整体煤气化联合循环60页PPT
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SOFC 联合循环系统性能分析
二、SOFC的工作原理与特性
SOFC具有许多优点。首先，其燃料适应性广，可以以氢气、甲烷等为燃料， 也可以利用煤气化等工业废气。其次，其能量转换效率高，通常可达60%以上。 此外，SOFC的排放物主要是二氧化碳和水，对环境影响小。然而，SOFC也存在一 些缺点，如启动时间长、运行温度高等。
三、联合循环系统的组成与特点
SOFC 联合循环系统性能分 析
01 一、引言
目录
02
二、SOFC的工作原理 与特性
03
三、联合循环系统的 组成与特点
04 四、SOFC-联合循环 系统的性能分析
05 五、结论
06 参考内容
一、引言
一、引言
随着能源需求的不断增长和环保意识的日益加强，高效、清洁的能源转换技 术成为了研究的热点。SOFC（Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池） 作为一种新型的燃料电池技术，因其高效、环保的特性受到了广泛的。联合循环 系统则是将不同类型和特点的能源转换技术进行优化组合，以达到更高的能源利 用效率和更低的排放。本次演示将对SOFC-联合循环系统的性能进行分析。
二、煤气化链式燃烧联合循环系 统概述
二、煤气化链式燃烧联合循环系统概述
煤气化链式燃烧联合循环系统是一种将煤气化技术和链式燃烧技术相结合的 能源利用方式。该系统主要包括煤气化炉、蒸汽轮机、燃气轮机、余热回收等部 分。其中，煤气化炉将煤炭转化为气体燃料，蒸汽轮机利用高温高压的蒸汽驱动 发电机发电，燃气轮机利用气体燃料燃烧产生的热能驱动发电机发电，余热回收 部分将各部分的余热回收再利用。
1、优化设备选型和配置：选择高性能、低成本的设备，提高设备的可靠性和 稳定性。
四、改进建议与展望
2、加强技术研发和创新：不断研发新的技术和管理方法，提高系统的自动化 和智能化水平。
动力机械基础-联合动力循环概要
汽机： • 主蒸汽参数为3.6MPa，486℃ • 主蒸汽流量为121.9 t/h • 额定功率为34.5MW
联合循环的总效率达45.6%
（3）近年来在江苏、上海、福建等地兴建并投运了许多新项目
高达：
调峰性能：启动12分钟到100%负荷。停机更快。
2台PG6551B燃机，每台38MW（冬天40MW），汽机：南汽15MW 余热锅炉：杭锅和703所各1台，中压3.5MPa，500℃，每台66t/h。低压送除氧器。
1、 IGCC（整体煤气化燃气-蒸汽联合循环） 是洁净的煤气化技术和燃气-蒸汽联合循环的结合
（1）系统组成 （2）工艺过程 （3）优点 （4）煤的气化炉及煤气的净化系统
（1）系统组成：
煤的气化与净化部分
气化炉（燃气发生器） 煤气净化设备（包括硫的回收装置） 空分装置（可选）
燃气-蒸汽联合循环发电部分
• 余热锅炉结构简单，但换热面积需很大
（2）余热锅炉加补燃联合循环：
• 在燃机和余热锅炉之间的排气通道中增加补燃装置，利用燃机排气 中含有的16%~18%的氧气助燃提高余热锅炉炉内烟气温度
• 通常补燃量占总燃料的20%~30%
• 可适当提高蒸汽参数，使整个循环热效率得到提高，汽机的功率 增大（其发电功率占总功率的50%）
• 约５０％的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣，由炉 底排出并通过集渣器送入渣池
• 煤种适应性广，碳转化率高达99% • 给煤方式有湿法水煤浆给煤和干法给煤
✓ 流化床气化炉（fluidized bed）
• 可在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石、白云石），将产生 的大部分SO2和H2S脱除
• 焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物基本上都能被裂解为简单的双 原子和三原子气体。CH4的含量一般少于2%，主要成分是CO和H2
煤炭气化—气化炉的基本原理
化
气化温度℃ 440～1400
800～1100 1200～1700
>1500
优点
低温煤气易于净 *操作简单，动
化*适于高灰熔 力消耗少*对耐
点煤*技术成熟， 火炉衬要求低*
全世界煤气化装 适于高灰熔点的
置容量占90%
煤
碳转化率高*液 态灰渣易排出放 大容量：5000 吨/日*负荷跟踪
好（50%） *煤种适应性广
N ——返混程度 XC ——碳的转化率 K ——反应速率常数 T ——温度
ρ煤 取决于煤的的表观密度ρs（原料煤性质） 煤堆的疏松程度ε（反应器类型）
所要求碳的转化率（XC）的下降 τ随以下的因素而减小 返混的减少（N值上升）
反应速率常数K的上升、温度的上升和更高的反应性
不同反应器类型煤容积气化强度（qm/vR）的比较
②流化床气化炉 原料：3~5mm 加料方式：上部加料 排灰方式：固态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况:悬浮沸腾
③气流床气化炉 原料：粉煤（70％以上通过200目） 加料方式：下部与气化剂并流加料 排灰方式：液态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况：煤与气化剂在高温火焰中反应
煤种适应性 广
*气化效率 高
固定床
流化床
气流床 熔融床
缺点
不适于焦结性强 的煤
*低温干馏产生煤 焦油、沥青等
*单段炉不易大型 化，1200吨/日
*容量较小 1500吨/日 *飞灰中未燃 尽碳多（第
二代利用灰 团聚功能）
*对耐火炉衬 要求高（第 二代用水冷
套） *适于低灰熔
点煤
适于低 灰熔点
煤
碳转化（%）
④熔池气化炉
气－固－液三相反应气化炉 原料：6㎜以下直至煤粉所有范围的煤粒 加料方式：燃料与气化剂并流加入 排灰方式：液态 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况：熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的 分散剂，作为热源供煤中挥发物的热解和干馏。
气化温度℃ 440～1400
800～1100 1200～1700
>1500
优点
低温煤气易于净 *操作简单，动
化*适于高灰熔 力消耗少*对耐
点煤*技术成熟， 火炉衬要求低*
全世界煤气化装 适于高灰熔点的
置容量占90%
煤
碳转化率高*液 态灰渣易排出放 大容量：5000 吨/日*负荷跟踪
好（50%） *煤种适应性广
N ——返混程度 XC ——碳的转化率 K ——反应速率常数 T ——温度
ρ煤 取决于煤的的表观密度ρs（原料煤性质） 煤堆的疏松程度ε（反应器类型）
所要求碳的转化率（XC）的下降 τ随以下的因素而减小 返混的减少（N值上升）
反应速率常数K的上升、温度的上升和更高的反应性
不同反应器类型煤容积气化强度（qm/vR）的比较
②流化床气化炉 原料：3~5mm 加料方式：上部加料 排灰方式：固态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况:悬浮沸腾
③气流床气化炉 原料：粉煤（70％以上通过200目） 加料方式：下部与气化剂并流加料 排灰方式：液态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况：煤与气化剂在高温火焰中反应
煤种适应性 广
*气化效率 高
固定床
流化床
气流床 熔融床
缺点
不适于焦结性强 的煤
*低温干馏产生煤 焦油、沥青等
*单段炉不易大型 化，1200吨/日
*容量较小 1500吨/日 *飞灰中未燃 尽碳多（第
二代利用灰 团聚功能）
*对耐火炉衬 要求高（第 二代用水冷
套） *适于低灰熔
点煤
适于低 灰熔点
煤
碳转化（%）
④熔池气化炉
气－固－液三相反应气化炉 原料：6㎜以下直至煤粉所有范围的煤粒 加料方式：燃料与气化剂并流加入 排灰方式：液态 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况：熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的 分散剂，作为热源供煤中挥发物的热解和干馏。
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。
煤炭气化—流化床气化法
§ 3．4 流化床气化法 1.常压流化床气化原理
直接使用小颗粒碎煤（0~10mm）为原料，并可利用褐煤等高灰劣质 煤。它又称为沸腾床气化，把气化剂（蒸气和富氧空气或氧气）送入气化 炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应。
2.常压流化床（温克勒）气化工艺 ⑴温克勒(Winkler)气化炉
①组成：
流化床（下部的圆锥部分） 悬浮床（上部的圆筒部分，为下部的6~10倍）
※二次气化剂的作用： 其在接近灰熔点的温度下操作，使气流中夹带碳粒得到充分
的气化。
⑵温克勒气化工艺流程
①原料的预处理 破碎粒度（0~10mm，0.5mm以下筛去） 干燥（水分：8~12%） 破黏 ②气化 ③粗煤气的显热回收（废锅回收） ④煤气的除尘和冷却
⑶工艺条件和气化指标
①工艺条件 a:操作温度：一般为900℃左右。 b:操作压力：约为0.098MP（常压） c:原料：粒度；0~10mm，褐煤、弱黏煤、不黏煤和长焰煤等，但 活性要高。 d:二次气化剂用量及组成 与带出未反应的碳成比例。（过少：未反应碳得不到充分气化而被 带出，气化效率下降；过多：产品被烧）
刮灰板
除灰螺旋
灰斗
4） 为提高气化效率和适应气化活性较低的煤，在 气化炉中部适当的高度引入二次气化剂，使气 流中所带的碳粒得到充分气化。※二次气化剂 的作用： 使其在接近灰熔点的温度下操作，使气流中夹 带炭粒得到充分的气化。
煤气出口 散热锅炉 （废热锅炉） 气化层
二次气化剂入口
5） 废热锅炉安装在气化炉顶部附近 ，由沿内壁配置的水冷管组成。 废热锅炉的冷却作用，使熔融灰
§ 3．4 流化床气化法 1.常压流化床气化原理
直接使用小颗粒碎煤（0~10mm）为原料，并可利用褐煤等高灰劣质 煤。它又称为沸腾床气化，把气化剂（蒸气和富氧空气或氧气）送入气化 炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应。
煤炭气化
3、操作条件要求
2）制气阶段
①料层温度： 在取得同样气化效率的情况下，可以维持 较高的料层温度，一般选择1000℃为宜。 ②蒸汽用量和蒸汽吹入速度： 蒸汽用量与原料灰熔点和块度有关；蒸汽 吹入速度应当控制在适宜的范围，且当料层温 度较高时，才能适当提高蒸汽吹入速度，蒸汽 吹入速度取决于吹风速度。 ③ 原料反应活性： 为兼顾吹风和制气阶段对原料反应活性的不 同要求，应该选用中等反应活性的原料。
（5）甲烷化反应 ⑦ CO+3H2 → CH4+H2O-206.4kJ/mol ⑧ 2CO+2H2 → CH4+CO2-247.4kJ/mol ⑨ CO2+4H2 → CH4+2H2O-165.4kJ/mol
3、气化工艺分类
4、煤气种类
1）空气煤气 ——空气作气化剂； 2）水煤气 ——水蒸气作气化剂； 3）混合煤气—— （空气+水蒸气）作气化剂。
2、水煤气生产的工作循环
为节约原料、保证安全和煤气质量，还必须包括一些 辅助阶段。 共有六个阶段 ： Ⅰ-吹风阶段； Ⅱ-蒸汽吹净阶 段； Ⅲ-上吹制气阶 段； Ⅳ-下吹制气阶 段； Ⅴ-二次上吹制 气阶段； Ⅵ-空气吹净阶 段
Ⅰ、吹风阶段 吹风阶段是将空气与原料燃烧后放出的 热量积蓄在料层内，为制气阶段提供热量。 C+O2=CO2-⊿H
CO 2 C 2CO, C H 2 O(g) H 2 CO
灰渣层： 靠近炉篦区，起预热气化剂及保护炉篦不被 烧坏的作用。 氧化层： 是气化反应的主要区域，碳燃烧放出大量的 热量，在氧化层末端，气化剂中的Ｏ2被全部耗尽。 还原层： 主要进行二氧化碳的还原反应和水蒸气的分 解反应： CO2+C→2CO
6、水煤气生产的工艺流程（对照222页流程说明）
燃气蒸汽联合循环
4
4
5
5
燃气轮机循环的工质平均吸热温度很高，燃气初温达到了 1300—1500℃，但工质平均放热温度不低，徘气温度往往 为500—600℃，大功率燃气轮机的排气温度则高达550—610℃。
6
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7
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2、蒸汽动力循环
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二 燃气-蒸汽联合循环的特点
1、任务的提出 燃气轮机组优点： （1）整个装臵体积小、重量轻、金属及其他材料耗 量少、造价较低； （2）占地少，约为常规火电厂的1/4； （3）安装周期短，维修简单； （4）冷却用水少，约为常规电厂的1/3~1/2； （5）能快速启动和带负荷（30s~30min内）；
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二 燃气-蒸汽联合循环的特点
1、任务的提出 燃气-蒸汽联合循环，将燃气轮机排出的温度较高的废热，用以 加热蒸汽循环，其主要特点： （1）提高热经济性，只要汽轮机和燃气轮机容量匹配，正确 选择各项参数和热力系统，其热效率可提高到45%； （2）减轻公害，由于利用了燃气轮机的废热，蒸汽锅炉的有 害气体排放可以大为减少； （3）适用于缺水地区或水源较困难的坑口电站；
热力发电厂
主讲: 盛伟
E-mail:weisean@
河南理工大学
2013年6月17日11时30分
机械与动力工程学院
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第二章 热力发电厂的蒸汽参数及其循环 ( 提高热力发电厂热效率的方法)
方法一： 提高蒸汽初参数 方法二： 降低蒸汽终参数 方法三： 蒸汽再热循环
方法四： 给水回热循环
方法五： 热电联产循环 方法六： 燃气-蒸气联合循环发电
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五 热电煤气三联产与多功能电厂
中国节能投资公司，还提出并实施建立多功能热电厂，即 热电厂在热电联产时要供煤气、供冷、还利用炉渣生产建筑 材料和化肥，用循环水的余热养鱼、养鳖等。
整体煤气化联合循环技术研究方向与进展
深冷 分 离装 置 。 由于进入 深冷 装 置 的空 气 中 的氧气 浓度 的 提高 将使 空 气 总量 减 小 ， 虽然 增 加 了真 空 泵
耗 功 ， 在一 定条 件下 会减少 整个 空分 系统 耗功 。 但
将使煤 气 化技 术 有 大的 突破 ， 如气 化技 术 和 流化 床
燃 烧技 术 的 汇合 ， 内 固态脱 硫 和 炉外 气 体 净化 技 炉 术 的互 补 ， 使煤 在 气化 过 程 中就 经 济有 效 地把 大 部 分 硫去掉 ， 从而 简化后 置 的煤气 净化设 备 。 高温煤 气
缩耗 功 ， 在气 体 达到 相 同压 力 的 情况 下 等 温压 缩 耗 功最 小 ， 因此 开 始尝 试采 用 多 级 间冷 的 准 等温压 缩 过程 。 一方面 降低 了压 缩耗功 ， 一方面 可将 间冷 放 另
（ ）高 性 能 的燃气 轮 机 １
Ｉ Ｃ 系统 中联合 循 Ｇ Ｃ
环 以燃气 轮 机 为 主 ， 气 轮 机是 Ｉ Ｃ最 关 键 的集 燃 ＧＣ
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பைடு நூலகம்
燃 气 轮 机 技 术
第 １ 卷 ５
方 面 继 续 积 极 发 展 关 键 集 成 技 术 、 寻 求 新 突 以
多采 用 深度 冷冻 方 法 分离 空 气 以制 取 氧气 ， 是 液 它
破 卅 ； 一方 面 深入 研究 各 设 备 间 的 匹配 与综 合 另
规律 、 以寻求 系统整 体综合 优化 Ｌ 。 ２ 。
（ ）优 化 的 高 效 余 热 锅 炉 及 蒸 汽 轮 机 系 统 ４ Ｉ Ｃ 中蒸 汽循 环 与常 规汽 轮 机 电站 的系 统有 较 大 Ｇ Ｃ 的差 异 ， 如采 用 滑压 参 数 运行 、 回热抽 汽 等 。 无 关键