對國外煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的考察

★世界煤炭★對國外煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的考察兗礦集團煤化工籌備辦公室韓梅摘要煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術(shù)具有優(yōu)越的環(huán)保性能及較高的效率。根據對英國殼牌公司總部、荷蘭殼牌公司技術(shù)總部及法國法液空公司國際工程部的考察,介紹了殼牌煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展過(guò)程、工藝流程和該工藝技術(shù)在荷蘭Demkolec電廠(chǎng)的應用情況;介紹了法液空公司的空分技術(shù)及其在1GCC上的應用形式。根據考察結果,對《兗礦高硫煤潔凈利用創(chuàng )新項目》的優(yōu)勢及IGCC技術(shù)的可靠性及經(jīng)濟性進(jìn)行了再評價(jià)。關(guān)鍵詞: IGCC 考察殼牌公司 法液空公司附近,一臺150t/d的示范工廠(chǎng)投入運轉至1983 年。1引盲1987~1991年在美國德克薩斯州休斯敦附近的1999年4月18日~5月5日,由兗礦集團、國Shell Oil's Deer Park Manufacturing Complex運行家計委和山東省計委組成的技術(shù)考察組,分別對英了一臺250t/d的示范裝置，運轉時(shí)間長(cháng)達15 000h,國殼牌公司總部、荷蘭殼牌公司技術(shù)總部及法國法共有18個(gè)不同煤種(包括石油焦)在此進(jìn)行過(guò)氣化液空公司國際工程部進(jìn)行了技術(shù)考察。此次考察的試驗。在運行期間收集了關(guān)于環(huán)境、工程以及操作的任務(wù)是:廣泛數據,為商業(yè)設計提供了大量的基礎數據.殼牌(1)對殼牌公司擁有的殼牌煤氣化工藝技術(shù)進(jìn)煤氣化工藝技術(shù)的第一個(gè)商業(yè)應用是荷蘭的行考察了解,重點(diǎn)了解該工藝技術(shù)在煤氣化聯(lián)合循Demkolec工程。該示范廠(chǎng)于1998年1月1日結束環(huán)發(fā)電(IGCC)裝置上的應用情況。示范,正式移交給當地的EPZ電力公司使用。(2)對法液空公司及其空分工藝技術(shù)進(jìn)行考察,殼牌公司計劃對殼牌煤氣化工藝技術(shù)進(jìn)行改重點(diǎn)了解空分在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置中的應用形式及進(jìn),重點(diǎn)是優(yōu)化設備和工藝,進(jìn)一步降低單位投資。運行情況。同時(shí),殼牌公司同GE公司等聯(lián)合,對單臺氣化爐進(jìn)(3)討論在兗礦集團“高硫煤潔凈利用創(chuàng )新項行放大,以達到能滿(mǎn)足400MW級IGCC電廠(chǎng)的要目”中應用殼牌煤氣化工藝技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題以及空求,氣化效率在83%以上,采用進(jìn)口溫度為1 250C分技術(shù)在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)上的應的GE9F燃氣輪機,進(jìn)一步改進(jìn)廢熱鍋爐和蒸汽輪用形式等。機。通過(guò)改進(jìn),估計發(fā)電廠(chǎng)效率將達到46%以上,但目前尚無(wú)工業(yè)化裝置建成。2對殼牌煤氣化工藝技術(shù)的考察吉陶準氣化下甘縣一種使用干燥粉煤吹氧氣流2.1 殼牌煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及工藝流程中國煤化工可種類(lèi)的煤或石油焦轉1976年在殼牌國際阿姆斯特丹實(shí)驗室,一臺HC N M H G其典型工藝流程如圖16t/d的工藝改進(jìn)裝置開(kāi)始運轉。1978年在德國漢堡所示。4中國煤炭第25卷第7期1999年7月的選擇。1989年4月,SEP公司決定采用Shell加壓煙肉蒸汽燕汽粉煤氣化工藝，在荷蘭南部Limburg省Harlen市的Buggenum建立一座發(fā)電能力為250MW的IGCC示范電廠(chǎng).1991年開(kāi)始建設,1993年建成并試車(chē)。原物門(mén)一你氣化一下，門(mén)一發(fā)電機一[部]計劃從1994年到1996年為3年示范期,示范結束后移交當地EPZ電力公司使用,但由于示范期因故y硫產(chǎn)生| 水凈化電力延長(cháng),直至1998年1月1日該示范廠(chǎng)才正式移交空分EPZ使用。1989年該工程投資共計8.5億荷蘭盾,其中氣化島占27%,聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分占31%,空分部分占9%,氣體處理占5%,其它占28%,全廠(chǎng)占地10圈1殼牌煤氣化工藝流程圈2.2 殼牌煤氣化工藝在Demkolec電廠(chǎng)上應用情公頃(25英畝)。該廠(chǎng)現有職工170人,下半年將減少到140人。2.2.1 在Demkolec裝置上獲得的成果該廠(chǎng)現擁有殼牌煤氣化爐一臺,氣化能力為2(1)聯(lián)合循環(huán)效率: 43%以上，達到設計要求000t/d.空分裝置制氧能力為1650t/d,1998 年總發(fā)(2)環(huán)境性能:電量約為1. 998 X 109kWh。SO2低于60g/MMWh;1997年生產(chǎn)成本為12荷蘭分/kWh(約合人民NO, 60~120 g/MMWh;幣0.496元/kWh)CO,低于770 g/MMWh,超過(guò)設計要求;1998年預測成本為8荷蘭分/kWh (約合人民(3)合成氣的產(chǎn)率,達到設計要求;幣0.33元/kWh)(4)氣化的公用工程消耗,低于設計要求;1998年8/10月測算成本為7荷分/kWh(約合(5)燒嘴壽命,超過(guò)8 000h.人民幣0. 29元/kWh)2.2.2 在Demkolec裝置上曾出現的問(wèn)題以及解預測具有競爭性的最低成本為5.5荷蘭分/決情況KWh(約合人民幣0. 23元/kWh)(1)干除塵系統的蠟燭狀陶瓷過(guò)濾器曾出現過(guò)由于該電廠(chǎng)具有極高的環(huán)保性能，政府對其經(jīng)震動(dòng),后在其根部固定后,震動(dòng)問(wèn)題得到解決。營(yíng)運行給予了相應支持,在運行時(shí)間上給予充分保(2)燃氣輪機燒嘴處出現過(guò)喘震,并因此而引起證,1998年系統運行時(shí)間為7 900h.此外,政府對該多次停車(chē)更換燃氣燒嘴。其原因是,燃氣輪機采用的電廠(chǎng)還實(shí)行了1荷蘭分/kWh(約合人民幣0.04元/是西門(mén)子公司的V94. 2型燃用天然氣的燃氣輪機，kWh)的政策補貼。而目前所用合成氣與天然氣的熱值及燃燒特性完全2.4 關(guān)于將殼牌煤氣化工藝生產(chǎn)的合成氣用于生不同，因此必須根據合成氣的燃燒特性對其燃燒噴產(chǎn)高純度Co等相關(guān)問(wèn)題的討論嘴進(jìn)行適當調整和改造,目前改造已完成,問(wèn)題得到由于應用殼牌煤氣化工藝生產(chǎn)的合成氣中,N2解決。(3)廢水處理系統所生成的鹽的質(zhì)量曾經(jīng)達不含量偏高(約6%),而用于醋酸生產(chǎn)的CO純度要到設計要求,因為該工程為污水零排放工廠(chǎng),對工廠(chǎng)求≥98%,其中N2及其它惰性氣體含量要求≤廢水要徹底處理后循環(huán)使用,目前該系統的問(wèn)題也1% ,在采用深冷工藝分離H2和CO時(shí),由于N2的沸點(diǎn)(-195.8C)同CO的沸點(diǎn)(一191C)比較接已得到解決,生產(chǎn)的鹽可以達到設計要求?？梢哉J為,殼牌煤氣化工藝是可靠的,具有高效近,N2很難從CO中分離出去,將有可能影響到供率并能滿(mǎn)足較高的環(huán)保要求,固體副產(chǎn)品可以被利醋酸裝置使用的CO的純度。殼牌公司人員也已經(jīng)考慮到這一問(wèn)題,并正在尋求更經(jīng)濟可行的方案。目.用，同時(shí)還具有較高的對原料煤的適應性。2.3 荷蘭Demkolec電廠(chǎng)的商業(yè)運行情況前考中國煤化工源是煤粉輸送用N21989年2月由荷蘭電力生產(chǎn)部門(mén)SEP公司成和氣YHCNMHG身有足夠多純凈立了Demkolec B. V公司,同期進(jìn)行了煤氣化技術(shù)CO2,來(lái)源的條件下,用CO2代替N2作為煤粉輸送對國外煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的考察4氣體,可以有效降低合成氣中N2含量,但這需要從流式壓氣機其絕熱壓縮效率比離心式壓氣機的效整個(gè)工藝中系統考慮,并應保證CO2來(lái)源的連續性率高,因此,使用燃氣輪機的空壓機向空分裝置提供和可靠性。另外,采用高純氧(≥98%)氣化,也可適壓縮空氣將使得整體IGCC的效率比單獨設置空壓當降低合成氣中N2含量,但提高O2純度將使空分機時(shí)高4%左右。另外,還可以避免購置單獨設置的裝置的投資大大增加,因此要進(jìn)行全面的經(jīng)濟評價(jià)空壓機。但由于空分裝置與燃氣輪機共用一臺空壓后尋求一個(gè)解決方案。機,會(huì )造成開(kāi)車(chē)和負荷調節的控制較復雜。(2)半復合式?？辗盅b置的原料空氣的一半或3對法液空公司空分技術(shù)的考察一部分由燃氣輪機的空壓機提供,另一半或另--部3.1法液空公司 概況分壓縮空氣則由一臺單獨設置的空壓機提供。由于法液空是一家國際集團,創(chuàng )建于本世紀初,已設置了單獨的空壓機,開(kāi)工及負荷調節控制將比較有98年的歷史,在工業(yè)、醫藥氣體及相關(guān)服務(wù)領(lǐng)域靈活、方便，整體IGCC的效率也由于部分壓縮空氣處于世界領(lǐng)先地位。該公司1997年銷(xiāo)售收入為83.來(lái)自于燃氣輪機的空壓機而比單獨空分的IGCC要82億法國法郎(約合518. 16億元人民幣),凈利潤高。為30. 9億法國法郎(約合41.7億元人民幣)。目前(3)單獨空分 ?？辗盅b置的原料空氣全部由一法液空公司在60多個(gè)國家擁有27 000多名員工。臺單獨設置的空壓機提供。由于需要單獨設置空壓分別在巴黎、美國休斯頓和惠靈頓、加拿大的蒙特利機，因此投資費用會(huì )有所提高,廠(chǎng)用電的消耗會(huì )有所爾、日本的神戶(hù)、中國的杭州、新加坡及印度的海德增大。拉巴建有8個(gè)工程中心。共擁有40 000m2的現代化廢氣車(chē)間。3.2 空分技術(shù)的基本工藝流程低溫下將空氣分離成氧氣和氮氣的典型工藝流↑廢氣00程是雙塔精餾工藝?？諝庠谥骺諝鈮嚎s機中被壓縮到較高壓力,并在冷箱中被冷卻到環(huán)境溫度。高壓空氣氣在雙系統的空氣凈化器中被去除水分、CO2及其他污染物等,當一個(gè)凈化吸收系統工作時(shí),另-一個(gè)系空氣壓縮凈化影脹換熱燕餾氧氣加壓統就用來(lái)自于空分裝置的熱的污氮進(jìn)行再生。潔凈的干空氣被送到低溫精餾裝置中,并在那里冷卻到圈2法液空空分裝量 t典型的工藝流程露點(diǎn)溫度以下,通過(guò)減壓蒸餾將空氣分離成氧氣和.通過(guò)考察,我們認為:全復合式空分系統雖然可氮氣。這里應用的是高效鋁制板翹式換熱器。一般以使IGCC的凈效率提高,但是調節的靈活性較差。高壓塔內壓力為0. 5Mpa(絕對),低壓塔內壓力為在負荷變動(dòng)時(shí),很難使燃氣輪機的工況與空壓機的0.14Mpa (絕對)。該精餾塔是法液空的專(zhuān)利技術(shù)。通抽氣量、空分裝置的制氧能力以及氣化爐的合成氣過(guò)精餾得到的產(chǎn)品在主換熱器中被重新加熱，而另量相適應。另外,為了避免因單獨設置空壓機而造成- -種換熱介質(zhì)空氣被冷卻下來(lái)。低溫制冷設備安裝的投資大、廠(chǎng)用電高的缺點(diǎn),采用半復合式空分將是在內部填有珍珠巖保溫材料的金屬外殼內。一個(gè)理想的選擇?？辗盅b置典型的工藝流程如圖2所示:采用半復合式空分系統最大的優(yōu)點(diǎn)還在于:可.3.3空分裝置在 IGCC上的應用形式.以保證在炎熱的氣候條件下，燃氣輪機仍能在用于IGCC電廠(chǎng)的空分裝置一般都是大型機120%的負荷工況下運行,而不會(huì )發(fā)生一般燃氣輪機組,并經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化設計以達到提高整體效率的常出現的功率將隨外界氣溫的增高而不斷減少的現目的。這些空分裝置的產(chǎn)品氧氣的純度- -般為85%象。當外界氣溫增高時(shí),減少從燃氣輪機空壓機中抽~98%,最常見(jiàn)的為95%左右。根據煤氣化聯(lián)合循“中國煤化工增大從大氣中經(jīng)單獨設環(huán)電廠(chǎng)整體流程的不同,空分裝置可分為以下幾種:的空氣量,這樣就能實(shí)現(1)全復合式?？辗盅b置的原料空氣全部由燃[HCNMHG-LAW氣輪機的空壓機提供。由于燃氣輪機的空壓機為軸12中國煤炭第25卷第7期1999年7月的規定。目前Buggenum電廠(chǎng)已成為歐洲最清潔的4技術(shù)考察的初步結論燃煤電站。這都充分表明煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)4.1 對《兗礦高硫煤潔凈利用創(chuàng )新項目》優(yōu)勢的重的先進(jìn)性和成熟程度,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的示范調整,各主要設備的可靠性也已得到證實(shí)。新認識首先,該項目是在坑口建設,主要目的在于高效IGCC具有優(yōu)越的環(huán)保性能及較高的效率是沒(méi)潔凈利用兗州礦區富存的大量高硫煤,為調整煤炭有爭議的,但其較高的投資和有限的運行經(jīng)驗卻是行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構和企業(yè)的可持續發(fā)展走出一條新推廣該技術(shù)的主要障礙。-般情況下IGCC發(fā)電的路。這將極大地促進(jìn)我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展,將使其周成本比常規火力發(fā)電的成本要高出50%左右。其原邊地區的環(huán)境得到極大改善,同時(shí)對提高我國高硫因主要是:IGCC電站的初期投資是常規火力發(fā)電煤潔凈利用水平將起到積極的示范作用。其次，《兗廠(chǎng)初期投資的1.5倍左右,而且示范電站通常還建礦高硫煤潔凈利用創(chuàng )新項目》在采用IGCC技術(shù)發(fā)有商業(yè)設計中不必要的試驗設備,造成設備投資偏電的同時(shí),用合成氣聯(lián)產(chǎn)其他化工產(chǎn)品,將有效降低大。即使是Demkolec電廠(chǎng)轉人商業(yè)化運行后,仍需投資、減少運行成本、進(jìn)一步提高整體經(jīng)濟效益。政府在運行時(shí)間及電價(jià).上給予特殊政策扶持。殼牌公司和GE公司等最新研究結果顯示:采用經(jīng)濟規4.2 對荷蘭Demkolec電廠(chǎng)IGCC技術(shù)的可靠性及模、高性能燃氣輪機和整體系統的優(yōu)化將會(huì )增強經(jīng)濟性的初步評價(jià)IGCC的競爭性。另外,將氣化產(chǎn)生的合成氣用于聯(lián)Demkolec電廠(chǎng)1998 年間發(fā)電效率-直保持在產(chǎn)如甲醇、醋酸等其它化工產(chǎn)品,將能在一定程度上43%以上,而且運行的可靠性很高,殼牌氣化爐的運降低其運行費用。預計下世紀初IGCC技術(shù)有望成行情況良好，與燃氣輪機燃燒有關(guān)的震動(dòng)問(wèn)題現已為被廣泛使用的技術(shù)。被解決,并且成功地進(jìn)行了利用低質(zhì)煤和石油焦的(本文主要根據此次考察中、殼牌公司，荷蘭混合來(lái)降低燃料成本的試驗。1999年該電站的運行Demkolec電廠(chǎng)及法液空公司等提供的資料編輯而目標是可用性達到90%以上。另外，該電站的環(huán)保成,在此,對以上單位有關(guān)人員表示衷心感謝。)性能也- -直十分可觀(guān),SO:和NOx的排放量大大低于相應的燃用天然氣裝置,更遠低于當地環(huán)保標準(上接第47頁(yè))本刊召開(kāi)選題研討會(huì )動(dòng)力煤與普通浮選法分選微粉煤的試驗結果比較。如圖所示,與普通浮選相比,M-COL法的精煤回6月16-17日,《中國煤炭》雜志1999~ 2000收率非常高,灰分也很低。年選題研討會(huì )在北京召開(kāi)。來(lái)自煤炭、冶金、建材、石表3為M-COL法分選中國高灰高硫煤的試化等行業(yè)的近20位知名專(zhuān)家、學(xué)者出席了會(huì )議。煤驗結果,如表3所示,精煤中的無(wú)機硫與原煤相比降炭科學(xué)技術(shù)信息研究所所長(cháng)李金柱、書(shū)記竇慶峰、所到了1/4以下。長(cháng)助理黃盛初也參加了會(huì )議。會(huì )議由《中國煤炭》雜表3M-COL法分選中國高灰高硫煤的試驗結果志社顧問(wèn)王道溫同志主持。會(huì )上,代表們圍繞《中國ABC煤炭》雜志的辦刊宗旨,依據目前煤炭工業(yè)及相關(guān)行原煤灰分28. 930.313.4業(yè)的現狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了深入研討。每位代表都原煤無(wú)機硫含量3.21.80.4提出了各自專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域當前及今后要解決的重大問(wèn)精煤回收率66.376. 581.2題,并給出了具體的選題。會(huì )議代表還就如何將《中精煤灰分5.312.6.1國煤炭》雜志辦成一本高水平的具有較高知名度的精煤無(wú)機碗含量0.70.1精品刊物談了看法,并出了不少好點(diǎn)子。這次座談會(huì )M-COL法適用性廣,適用于各種煤炭,精煤使編輯部的全體人員進(jìn)一步了解了煤炭工業(yè)在當前中國煤化工研、管理等一些重大回收率高,脫灰脫硫性能好。期望能在分選高硫、高灰的中國煤炭方面發(fā)揮更大的作用。(徐啟敏譯):MYHCNMHG對國外煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的考察4