整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)介紹

第3期鍋爐制造No.32008年5月BOILER . MANUFACTURINGMay. 2008文章編號:CN23 - 1249(2008)03 -0044 -03整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( IGCC)發(fā)電技術(shù)介紹白海永,傅吉坤(哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責任公司,黑龍江哈爾濱150046)摘要:整體煤氣化聯(lián)合 循環(huán)( ICCC)發(fā)電技術(shù)是煤氣化和蒸汽聯(lián)合循環(huán)的結合,是當今國際正在興起的一種先進(jìn)的潔凈煤( CCT)發(fā)電技術(shù),具有高效低污染、節水、綜合利用好等優(yōu)點(diǎn)。它的原理是:煤經(jīng)過(guò)氣化和凈化后,除去煤氣中9%以上的硫化氫和接近100%的粉塵,將固體燃料轉化成燃氣輪機能燃用的清潔氣體燃料,以驅動(dòng)燃氣輪機發(fā)電,再使燃氣發(fā)電與蒸汽發(fā)電聯(lián)合起來(lái)。關(guān)鍵詞:整體煤氣化聯(lián)合循環(huán);發(fā)電;合成氣;燃氣輪機中圖分類(lèi)號:TK229文獻標識碼:BIntroduction for Electricity or Power Generation Technologyfor Integrated Coal Gasification Combined CycleBai Haiyong ,Fu Jjikun(Harbin Boiler Co. Itd. , Harbin 150046, China)Abstract: The electricity or power generation technology for Integrated Coal Gasification CombinedCycle is combined cycle for coal gasifcation and steam, and it is a kind of clean coal power genera-tion technology in world these days, and its advantage is high efciency , low pollution, sparing wa-ter and integrated using etc. The theory: after coal is gasified and cleaned, 99% H2S and near100% dust in syngas is removed, and solid fuel is changed into clean syngas for gas turbine, andthe gas turbine is drove to generate electricity, and at last gas and steam electricity generation iscombined.Key words :ntegrated coal gaifcation combined cycle; ericity or power generation; syngas, gasturbine燃氣初溫的進(jìn)一步提高和有關(guān)的技術(shù)進(jìn)步,IGCC)引言的凈效率能達到52%或更高。易大型化,單機功整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( IGCC)發(fā)電技術(shù)是將率可達到300MW ~600MW以上。煤的潔凈轉化煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結合的先進(jìn)動(dòng)力與非直接燃煤技術(shù)使它有極好的環(huán)保性能,其系統。IGCC被稱(chēng)作“世界上最潔凈燃煤電站”。NOx和SO2的排放遠低于環(huán)境污染排放標準,脫ICCC具有以下優(yōu)點(diǎn):高效率,且具有提高效率的硫率≥98%，除氨率可達90%,燃煤后的廢物處潛力,目前ICCC供電效率可達42% ~46% ,隨著(zhù)理量最少。耗水量少，比常規汽輪機電站少30%中國煤化工收稿日期:2007-03-15.MYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:白海永(1978-),男,助理工程師,學(xué)士學(xué)位2002年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué),主要從事壓力容器設計工作。第3期白海永，等:整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( ICCC)發(fā)電技術(shù)介紹●45●~ 50% ,示范裝置運行可用率達到85%以上,可產(chǎn)能力最低,不能滿(mǎn)足電站大型化需要,且含焦滿(mǎn)足商業(yè)化運行的要求。能充分綜合利用煤炭資油、酚類(lèi)數量多,難以處理。(3) 流化床氣化爐，源,適用煤種廣。能和煤化工結合成多聯(lián)產(chǎn)系統,如KRW和∪-Gas來(lái)說(shuō),碳的轉化率僅91%~同時(shí)生產(chǎn)電、熱、燃料氣和化工產(chǎn)品。如與生產(chǎn)甲97% ,比前兩種要低很多。另外,以空氣做為氣化醇、醋酸合成氨、尿素等化工過(guò)程相結合,有利于劑時(shí)，可省去復雜空分系統,但煤氣熱值低,不利降低生產(chǎn)成本。IGCC把高效、大容量、清潔、節水于燃燒,且氣化爐容量小,不利于電站大型化;而和綜合利用結合在- -起,是滿(mǎn)足我國21世紀電力采用純度高的氧氣要比用空氣為氣化劑時(shí)冷煤氣可持續發(fā)展的重要發(fā)電技術(shù),有光輝的發(fā)展前景。效率高,但卻增大了廠(chǎng)用電率,這要綜合考慮。1.2 煤氣凈化系統1IGCC系統的組成從氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣含有大量有害雜質(zhì),IGCC由兩大部分組成,即煤的氣化與凈化部無(wú)法滿(mǎn)足燃氣輪機安全可靠運行和環(huán)保法規的要分和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。第- -部分的求,必須預先凈化處理,以除去粗煤氣中的硫化主要包括:煤氣化系統煤凈化系統(包括硫的回物粉塵、氮化物以及堿金屬與鹵化物等有害物收裝置)和空分系統等;第二部分的主要設備有質(zhì)?，F多采用常溫濕法除塵脫硫工藝,相對成熟。燃氣輪機發(fā)電系統、余熱鍋爐和蒸汽輪機發(fā)電系由于在凈化前,先要將高溫煤氣冷卻降溫,雖然可統。典型的IGCC發(fā)電系統工藝過(guò)程如下:煤經(jīng)以回收部分煤氣顯熱,但由于能量的品位降低,必氣化成為中低熱值煤氣,經(jīng)過(guò)凈化,除去煤氣中的將影響到IGCC整體的效率。因此,人們正致力硫化物、氮化物、粉塵等污染物,變?yōu)榍鍧嵉臍怏w于研究開(kāi)發(fā)高溫干法脫硫技術(shù),它與煤氣低溫凈燃料,然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒,加熱氣體化技術(shù)相比能使ICCC的凈效率提高0.7 ~2.0工質(zhì)以驅動(dòng)燃氣透平做功,燃氣輪機排氣進(jìn)入余個(gè)百分點(diǎn)。目前Tampa電站采用常溫濕法的煤熱鍋爐加熱給水,產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅動(dòng)蒸汽輪機做氣凈化工藝再配合10%干法凈化方式,不過(guò)高溫功。干法凈化還處于試驗階段。1.1 煤氣化系統1.3 空分系統利用高壓煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成煤氣,以取代為了供給氣化爐所需的純氧或高濃度富氧的天然氣作為燃料,是發(fā)展ICCC技術(shù)的一個(gè)重要氣化劑,需設置制氧空分系統。對于不同空分系內容。目前IGCC采用的氣化爐主要有三種型統利用不同的壓力等級(高壓或低壓) ,但目前對式:噴流床、流化床和固定床。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。各種壓力等級空分系統大多采用深度冷凍方法分對發(fā)電用途的氣化爐,主要要求是高的碳轉化率離空氣以制取氧氣。如對獨立空分系統,常用低η。和冷煤氣效率η、大容量(盡可能做到單爐電壓(0.6 MPa)流程,一般需把空氣冷卻到- 1729站)以及與發(fā)電設備運行的匹配性好等。(1)噴左右才能進(jìn)入制氧過(guò)程。由于空分系統中氧氣和流床汽化爐a、采用高壓純氧和富氧氧化的噴流氮氣的壓縮耗功很大,采用上述常規空分工藝流床氣化爐,單爐容量最大(2000 ~3 000V/d) ,且由程的IGCC的廠(chǎng)用電耗率較高,因此人們正在研于反應溫度高達1 500 ~2000 C ,碳的轉化率很究使液氮和液氧先增壓,后氣化的空分制氧流程。高(97%以上) ,特別是干法供煤并采用未反應炭ICCC中空分系統和燃氣輪機系統組成的空氣側粒再循環(huán)措施時(shí),如西班牙Puertollano電站采用系統的整體綜合優(yōu)化對IGCC系統的熱力性能、的Prenflo氣化爐和Buggenum電站的Shell氣化投資費用以及運行可靠性等都有很大影響。從空爐的nη。都達到99%,η達到80%左右。b、采用分系統的空氣來(lái)源看,空氣側整體化有獨立空分、完全整體化和部分整體化三種- -體化方式。獨立水煤漿供料噴流床的氣化爐,η。和η都要低些,空分會(huì )使用電率增大,但它運行靈活;完全整體Tex-aco氣化爐η。一般只有96% -98%,n只化方式的廠(chǎng)用電率低,但運行不靈活。比如荷蘭有69% ~75%。因此, Destec氣化爐采用兩段氣Bugg中國煤化工比,廠(chǎng)用電率僅化方式,把提高到80% ~ 82%。(2)固定床氣化10. !YH.CNMH(可的優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)爐,由于煤在爐內停留時(shí)間很長(cháng),反應溫度也高,ICCC工方亞件化在皮的促向, l心CC的經(jīng)濟性也因而碳的轉化率最高,可達99.5% ,但煤氣的生相應提 高,但是完全整體空分方式ICCC運行的●46●鍋爐制造總第209期靈活性卻受到限制。因此,目前ICCC電站較多IGCC電站的裝機容量,使之達到規模經(jīng)濟的水傾向于采用部分整體化方式。平,并盡可能采用單臺大容量的氣化爐和燃氣輪1.4余熱鍋爐及蒸汽輪機系統機,取消備用爐。許多研究表明,裝機容量對投資性能先進(jìn)的IGCC離不開(kāi)高效率的蒸汽底循的影響很大,若機組功率每翻-番,單位造價(jià)將會(huì )環(huán),余熱鍋爐和蒸汽輪機系統不可避免要與煤氣下降10% ~20%。(3)爭取早日轉人批量生產(chǎn),化、凈化系統等進(jìn)行質(zhì)量、能量交換,因此ICCC.不言而喻,若干臺(第N臺)后裝置的造價(jià)將明顯蒸汽系統的聯(lián)結、匹配與優(yōu)化要比一般的聯(lián)合循低于首臺,如美國CRSS公司曾對500MW級環(huán)復雜得多、也重要得多。為了充分地吸收各子IGCC批量生產(chǎn)對價(jià)格影響進(jìn)行詳細分析，其結論系統的余熱、廢熱，目前IGCC系統中,一般根據為:若干臺后造價(jià)將比第一臺下降40%。在進(jìn)行燃氣輪機排氣溫度,合理地選擇蒸汽循環(huán)流程,當經(jīng)濟性分析時(shí),多采用下列的成本減小系數R:第燃氣輪機排氣溫度T4低于538 C時(shí),不采用再一臺,R=1.1;第二臺,R=0.9;第三臺,R=0.8; .熱循環(huán)方案;當高于580 C時(shí),采用多壓再熱方第四臺,R=0.7。(4)燃用廉價(jià)的高硫煤, ICCC案。另外,一般不從汽輪機排汽加熱給水，同時(shí)盡的優(yōu)勢還在于能燃用高硫煤,若燃用比常規PC .可能提高蒸汽初溫和初壓,如Buuggenum電站采電站便宜10-25%的煤,則會(huì )使發(fā)電成本降低用雙壓再熱方案(12.9 MPa/511 C ,2.9 MPa/51110%左右。再者很好利用銷(xiāo)售副產(chǎn)品(包括單質(zhì)C)。隨著(zhù)燃氣輪機初溫的提高,IGCC中蒸汽循硫、玻璃狀渣等) ,則經(jīng)濟性還會(huì )進(jìn)一步改善。環(huán)完全有可能采用更高蒸汽參數,現在有學(xué)者在.3結束語(yǔ)研究設計亞臨界、甚至超臨界的IGCC蒸汽系統。2制約ICCC走向商業(yè)化的因素及除了，上述供電效率和成本問(wèn)題外,IGCC電站運行的可靠性、可用性和維護性也是使它盡快轉采取的措施人商業(yè)化階段的重要因素。只有它的運行可用率制約ILCC走向商業(yè)化的主要因素是投資費提高了,才能承擔發(fā)電設備的基本任務(wù)。第一階用和發(fā)電成本過(guò)高,即經(jīng)濟性問(wèn)題。早期ICCC段的IGCC電站就已經(jīng)顯示出它有足夠高的可靠示范工程的單位造價(jià)高達$2 500/kW以上,目前性及可用率,已經(jīng)接近常規電站的可用率。Bugge計劃籌建的項目也介于$1 500~ $2 500/KW之-num電站IGCC機組在1997年6月以后的運間。為了突破這個(gè)瓶頸,人們采取的措施主要有:行可用率已達到85% ,而氣化島部分的運行可用(1)繼續改進(jìn)關(guān)鍵設備，優(yōu)化和簡(jiǎn)化系統,不斷提率已達95%。這證明IGCC發(fā)電技術(shù)能滿(mǎn)足電力高系統性能如應用新一代燃氣輪機(G型或H工業(yè)對發(fā)電設備的基本要求。在污染物排放方型系列產(chǎn)品)和高溫干法凈化技術(shù),優(yōu)化整體空面，也開(kāi)發(fā)了一-些新技術(shù),比如抑制NOx產(chǎn)生的分方案以及發(fā)展ICHAT和多聯(lián)供ICCC等。技措施有:加濕合成煤氣;回注N;向燃燒室注水或術(shù)進(jìn)步和性能提高將使IGCC投資成本迅速下蒸氣;應用預混稀相燃燒的干式低NOx( DLN)燃降。在對整個(gè)系統的優(yōu)化組合方面,過(guò)去的優(yōu)化燒室;分級燃燒和催化燃燒等措施。隨著(zhù)ICCC措施多局限于對特定的流程結構或具體案例分各系統技術(shù)的不斷完善,它的運行可用率還有走折,或特定條件下的某些參數的優(yōu)化,這種方法還高的趨勢。隨著(zhù)ICCC技術(shù)進(jìn)-步發(fā)展,特別是是局部?jì)?yōu)化,相對于整個(gè)系統來(lái)說(shuō),未必是最優(yōu)達到規模經(jīng)濟容量水平和批量生產(chǎn)后,其單位造的。因而,現在研究- -種參數和流程同步優(yōu)化,嘗價(jià)會(huì )大幅度下降,從而顯示出它的強大的競爭力。試利用此方法對ICCC系統燃氣側頂循環(huán)系統、空分系統側及余熱鍋爐側底循環(huán)系統進(jìn)行了優(yōu)化并得出了一些有意義的結論。(2) 繼續增大(編輯:劉寶珍)中國煤化工CNMHG歡迎刊登廣H1H