基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數對氣化性能的影響

東北電力技術(shù)NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY2014年第4期基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數對氣化性能的影響陳曉利,高繼錄2,樊偉3,王巖4(1.國家電站燃燒工程技術(shù)研究中心,遼寧沈陽(yáng)110034;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧沈陽(yáng)10006;3.華能營(yíng)口熱電有限責任公司,遼寧營(yíng)口115000;4.遼寧東方發(fā)電有限公司,遼寧撫順113007)摘要:利用 Thermoflex建立基于兩段式水煤漿氣化的氣化島流程模型,對影響兩段式水煤漿氣化性能的氣化參數進(jìn)行分析,研究二段給煤比對氣化性能的影響。結果表明,隨著(zhù)二段給煤比的增加,合成氣的有效氣含量降低,而冷煤氣效率先升后降。二段給煤比存在最佳值,綜合考慮氣化溫度和冷煤氣效率,最佳二段給煤比為0.1~0.15關(guān)鍵詞:兩段式;水煤漿氣化;氣化參數;二段給煤比;氣化性能[中圖分類(lèi)號]TQ546[文獻標志碼]A[文章編號]1004-7913(2014)04-0042-0Effects of Gasification Parameters on Performance ofGasification Based on Two-stage Coal-slurry GasificationCHEN Xiao-li, GAO Ji-lu, FAN Wei WANG Yan1. National Power Plant Combustion Research Center, Shenyang, Liaoning 110034, China;2. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co, Ltd., Shenyang, Liaoning 110006, China3. Huaneng Yingkou Thermal Power Co, Ltd, Yingkou, Liaoning 115000, China;4. Liaoning Dongfang Power Plant Co, Ltd, Fushun, Liaoning 113007, China)Abstract: Gasificatio island based on two-stage coal-slurry gasification is established using software ThermoFlex". Gasification paameter that effects gasification performance of two-stage coal-slurry gasification are analyzed, and effect of two-stage coal ratio on gasfication performance is studied. The results show that as two-stage coal ratio increases, effective gas content decreases, and cold gasefficiency firstly increases and then decreases. There is an optimal value of two-stage coal ratio. Considering gasification temperatureand cold gas efficiency, the optimal two-stage coal ratio is 0. 1-0. 15.Key words: Two-stage: Coal-slurry gasification; Gasification parameter; Two-stage coal ratio: Gasification performanceIGCC發(fā)電技術(shù)是煤氣化技術(shù)與聯(lián)合循環(huán)相結合的先進(jìn)動(dòng)力系統技術(shù),其系統流程如圖1所示。原煤制備可見(jiàn),LGCC技術(shù)由空分技術(shù)、氣化技術(shù)、凈化技術(shù)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)組成,具有效率高、環(huán)保性燃氣輪機發(fā)電機能好、耗水量少、煤種適應性廣等優(yōu)點(diǎn),為未來(lái)實(shí)燃機島現CO2零排放提供可能,是實(shí)現潔凈煤發(fā)電的重要途徑,代表了未來(lái)電力技術(shù)的發(fā)展方向1。蒸汽輪機余熱鍋爐IGCC系統主要由氣化島、燃機島和常規島組成,常規島與燃機島和常規島相比,氣化島系統最為復雜,涉及到的關(guān)鍵技術(shù)最多,其中最主要的是氣化技術(shù),圖1典型的IGCC系統流程因不同氣化技術(shù)氣化性能不同,其好壞直接影響漿氣化的氣能的響中國煤IGCC系統性能,因此,選擇適合的氣化技術(shù)是化工CC系統設計的關(guān)鍵,而研究氣化島系統變工況1影響氣CNMHG特性是研究IGCC系統變工況特性的基礎4。本不同的氣化參數直接影響氣化爐的氣化性能,文從氣化島系統的角度出發(fā)研究了基于兩段式水煤而氣化爐的性能又決定著(zhù)氣化島系統性能,因此合2014年第4期陳曉利,等:基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數對氣化性能的影響理選擇氣化參數有利于提高氣化爐的氣化性能。不M為水煤漿的總供入量,kg/h同的氣化技術(shù)影響參數不同,在煤種選定的條件下,影響水煤漿氣化性能的參數有氣化溫度、氣化2基于兩段式水煤漿氣化的氣化島模型壓力、水煤漿濃度、氧煤比和二段給煤比等,但由兩段式水煤漿氣化技術(shù)在一段式水煤漿氣化技術(shù)于氣化溫度受水煤漿濃度、氧煤比等參數的影響,的基礎上發(fā)展而成。兩段式水煤漿氣化技術(shù)的氣化原同時(shí)還受煤灰熔點(diǎn)的制約,而氣化壓力主要取決于理:將一定量的水煤漿和氧氣通過(guò)噴嘴送去一段反應產(chǎn)品合成氣的用途,因此影響水煤漿氣化性能的獨區;在一段反應區內水煤漿和氧氣發(fā)生氣化反應,生立參數有氧煤比和水煤漿濃度。對于兩段式氣化技成的高溫合成氣進(jìn)入一段反應區上方的二段反應區術(shù),獨立參數還包括二段給煤比。由于水煤漿濃度在二段反應區內通過(guò)噴嘴將剩下的水煤漿送入,利用和氧煤比對一段式和兩段式水煤漿氣化的氣化性能段反應區生成的高溫合成氣的熱量使煤中揮發(fā)分析的影響基本相同,且已有不少關(guān)于這2個(gè)參數的研出并發(fā)生一部分氣化反應,提高合成氣的低位發(fā)熱究,因此,本文重點(diǎn)研究了二段給煤比對兩段式水量,進(jìn)而提高冷煤氣效率,同時(shí)達到降低合成氣出口煤漿氣化性能的影響。溫度的目的。因此,與一段水煤漿氣化技術(shù)相比,兩1.1水煤漿濃度段式水煤漿氣化技術(shù)的冷煤氣效率高。水煤漿濃度是水煤漿氣化技術(shù)特有的技術(shù)指基于兩段式水煤漿氣化的氣化島模型見(jiàn)圖2。標,直接影響水煤漿的著(zhù)火性能和熱值,是非常重空氣系統和凈化系統的模型與一段式水煤漿氣化的要的工藝參數。研究水煤漿濃度對氣化性能的影響氣化島模型相同。氣化單元采用 Thermoflex軟件的十分必要,可為水煤漿濃度的選擇提供技術(shù)基礎。 Gasification庫中 Gasifier Type?3- Two stage slurry模1.2氧煤比型。模型的計算原理與 Gasifier Typel- One stage在煤氣化過(guò)程中,氧碳摩爾比(簡(jiǎn)稱(chēng)O/C) slurry模型相似。區別為 Gasifier Type3- Two stage對煤氣化性能有很大影響。OC為供入氣化爐的sury模型需要輸入二段給煤比。氧氣和煤中的氧摩爾數之和與供入氣化爐的煤中的氣化單元的氣化流程:一部分水煤漿和99%碳摩爾數的比值,為無(wú)量綱量,數值與氧煤比接的純氧一起噴入氣化爐的第一段反應區發(fā)生氣化反近。因此,在工程中也常被稱(chēng)為氧煤比。應,并使灰熔化成液態(tài)渣,通過(guò)氣化爐的底部排渣Mo+MO/C(1)口進(jìn)入到激冷室,形成玻璃狀惰性渣;在第一段反應區內生成的粗合成氣向上流動(dòng),進(jìn)入到氣化爐的式中:M為供人氣化爐的氧氣中的氧摩爾數,第二段,這是一個(gè)有耐火磚襯里的垂直管段;在第mol;Ma為供入氣化爐的煤中的氧摩爾數,mol;二段反應區入口處再?lài)娙肓硪徊糠炙簼{,利用第M。為供入氣化爐的煤中的碳摩爾數,mol一段合成氣的顯熱氣化二段進(jìn)入的水煤漿。由于在氧煤比直接影響著(zhù)氣化溫度,同時(shí)也是標定耗第二段反應區內水分的蒸發(fā)和吸熱的化學(xué)反應,使氧量的方法之一?？刂蒲趺罕葹榭刂乒┤霘饣癄t的粗合成氣溫度降到1000℃左右,因此省去了昂貴氧元素與碳元素的摩爾比,使得氣化生成的合成氣的輻射廢鍋。中有效氣(CO+H12)含量提高,以達到降低投3二段給煤比對兩段式水煤漿氣化性能的資、提高收益的目的71.3二段給煤比影響由兩段式氣化技術(shù)的原理可知,二段反應區內兩段式與一段式水煤漿氣化的區別在于氣化爐的給煤量(二段給煤比)是影響其氣化性能的重的反應區分為兩段。在一段反應區內,一部分水煤要參數之一。因此,與一段式氣化技術(shù)相比,在研漿與空分來(lái)的氧氣發(fā)生氣化反應生成高溫合成氣,究氣化參數對兩段式氣化性能的影響時(shí),還應研究向上進(jìn)入到二段反應區;在二段反應區內,噴入剩二段給煤比對氣化性能參數。余部分的水煤漿,利用第一段來(lái)的高溫合成氣使得兩段式水煤漿氣化的二段給煤比水煤漿發(fā)生中國煤化工們氣化反應,以R。(2)提高合成CNMHG有效利用合成氣中的熱量,使氣化爐出口的合成氣溫度降低,顯式中:M為二段反應區供入的水煤漿量,kg/h;熱損失較小,達到提高冷煤氣效率的目的。東北電力技術(shù)2014年第4期空分系統氣化系統化系統純氧送入HRSG的高壓過(guò)熱器來(lái)自高壓省煤器給水燃機抽氣冼滌塔燃氣冷卻器粗燃氣過(guò)熱器空排渣對流廢鍋送入燃機島的來(lái)自燃機島的燃料濕飽和器燃料濕飽和器空分裝置兩段式水煤漿氣化爐脫硫裝置凈合成氣圖圖2基于兩段式水煤漿氣化建立的氣化島模型圖3為OC為0.83時(shí)二段給煤比對一段氣化給煤比>0.25時(shí),冷煤氣效率<70%,表明存在溫度和二段氣化溫度的影響?？梢?jiàn),隨二段給煤比一個(gè)最佳的二段給煤比。當二段給煤比大于最佳值的增加,一段和二段氣化溫度均呈降低趨勢,且二時(shí),不利于發(fā)揮兩段式氣化工藝的優(yōu)勢,導致冷煤段氣化溫度的降低幅度明顯高于一段氣化溫度。這氣效率快速降低。是由于在兩段式水煤漿氣化爐中,只有一段反應區圖4為當O/C為0.83時(shí)二段給煤比對氣化爐加入氧氣,在二段反應區中只加入了水煤漿,因出口合成氣成含量的影響?？梢?jiàn),隨著(zhù)二段給煤比此,在保持一段氧煤比不變的條件下,增大二段給的增加,氣化爐出口合成氣中CO含量降低;H2煤比,使得一段反應區的給煤量降低,進(jìn)人到氣化含量增大,但增大幅度很小;CO2和CH,含量均爐內的氧量降低,最終氣化爐內一段反應區的溫度增加;H2O含量先減小后緩慢增加。這是因為,快速降低。由氣化原理可知,二段反應區是利用方面增加二段給煤比會(huì )導致氣化溫度降低,而氣段反應區生成的高溫合成氣的熱量發(fā)生的反應。另化溫度的降低使得C與CO2和C與H1O的還原反外,增大二段給煤比使得進(jìn)入到二段反應區的水量應速度降低,不利于CO生成;另一方面,在二段增大,加快了二段氣化溫度的降低。反應區主要發(fā)生水煤氣變換反應和甲烷化反應,及煤脫揮發(fā)分生成焦的反應。受到這兩方面影響.83CO含量隨著(zhù)二段給煤比的增加而降低,CO2卻相811800段氣化溫度應增加,而H2O含量呈先減小后緩慢增加的趨勢。段氣化溫度二-冷煤氣效率由于氣化溫度繼續降低(1000℃左右)時(shí),C和了H2O之間的反應活性要優(yōu)于C和CO2之間的反應0/C=0.83是300.000.050.100.150.200.250.30段給煤比R圖3氣化溫度和冷煤氣效率隨二段給煤比的變化關(guān)系由圖3可知,隨著(zhù)二段給煤比的增加,冷煤氣爾要了了餐白效率先增后降,當二段給煤比增大到0.1時(shí),冷煤TH中國煤化工氣效率達到最大值79.42%;而當二段給煤比為CNMHGO0.15時(shí),冷煤氣效率為74.94%。說(shuō)明兩段式水煤二段給煤比R漿氣化工藝具有提高冷煤氣效率的潛力。而當二段圖4二段給煤比對合成氣氣體組分含量的影響2014年第4期陳曉利,等:基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數對氣化性能的影響(反應速率要快些),使得H2受氣化溫度降低的影先增后降。響比Co要小。因此,H2含量稍微增加,且增大c.二段給煤比存在著(zhù)最佳值,綜合考慮到氣的幅度很小?；瘻囟群屠涿簹庑?在本文的計算條件下,最佳在二段反應區內主要發(fā)生水煤氣變換反應和甲二段給煤比為0.1~0.15烷化反應,及煤脫揮發(fā)分生成焦的反應。因此,增大二段給煤比,使得煤熱解部分增加,進(jìn)而使得參考文獻CH4的生成量增加,氣化溫度降低,降低了CH4[1]許世森IGCC與未來(lái)煤電[J.中國電力.200,38的分解率,因此合成氣中CH4的含量增加。(2):13-17隨著(zhù)二段給煤比的增加,合成氣的有效氣含量2]段立強,徐鋼,林汝謀,等ICC系統熱力與環(huán)境性能結合的評價(jià)準則[J].中國電機工程學(xué)報,2004,24降低,當二段給煤比從0增大到0.3時(shí),有效氣含(12):263-267量從65.63%降低到60.5%。因此,受到有效氣含[3]李巖,武慶源,王鵬汽輪機進(jìn)汽參數改變對機組經(jīng)量的降低和CH4的含量增加的相關(guān)作用,冷煤氣濟性的影響[冂].東北電力技術(shù),2010,31(7):4-8.效率隨著(zhù)二段給煤比的增加先增后降。因此,二段[4]薛永鋒,楊尚文,國產(chǎn)6OMW超臨界機組滑壓運行方式試給煤比存在著(zhù)最佳值,綜合考慮到氣化溫度和冷煤驗研究[J].東北電力技術(shù),2010,31(10):11-14[5]趙偉光,張景彪,張偉.N000-25/600/600型汽輪機組氣效率,在本文的計算條件下,最佳二段給煤比為能耗診斷分析[J].東北電力技術(shù),2011,32(4):10.1~0.15。[6]鄧世敏,危師讓,林萬(wàn)超,IGCC系統專(zhuān)用單元模型研究4結論[冂].中國電機工程學(xué)報,2001,21(3):34-36.a.隨著(zhù)二段給煤比的增加,合成氣的有效氣7意華壓力,媒漿濃度、氧媒比對水媒漿氣化的影響[J].化肥設計,2010,48(5);23-26含量降低,而合成氣中CH4的含量增加,當二段作者簡(jiǎn)介:給煤比從0增大到0.3時(shí),有效氣含量從65.65%陳曉利(1982-),女,博士,工程師,主要從事煤氣化降低到60.5%。IGCC及多聯(lián)產(chǎn)、燃氣輪機等技術(shù)研究工作。b.受到有效氣含量的降低和CH4的含量增加的相關(guān)作用,冷煤氣效率隨著(zhù)二段給煤比的增加(收稿日期2014-01-15).心,心心.心心.心.心心.心心.心·心.心.心心心心心心·心心·心心帶心心心·心·心心心帶心心··心心·心非心心·出版物上日期、時(shí)間、時(shí)刻的表示1全數字式日期表示法但仍可按習慣使用。①一個(gè)全數字式日期由時(shí)間元素“年、月、日”組成。3日期與時(shí)間的組合表示②一個(gè)全數字日期應按如下順序表示:即年、月、日。當日期與時(shí)間的表示組合時(shí),其時(shí)間元素應按如下順③全數字日期只允許用阿拉伯數字表示,即“0,1,序排列:年、月、日、時(shí)、分、秒。2,3,4,5,6,7,8,9”。如果需要,也可使用分隔符。例如:當陽(yáng)歷日期1981年8月25日與時(shí)間14時(shí)12分④時(shí)間元素的表示:年用4位數表示;月用2位數表36秒組合時(shí),可表示為“19810825141236”(在數據處理示;日用2位數表示系統之間交換時(shí)用);或“1981-08-25-14:12:36”⑤1981年8月24日可表示為如下形式之一:(便于人們理解)。19810824(不用分隔符);1981-08-24(用連字符分4a(年)、d(天)、h(小時(shí))在敘述文中的用法隔);19810824(用間隔字符分裂隔)。①電臺每天播放18h。2時(shí)間、時(shí)刻的表示②每隔1~2a,舉辦1次國際學(xué)術(shù)討論會(huì )。①表示時(shí)間。例如:“今天植樹(shù)共用了1h30mn30so③3d后,我們去北京。②表示時(shí)刻。例如:“1959年10月23日10時(shí)53分10需要說(shuō)明的是,以上用法只是作為一種可以表述的方秒?！薄懊魈焐衔?h30min”。法提出來(lái),目前并不著(zhù)意強調其使用。③“星期(周)、月、年”不是時(shí)間的法定計量單位,中國煤化工使用原則及方法》CNMHG