潔凈煤氣化與分布式能源系統

第26卷第7期煤氣與熱力Vol. 26 No.72006年7月GAS & HEATJul. 2006冷熱電聯(lián)供潔凈煤氣化與分布式能源系統張洪偉'，康煒'，祝漢萍'，沈菊”(1.中國五環(huán)化學(xué)工程公司，湖北武漢430079; 2.武漢科技學(xué)院，湖北武漢430073)摘要:論述了粉煤氣化的工藝流程及其特點(diǎn)、分布式能源系統的特征、潔凈煤氣化與分布式能源系統相結合的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電流程及其優(yōu)勢,指出潔凈煤氣化和分布式能源系統相結合具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:潔凈煤氣化; 粉煤氣化; 分布式能源 系統.中圖分類(lèi)號: TU995;TU996文獻標識碼: B文章編號: 1000 -4416( 2006)07 -0054 -03Clean Coal Gasification and Distributed Energy SystemZHANG Hong-wei'，KANG Weil ，ZHU Han-ping' ，SHEN Ju2(1. China Wuhuan Chemical Engineering Corp, Wuhan 430079 , China; 2. Wuhan University ofScience and Engineering, Wuhan 430073, China)Abstract: The technological process and characteristics of powdered coal gasification, the charac-teristics of distributed energy system, the process and advantages of combined cycle power generation u-sing clean coal gasification and distributed energy system are expounded. It is pointed out that the combi-nation of clean coal gasification and distributed energy system has a broad development prospect.Key words: clean coal gasification; powdered coal gasifcation; distributed energy system潔凈煤技術(shù)是人們在研究、利用、開(kāi)發(fā)煤炭資源示出其他技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),因此成為煤氣化技的綜合過(guò)程中,采用潔凈的、安全的、無(wú)污染或最小術(shù)發(fā)展的主流[5-9]。殼牌粉煤氣化和德士古水煤漿污染的，且煤炭利用效率又是最高的煤炭開(kāi)采、加氣化兩種工藝可謂潔凈煤氣化技術(shù)的代表。工燃燒、氣化、轉化等-系列技術(shù)。潔凈煤技術(shù)包殼牌粉煤氣化是殼牌公司開(kāi)發(fā)的獨具特色的潔括水煤漿、循環(huán)流化床、潔凈煤氣化、煤液化煙氣回凈煤氣化工藝。殼牌公司在渣油氣化技術(shù)取得工業(yè)收、電廠(chǎng)粉煤灰利用等多項主要技術(shù)1-4]。本文主化成功經(jīng)驗的基礎上,于1972年開(kāi)始從事粉煤氣化要介紹潔凈煤氣化技術(shù)及其在分布式能源系統中的的研究。1978年第一套中試裝置在德國漢堡建成應用。并投入運行;1987年在美國休斯敦建成的8投煤量1殼牌( Shell)粉煤氣化工藝為250 ~ 400 Vd的示范裝置投產(chǎn);1993年在荷蘭的潔凈煤氣化技術(shù)是潔凈煤技術(shù)中的一-項重要內丹馬克電廠(chǎng)建成日投煤量為2 000 Vd的大型煤氣容。自20世紀80年代后,潔凈煤氣化技術(shù)得到了化裝置,該裝置用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,裝置開(kāi)工率達快速發(fā)展,并取得了重大成果,進(jìn)行了商業(yè)化運作。95%以上。潔凈煤氣化技術(shù)是以水煤漿或干粉煤為原料,采用中國煤化工先進(jìn)的氣流床反應器加壓氣化效率大大提高。該YHCNMHGf經(jīng)干燥處理后進(jìn)入技術(shù)在環(huán)境保護原料多樣性、熱效率等諸多方面顯高壓煤粉倉,再由氮氣送人燒嘴燃燒。來(lái)自空氣分●54●第7期張洪偉,等:潔凈煤氣化與分布式能源系統第26卷離裝置的氧氣經(jīng)氧氣預熱器加熱到- -定的溫度后與顆粒,性質(zhì)穩定。氣化污水中含氰化物少,容易處中壓過(guò)熱蒸汽混合并導入噴嘴,煤粉、氧氣和蒸汽在理。爐膛內充分反應,生成主要成分為CO和H2的合成2煤氣化技術(shù)在分布式能源系統中的應用氣。在氣化爐的頂部,約1 500 C的高溫合成氣被2.1分布式能源冷熱電三聯(lián)供系統經(jīng)冷卻后的合成氣激冷至900 C左右進(jìn)入廢熱鍋分布式能源冷熱電三聯(lián)供系統, (簡(jiǎn)稱(chēng)分布式爐,回收熱量后合成氣溫度降至350 C左右,進(jìn)入旋能源系統),從提高能源利用效率和降低污染物排風(fēng)除塵器和陶瓷過(guò)濾器,9%0 的粉塵被除去,然后進(jìn)放的角度出發(fā),通過(guò)能量梯級利用,使熱工設備產(chǎn)生人洗滌塔降溫至40 C左右,合成氣一部分返回氣化的具有高品位的蒸汽/燃氣帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電,冬季利爐做激冷氣,其余部分進(jìn)人脫硫工段。用熱工設備的抽汽排汽/尾氣向用戶(hù)供熱,夏季利在廢熱鍋爐及氣化爐水冷壁內產(chǎn)生的蒸汽(高用吸收式制冷機向用戶(hù)供冷,全年提供衛生熱水或壓或中壓)除少量用于系統本身外,其余的外供。其他用途的熱能,是一體化多聯(lián)供能源系統[10”16! 。從洗滌塔排出的黑水在閃蒸槽進(jìn)行減壓閃蒸,閃蒸分布式能源系統的主要特征包括以下6個(gè)方液再進(jìn)人汽提塔汽提,經(jīng)過(guò)初級處理后的灰水送至面:①燃料的多元化;②設備的小型、微型化;③冷熱污水處理裝置作進(jìn)-步處理,閃蒸氣及汽提氣送鍋電聯(lián)產(chǎn)化;④網(wǎng)絡(luò )化;⑤智能化控制和信息化管理;爐作燃料氣。在氣化爐燃燒段產(chǎn)生的高溫熔渣流人⑥高標準的環(huán)保水平[1”。其中燃料的多元化，設備氣化爐下部激冷室,進(jìn)行激冷后進(jìn)人鎖斗定期排放,的小型、微型化,冷熱電聯(lián)產(chǎn)化和高標準的環(huán)保水平鎖斗內的灰水經(jīng)鎖斗循環(huán)泵升壓并冷卻后返回激冷代表著(zhù)能源技術(shù)發(fā)展的重要方向。室循環(huán)使用。2.2煤氣化技術(shù)與分 布式能源系統的結合1.2 殼牌粉煤氣化的工藝特點(diǎn)目前,分布式能源冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統主要以石油①氣化爐采用水冷 璧結構,無(wú)耐火磚襯里,維或天然氣作為燃料。隨著(zhù)煤氣化技術(shù)的快速發(fā)展，護量較小，運行期長(cháng),不需要備用爐?？蓪煞N先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行結合,盡顯其優(yōu)勢,見(jiàn)圖1。②采用干煤粉進(jìn)料,加壓氮氣輸送,連續性好,氣化爐操作穩定。燃燒室③可供選擇的煤種較多 ,從煙煤、無(wú)煙煤褐燒氧氣煤到石油焦均可氣化。對煤的活性沒(méi)有要求,對煤蒸光?；細廨啓C}(發(fā)電)的灰熔點(diǎn)適應范圍寬。對于高灰分、高水分、含硫量高的煤種也同樣適用?；以酂崾桨幕嚈C組一制冷④氣化溫度高(約為 1 400~1 700 C) ,碳的熱水轉化率高(大于等于99% ) ,合成氣中有效氣體組分含量高(C0、H2的體積分數之和約為90%) ,氣體潔圖1煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā) 電流程凈,不含重烴,甲烷含量極低。Fig.1 Process of coal gasification combined cycle⑤單位體積合 成氣的煤耗、氧耗量低。power generation⑥單臺氣化爐的生產(chǎn)能力大。據有關(guān)資料介煤氣化分布式能源系統聯(lián)合循環(huán)發(fā)電就是以煤紹,目前投入運行的氣化裝置中，單臺氣化爐的日處氣化得到的煤氣作為燃料,來(lái)代替常規系統中的氣理量>2 000 Vd。體或液體燃料,以達到提高熱效率的目的。其流程⑦熱效率高。 冷煤氣效率為81% ~83%,總為:將煤氣化產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過(guò)脫硫等凈化處理,把煤的熱效率約為98%。氣中的灰含硫化合物等雜質(zhì)除掉，成為清潔的、具⑧氣化爐燒嘴壽命長(cháng)(達到8000 h) ,氣化壓.有一定壓力的潔凈煤氣,供給燃氣輪機做功發(fā)電,其力可根據需要進(jìn)行選擇,為2.5 ~4.0 MPa。中國煤化士制冷/制熱系統以向.⑨氣化操作采用先進(jìn)的 自控系統,設有必要月水。分布式冷熱電CNMH G氣化技術(shù)是該聯(lián)合的安全聯(lián)鎖,使氣化操作處于最佳狀態(tài)。聯(lián)產(chǎn)x小舊比權成不,四山床①氣化爐排出的高溫熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀循環(huán)發(fā)電系統需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。, 55.第7期煤氣與熱力第26卷2.3煤氣化分布式能 源系統聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的優(yōu)勢與熱力,1995 ,15(4):12- 14.煤氣化分布式能源系統聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是一種先[2] 張樹(shù)軍,史志清, 焦玉新.地下氣化煤氣的發(fā)電應用進(jìn)的“綠色發(fā)電"方式,其熱效率高,環(huán)保性能良好。[J].煤氣與熱力,2003 ,23(9) :571 -572.隨著(zhù)煤氣化、凈化和聯(lián)合循環(huán)等技術(shù)的發(fā)展,煤氣化[3] 沈余生.煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電介紹[J].煤氣與熱-分布式能源系統技術(shù)將向大型化方向發(fā)展,這種力,990,10(1):12-17.新型發(fā)電技術(shù)在進(jìn)一-步提高效率方面仍有很大潛[4]董忠民 ,張銀行.魯奇加壓氣化工藝的管理和改進(jìn)力。采用高溫煙氣凈化系統,提高燃氣輪機進(jìn)口煤[J].煤氣與熱力, 199,19(6):6-8.氣溫度,開(kāi)發(fā)大容量、高效率的氣化爐，集收塵、脫硫[5]王旭賓. 德士古煤氣化工程技術(shù)問(wèn)題的探討[J].煤于一體,改變過(guò)去相對單純的傳統火電設計為多種氣與熱力,2004 ,24(4) :343 -344.工藝過(guò)程組合的總體工藝設計,這些措施將使煤氣[6] 黃鋒.德士古煤氣化技術(shù)概況[J].煤氣與熱力，1985 ,5(4):2-7.化-分布式能源系統聯(lián)合循環(huán)發(fā)電成為更加完善的[7] 王旭賓德士古煤氣化裝置運行狀況及問(wèn)題的探討有機統- -的整體。[J].煤氣與熱力,997,17(6):5-9.12.煤炭的運輸成本比氣體的運輸成本高得多,發(fā)[8]王旭賓. 水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的完善[J].煤氣電用煤長(cháng)距離輸送給運輸業(yè)造成沉重的負擔,這么與熱力,2000 ,20(1):21 -22、25.巨大的煤炭運輸量不僅占用有限的鐵路資源，而且[9] 逄進(jìn),彭萬(wàn)旺,步學(xué)朋,等.加壓粉煤流化床氣化的開(kāi)加大了公路運輸基礎建設的投人，也給運輸沿線(xiàn)的發(fā)研究[J].煤氣與熱力,1999,19(1):3-7.生態(tài)環(huán)境造成極大的負面影響。而氣體的輸配只需[10]張洪偉 ,黃索逸分布式能源系統的性能分析與應用要敷設管道即可,而且可以利用已有的管網(wǎng)進(jìn)行煤[J].暖通空調,2004,(5):47 -51.氣的輸送,既經(jīng)濟又清潔。殼牌粉煤氣化具有煤種適應性強的特點(diǎn)，因此[11]胡文斌， 華賁.建筑物小型熱電聯(lián)供技術(shù)的研究展望[J].煤氣與熱力,2002 ,22(2):147 - 150.可以充分利用我國豐富的煤炭資源,在富煤區大力[12]李芳芹 ,魏敦崧.天然氣冷熱電聯(lián)供的熱經(jīng)濟性分析發(fā)展煤氣化工業(yè),通過(guò)燃氣輸配管道將氣化產(chǎn)物供[J].煤氣與熱力,2002 ,22(6) :494 - 496.499.給用戶(hù),達到高效利用能源的目的。[13]盛凱夫,饒如鱗. 燃氣機驅動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統的發(fā)展3結語(yǔ)前景[J].煤氣與熱力,2002 ,22(6) :510-514.我國的資源國情決定了在能源消費結構中煤炭[14]薛梅,董華. 天然氣熱電冷聯(lián)供系統的效益分析[J].將長(cháng)期作為主要的一次能源,但是動(dòng)力煤灰分高含煤氣與熱力,2003 ,23(5) :309 -311.硫量大。由于經(jīng)濟、技術(shù)及環(huán)境標準方面的原因,一[15]李迎建,谷坤明. 天然氣總能系統制冷性能及成本分般電站發(fā)電效率低,煙氣除塵、脫硫效率低,環(huán)境污析[J].煤氣與熱力,2004 ,24(10) :563 - 566.染嚴重。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展、社會(huì )的進(jìn)步,人們逐漸認[16]胡文斌,華賁,郭荷清.蓄冷模式下樓宇熱電冷聯(lián)供識到能源的有限性和環(huán)境保護的重要性,怎樣在保系統的分析[J].煤氣與熱力,2004,24(12):670 -持經(jīng)濟高速發(fā)展的同時(shí),避免過(guò)度消耗能源和嚴重674.污染人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境,這是擺在世人面前急需[17]徐建中. 分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)的前景[J].節能解決的問(wèn)題。因此,大力發(fā)展高效、潔凈的“綠色能與環(huán)保,2002 ,(3):10-14.源”,是能源工業(yè)發(fā)展的主旋律。煤氣化分布式能源系統聯(lián)合循環(huán)發(fā)電適應了這-發(fā)展趨勢,必將成作者簡(jiǎn)介:張洪偉(1979- )， 男，遼寧營(yíng)口人，為能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一主攻方向。碩士，主要從事煤化工工程設計工作。電話(huà):(027 )62486734參考文獻:E - mail:zhanghongwei@ cwcec. com[1] 徐永生.歐洲煤炭地下氣化的開(kāi)發(fā)及前景[J].煤氣中國煤化工1日期:2006 -01 -05MHCNMHG●56.