩国Taean IGCC NO.1示范项目 示范项目
三、IGCC未来 IGCC未来
LOGO
二、IGCC发展及现状 IGCC发展及现状
二、IGCC发展及现状 IGCC发展及现状
IGCC研究 开发 (70’S)
IGCC试验 验证3639%(80’S)
IGCC商业 示范4045%(90’S)
IGCC应用 与发展4550%(00’S)
二、IGCC发展及现状 IGCC发展及现状
四座大容量商业 示范电站
一、IGCC概述 IGCC概述
一、IGCC概述 IGCC概述
一、IGCC概述 IGCC概述
2、IGCC 工艺流程 、 煤的气化： 煤经气化成为中低热值煤气。 煤的气化： 煤经气化成为中低热值煤气。 煤气的净化：煤气经过净化，除去硫化物、 煤气的净化：煤气经过净化，除去硫化物、氮化 粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料。 物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料。 燃气轮机发电：送入燃气轮机的燃烧室燃烧， 燃气轮机发电：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。 热气体工质以驱动燃气轮机作功。 蒸汽轮机发电： 蒸汽轮机发电：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。 给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
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发电与先进煤炭气化技术
浅谈IGCC发电与先进煤炭气化技术摘要：本文旨在探讨国际先进煤电（IGCC）发电技术和先进煤炭气化技术的优势。
它不仅将大大改善电力生产的效率，减少污染，而且也能利用再生能源，有效地改善碳排放问题。
本文将概述IGCC技术的基本概念，及其在燃煤发电系统中的应用，并探讨先进煤炭气化技术的可行性。
关键词：IGCC发电，先进煤炭气化技术，燃煤发电，碳排放正文：国际先进煤电（IGCC）发电技术是一种新兴的电力发电技术，目前正在得到越来越多的应用。
它是利用煤炭气化技术获得清洁能源的一种方式。
煤炭气化利用高温对煤炭进行气化，使之产生气态，从而制备气体燃料。
由于IGCC可以平衡火力发电厂的碳排放、污染和效率，所以它已成为未来燃煤发电技术的最佳选择之一。
先进煤炭气化技术是IGCC发电技术的基础，目前它正在研制中，主要应用于制备清洁能源和减少碳排放。
先进气化技术在燃煤电厂中的作用是把燃料（如煤炭）气化后作为燃料，在此过程中，将会减少碳排放和污染。
由于气化可以有效改善发电系统的性能，因此该技术被认为是节能和环境保护的有效方法。
综上所述，IGCC发电技术和先进煤炭气化技术无疑是改善电力生产效率、减少污染并有效利用再生能源的有效选择。
它不仅能够帮助缓解全球气候变暖的影响，还能够提高发电效率，为人类带来更多的好处。
众所周知，IGCC发电技术和先进煤炭气化技术都是极为复杂的系统，要想真正发挥其作用，必须解决许多难题。
最重要的是对以上技术的应用受限于煤炭的质量，因此，在实际操作中，要建立一套完善的标准，以保证煤炭使用效率和安全性。
此外，煤炭气化还存在一些技术难题，例如，燃烧燃料的清洁技术缺乏，这会导致大量的灰尘排放，严重污染空气。
因此，在煤炭气化技术的实施过程中，应重视这些技术难题，采取有效的措施来解决它们。
另一方面，国家也应积极采取行动，完善IGCC发电和先进煤炭气化技术的相关政策和法规，从而促进这些技术的研究与应用。
同时，对利用这些技术改善发电效率的发电厂等单位也应提供一定的经济补贴和政策扶持，以鼓励用户采取这些技术。
IGCC改造项目中TRIG煤气化技术的设备布置特点及其与Shell煤气化技术的比较
４ ３ ０ ２ ２ ３ ） （ 中国五环工程有限公司 ， 湖北 武汉
摘
要 ：国 内某 Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ改造项 目的煤 气化 装置采用 Ｔ Ｒ Ｉ Ｇ煤 气化技 术 ， 这是 Ｔ Ｒ Ｉ Ｇ煤气化技术在全球 的首个工业应
用项 目。介绍 了 Ｔ Ｒ Ｉ Ｇ煤气化技 术的工艺流程和工艺特点 ； 从设备布 置的角度对 比分析 了 Ｔ Ｒ Ｉ Ｇ煤 气化技术在煤粉
ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ；ｈ ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｆ ｅ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ｏ ａ ｌ ，ｃ ｏ ａ ｌ ｇ ｓｉ ａ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，ｇ ｒ ａ ｎ ｕ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｂ ｏ ｔ ｈ ｃ ｏ ａ ｒ ｓ ｅ ａ ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｉｎ ｆ ｅ ｓｈ ａ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｙ ｒ ｕ ｎｉ ｔ ｅ ｔ ｃ ．ｆ ｒ ｏ ｍ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｙ ｏ ｕ ｔ ，ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｔ ＲＩ Ｇ ｃ ｏ ｌ ａ ｇ ａ ｓ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ．
IGCC发电和煤气化技术
IGCC发电和煤气化技术董卫国国家电力公司热工研究院,陕西西安 710032摘要：简要阐述了整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术的流程特点和技术优势,介绍了国外IGCC发展概况和可用于IGCC发电的几种煤气化技术。
关键词： IGCC;洁净煤发电;煤气化0 引言70年代初期的石油危机,给世界带来巨大影响和冲击。
西方主要工业国家政府从本国经济发展和国家安全的战略角度考虑,推行能源多样化的政策,并鼓励发电行业燃料多样化。
根据对世界能源结构的分析,普遍认为煤的储量大、价格稳定、比较容易获得,但煤在燃烧过程中对环境造成的影响是一个不容忽视的问题。
因此,各国政府在考虑利用储量丰富的煤炭资源的同时,积极推动洁净煤技术的研究与开发工作。
经过几十年的努力,不同形式的洁净煤发电技术得到了很大发展。
从70年代开始,一些工业发达国家就有计划地开展了整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)发电技术的开发研究。
第一个成功进行IGCC发电工业性示范的是1984年投运的美国Cool Water电站。
这个示范电站的重要意义在于证明了IGCC发电技术的可行性,并取得极好的环保性能,被称为"世界上最清洁的燃煤电站"。
得益于近10余年来燃气轮机技术的迅速发展,目前燃气轮机单机功率超过200MW,燃用天然气或油的联合循环发电净效率已超过58％。
随着燃气温度的进一步提高和蒸汽循环的优化,下世纪初联合循环发电效率可望达到60％。
因此,IGCC发电技术已经大型化,正走向商业化应用。
在目前技术水平下,IGCC发电的净效率可达43％～45％,今后可能达到52％或更高,而污染物排放量仅为目前发达国家先进环保标准的若干分之一。
既有发电的高效率,又有极好的环保性能,因而成为世界瞩目的极有发展前途的一种洁净煤发电技术。
1 IGCC发电技术简介IGCC发电技术由两大部分组成,即煤的气化和净化部分及燃气-蒸汽联合循环发电部分。
浅谈IGCC发电与先进煤炭气化技术
万方数据万方数据万方数据浅谈IGCC发电与先进煤炭气化技术作者：云增杰， 吴国光， 孟献梁， 罗晓强， 张玉良， 梁霏飞作者单位：中国矿业大学,化工学院,煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室,江苏,徐州,221008刊名：能源技术与管理英文刊名：ENERGY TECHNOLOGY AND MANAGEMENT年，卷(期)：2010，""(4)被引用次数：0次1.肖云汉我国已建成与在建的IGCC与多联产项目 20102.夏鲲鹏.陈汉平.王贤华气流床煤气化技术的现状及发展 2005(4)3.赵锦我国发展IGCC的思考 2009(9)4.李现勇国外项目发展现状概述 2009(3)5.王俊有.李太兴.刘振刚IGCC 环保特性的研究 2007(2)6.王智强国外IGCC发展对我国的启示 2007(3)7.林汝谋.徐玉杰.徐刚新型IGCC系统的开拓与集成技术 2005(2)8.焦树建关于目前世界上IGCC发展情况与趋势的评论 2004(3)9.许世森IGCC 与未来煤电 2005(2)10.XU Shi-sen The research and development of IGCC in China 200011.白慧峰.徐越.危师让.孙成贤IGCC及多联产系统的发展和关键技术 2009(4)12.李琼玖.钟贻烈.廖宗富.漆长席.周述志.赵月兴四种煤气化技术及其应用 2008(3)13.刘乐利多喷嘴水煤浆气化技术在我国的发展 2005(1)14.金红光.林汝谋能的综合梯级利用与燃气轮机总能系统 20081.会议论文蔡志平.金向阳.胡国强.俞骆浙江半山IGCC发电示范工程适应低热值煤气燃气轮机本体调整研究2007 介绍整体煤气化联合循环发电(IGCC)，是将煤炭气化和燃气一蒸汽联合循环发电系统有机集成的一种洁净煤发电技术。
在IGCC系统中，采用原料煤作为燃料，经过气化炉将其转化为煤气，并经除尘、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。
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IG CC 发电系统中煤气化工艺的选择Ξ史本天1,郭新生2,刘英萍2,王璋2(11海军航空工程学院,山东烟台 264002;21烟台发电厂,山东烟台 264002)摘 要:简要介绍了煤气化的基本原理和各种气化技术的特点,总结并综合比较了T exaco 和Shell 两种气化炉的主要工艺特点。
结合烟台IG CC 示范机组,对IG CC 电站气化技术选择的有关问题进行了探讨。
关 键 词:IG CC ;煤气化;选择;思考中图分类号:T Q545 文献标识码:A 文章编号:1009-2889(2006)01-0021-05 整体煤气化联合循环(Integrated G asification C ombined Cycle ,简称IG CC )发电技术是当今国际上最引人注目的高效清洁发电技术之一。
IG CC 将煤炭气化与燃气-蒸汽联合循环有效地结合起来,实现了能量的梯级利用,可以将煤中的化学能尽可能多的转化为电能,极大的提高了机组的发电效率。
目前世界上已经运行的IG CC 机组,其供电效率已经达到43%左右,随着相关关键技术的不断发展,还可以进一步提高到50%左右[1]。
影响IG CC 过程总效率的诸多因素中,煤气化的影响比较显著,在其他因素不变的条件下,煤气化效率每提高1%,IG CC 的总效率可以提高0.5%左右[2],因而煤气化技术的优劣直接关系到整个IG CC 机组的总体效率。
1 煤气化原理及工艺类型煤气化过程是个复杂的物理化学过程,有些问题尚未完全研究清楚,而且不同的气化工艺其气化反应也不尽相同,主要是将固态燃料与载氧的气化剂(O 2、H 2O 、N 2)发生不完全反应,转化成气(汽)态的可燃物质和惰性物质(C O 、H 2、C O 2、CH 4、N 2、H 2S 、C OS 等)。
煤的气化过程大体上可以分为两步:11碳、氢元素从煤中断裂、分解、脱出、碳元素缩聚富集;21提供气(汽)相反应物、夺取富集碳元素,补充氧元素,使相互化合成气(汽)相产物。
气化过程中发生的化学反应可以简化为氧化(放热)反应,还原(吸热)反应、甲烷生成(裂解)反应和水煤气平衡反应等。
煤气组成取决于工艺类型、反应条件和反应深度。
煤气化应用于IG CC ,还要对煤气进行除尘和脱硫,除去煤气中的粉尘和H 2S 、C OS 等有害物质,以满足燃气轮机和污染物排放控制的要求。
煤气化技术种类很多,根据气化炉内料流形式,可分为三大类,即固定床(如Lurgi 、BG L 型等)、流化床(如HT W 、Winkler 、U -G as 、K RW 型等)、喷流床(如T exaco 、Destec 、Pren flo 、Shell 、G SP 、ABB -CE 型等)。
各类气化工艺的主要特性见表1[3]。
表1 各类气化工艺的主要特性固定床流化床喷流床工业化典型炉型BG L/LurgiW inkler/HTW Shell/T exaco灰排出状态干灰干灰熔渣原料特性对小颗粒煤受限好不受限对粘结性煤受限、需搅拌受限不受限对煤种的要求无烟煤、褐煤褐煤任何煤对灰熔点要求高高低操作特性气化压力/MPa (A )常压/2～3常压/1.02.8～3.0/2.6～2.8气化温度(出口)/℃～400850～11001500～2000炉内最高温度/℃<ST850～1100>2000耗氧量无/低低高耗蒸汽高高低/无炉内停留时间90分钟15分钟1秒/5秒煤气含焦油、酚等小量/大量极少量无2 煤气化工艺在IG CC 中的应用三类气化工艺中固定床气化炉历史悠久,煤气Ξ收稿日期:2005206223第19卷 第1期2006年3月 《燃气轮机技术》G AS T UR BI NE TECH NO LOGY V ol.19 N o.1Mar.,2006热值高,碳转化率高,冷煤气效率高。
但要用块煤和不粘的硬质煤,容量较小,适于100MW以下机组使用。
美国正在建设一座以BG L气化炉为基础的IG CC示范电站,容量约为477MW,其运行状况尚待实践检验[3]。
流化床气化炉可以进行空气或氧气气化,对含灰较多的劣质煤尤为有利,原料准备简单,不需要粉煤或块煤。
空气气化时系统简单,但目前容量较小,运行可靠性和经验还有待于进一步提高和积累,目前美国Pinon Pine IG CC电站采用K RW气化炉,1997年投入天然气运行,采用煤气运行至今尚未正常[3][4],其它流化床气化炉尚未进入IG CC示范。
喷流床气化炉单炉容量大,可用率高,大容量运行经验丰富,煤种适应性较好,变负荷能力强,冷煤气效率和碳转化率较高,粗煤气含焦油、酚类和粉尘少,便于净化处理,采用液态排渣,有利于环境保护和资源综合利用,喷流床气化炉是目前最适合与发电相配合的气化工艺[1][3-5],世界上已进入商业运行的200MW以上的大型IG CC电站都采用喷流床气化工艺。
在喷流床气化工艺中,ABB-CE型气化炉采用的气化剂为空气,其他气化炉都采用氧气作为气化剂。
以空气作为气化剂可省去复杂的空气分离系统,自用功率少,结构简单,但气化强度低,煤气中的含氮量增加,气化温度不易控制。
送入的气化剂和生成的煤气体积流量都较大,煤气热值低,不利于煤气的净化脱硫和燃烧。
气化炉的体积较氧气作为氧化剂的气化炉要大很多,出力比氧气气化低,目前只能达到600t/d[5],仅日本在开发利用,有待进一步的发展。
在采用氧气气化的气化炉中,T exaco和Destec 属于水煤浆湿法进料,Pren flo、Shell、G SP属于干法进料。
水煤浆进料和干法进料各具特点,并行发展,除G SP外的其它四种气化炉都有大型IG CC示范电站运行经验。
表2给出了已投入商业运行的四家大型IG CC电站的主要工艺参数和运行情况。
3 烟台IG CC示范电站可选择的气化技术311 烟台IG CC示范电站的主要性能指标和有关要求 我国首台IG CC示范电站将建在烟台。
经过专家多次论证确定烟台IG CC示范电站的技术路线是:采用喷流床氧气气化工艺,干法或湿法进料,合成气显热回收副产高压和中压蒸汽;联合循环机组采用单轴布置,燃气轮机应适合燃用合成气和0号轻柴油并能在2种燃料间进行无干扰切换;余热锅炉采用多压、自然循环或强制循环、无补燃;蒸汽轮机为多压、再热、双排气凝汽式;采用独立或部分整体化空分系统。
表2 国外四家大型IG CC示范电站主要工艺参数示范电站T am pa W abashRiver Demkolec Puertollano 所在国家美国美国荷兰西班牙投运时间1997年1995年1996年1997年电站净功率/MW250261.6253300电站总功率/MW313297284335电站净效率(HH V)/%设计值:41.6试验值:38.5设计值:37.8试验值:38.8设计值:43试验值:43设计值:45试验值:42.5脱硫效率/%>96>99>9899.9整体化率/%00100100气化炉型T exaco Destec Shell Pren flo气化炉 可用率/%80～8590～959590主要性能指标如下:全厂净出力 300MW或400MW级全厂净效率 ≥43%全厂脱硫效率 ≥98%NO x排放 ≤25ppm(@15%O2)粉尘排放 <2mg/Nm3烟台IG CC示范电站工程将采用技贸结合的方式引进国外先进技术和设备,既要保证技术的先进性,又要保证机组的可靠性和经济性。
根据烟台IG CC示范电站工程的具体要求和气化工艺的技术现状,示范电站把T exaco和Shell作为备选气化工艺。
312 T exaco和Shell的主要工艺特点及比较T exaco气化炉是一个密闭的压力容器,内设耐火砖(一般为三层)。
含煤60%～65%的水煤浆和95%纯度的氧气同时经气化炉顶部的喷嘴进入气化炉,在气化炉内发生气化反应,反应区温度一般在1200～1500℃,压力为2.8～3.0MPa(最高可达8.5 MPa),反应速度很快,粗煤气在气化炉内停留时间一般为2～3秒。
粗煤气主要成分为C O和H2,各占40%、30%左右。
由于采用水煤浆进料,煤气中H2O 含量较高。
热煤气离开气化炉进入煤气冷却和净化系统。
灰渣以液态形式从炉底排出。
T exaco气化工艺有两种粗煤气冷却系统,一种是急冷式直接冷却,另一种是间接式的废锅冷却,回收显热。
根据所需煤气的用途和成份可选其中的一种。
采用显热回收22 燃气轮机技术 第19卷的T exaco 气化工艺系统如图1[1]所示。
1.湿式磨煤机2.水煤浆贮箱3.水煤浆泵4.气化炉5.辐射冷却器6.锁气式排渣斗7.炉渣储槽8.炉渣分离器9.沉降分离器10.对流冷却器11.洗涤器图1 T exaco 气化工艺系统图 Shell 气化炉的压力壳里布置垂直管膜式水冷壁,产生中压蒸汽。
向火侧有一层很薄的耐火涂层,当熔融态渣在上面流动时,起到保护水冷壁的作用。
原煤在预破碎后进入煤的干燥系统,使煤中水份小于2%,然后进入磨煤机中被制成煤粉,煤粉被高压N 2气送入煤粉仓中,然后经过两级加压锁斗系统送至气化炉四个喷嘴,煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度)混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。
气化炉反应区温度维持在1400～1600℃,压力约2.6～2.8MPa 。
煤中所含的灰份熔化并流到气化炉底部,变成一种不可浸出的玻璃态渣排出,粗煤气主要成分也是C O 和H 2,各占60%、30%左右,煤气上升到气化炉出口,被150℃左右的低温粗煤气急冷到900℃,然后经过一个过滤段进入对流式煤气冷却器。
Shell 气化工艺系统如图2[6]所示。
图2 Shell 气化工艺系统图 表3列出了两种气化工艺特点。
从前述分析及表3我们可以对两种气化工艺的主要特点进行如下比较:(1)气化炉结构部件及可用率:T exaco 气化炉内设耐火砖,没有水冷系统,结构简单,初投资较小。
但由于炉内温度较高,加之磨损和腐蚀,目前气化炉向火侧的耐火砖最长寿命仅2年,靠近炉壁的耐火砖寿命为5～10年。
Shell 气化炉的压力壳里布置垂直管膜式水冷壁,向火侧有一层很薄的耐火层,起到保护水冷壁的作用,寿命较长。
32第1期 IG CC 发电系统中煤气化工艺的选择 T exaco气化炉采用单喷嘴运行,所有的气化物都从一个喷嘴喷入,它具有结构简单、操作简便的优点,但由于局部热负荷较高,流量较大,不可避免地会发生过热损坏或磨损问题。
喷嘴寿命较短,一般为3个月左右。
Shell气化炉的喷嘴寿命较长,在Buggenum电站累计运行10000小时以上未见损坏。
但四个喷嘴对称布置,其调节控制系统比较复杂。
由于T exaco气化炉的耐火砖和喷嘴需要定期更换,导致其可用率一般在80%左右,而Shell气化炉可用率已达到95%。