兩段式水煤漿氣化爐氣化參數對IGCC系統性能的影響

第32卷第3期動(dòng)力工程學(xué)指Vol.32 No. 32012 年3月Journal of Chinese Society of Power EngineeringMar. 2012文章編號:1674-7607(2012)03-0249-06中圖分類(lèi)號:TM611.3文獻標識碼:A學(xué)科分類(lèi)號:470.30兩段式水煤漿氣化爐氣化參數對IGCC系統性能的影響劉耀鑫2，吳少華'， 李振中，王陽(yáng)3， 陳 曉利l(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150001; 2. 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,沈陽(yáng)110136;3.國家電站燃燒工程技術(shù)研究中心，沈陽(yáng)110034)摘要:采用ThermoFlex 軟件建立了基于兩段式水煤漿氣化技術(shù)的200 MW級IGCC系統模型，研究了氣化溫度、水煤漿濃度、氣化壓力、氧氣純度等氣化參數對系統性能的影響。結果表明:提高反應溫度和氣化壓力，系統的供電效率和發(fā)電效率降低;氧氣純度增加，供電效率上升;在相同氣化溫度(或氣化壓力、氧氣純度)的情況下,提高二段給煤比Ye，系統性能可以得到有效改善;當水煤漿濃度變化時(shí),氧煤質(zhì)量比隨Yne改變進(jìn)行調整才能達到設計值碳轉化率的要求，關(guān)鍵詞: IGCC;兩段式水煤漿氣化爐;氣化參數;供電效率;發(fā)電效率Influence of Gasification Parameters in a Two-stage Coal-SlurryGasifier on Performance of the IGCC SystemWANG Yang'，CHEN Xiao-li'(1. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;2. School of Energy and Environment, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China;3. National Power Plant Combustion Engineering Research Center, Shenyang 110034, China)Abstract: Using software ThermoFlex, a model of 200 MW IGCC system was established based on two-stage coal-slurry gasification technology, so as to study the effects of following factors on performance ofthe IGCC system, such as the gasification temperature, coal-slurry concentration, gasification pressure andpurity of oxygen, etc. Results show that both the gross and net efficiency of power generation decreasewith rising gasification temperature and pressure; higher net efficiency is to be obtained at a flow of higherpurity oxgen; raising coal supply ratio (Yee) at the second stage may help to improve the system perform-ance under same conditions of gasification temperature (or purity of oxygen, or gasification pressure).Whereas under the varying conditions of coal-slurry concentration, the designed value of carbon conversioncan be achieved based on adjustment of oxygen- coal mass ratio along with the variation of Yu.Key words: lGCC; two-stage coal-slurry gasifier; gasification parameter; net efficiency of power genera-tion; gross efficiency of power generation中國煤化工收稿日期:2011-07-07修訂日期:2011-08-10MYHCNMHG基金項目:國家863高技術(shù)基金資助項目(2006AA05A110,2006AA05A115)作者簡(jiǎn)介:劉耀鑫(1977-).男,遼寧沈陽(yáng)人,副教授,博士后,研究方向為:煤/生物質(zhì)氣化、燃燒多聯(lián)產(chǎn).電話(huà)(Tel. ); 024-89723608;E-mail: liuyaoxin77@ 163. com.動(dòng)力.工程學(xué)報第32卷整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)是煤潔氧氣凈利用的重要途徑之一，可實(shí)現多聯(lián)產(chǎn)，且易于CO2水煤槳捕集中.氣化裝置是該系統中用于制備合成氣的關(guān)鍵裝置,其工藝差異對IGCC系統的性能會(huì )產(chǎn)生重國一4煤氣+排空要影響.國內外學(xué)者針對IGCC 系統氣化爐及其對空氣水蒸氣系統整體性能的影響進(jìn)行了大量研究.Zheng等[2]可研究了基于4種氣化技術(shù)的IGCC系統整體性能的1一空分裝置:2-氣化爐;3-輻射廢熱鍋爐;4 -對流廢熱鍋爐;差異;于海龍等[3)采用數值方法模擬了水煤漿濃度5一凈化系統;5-燃氣濕飽和器;7-燃氣輪機組;8-余熱鍋爐;與氣化爐出口煤氣成分及碳轉化率的關(guān)系;高健9-蒸汽輪機組;10-凝汽器.等[41對配備不同氣化爐的IGCC整體系統進(jìn)行建模圖1 1GCC系統模型流程圖.研究,結果表明進(jìn)料方式對系統效率具有較大影響;Fig.1 Model diagram of the IGCC system王穎等[0]通過(guò)模擬計算了對流廢熱鍋爐出口合成氣鍋爐、余熱鍋爐等裝置回收,產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)溫度、氮氣回注系數等參數與系統性能的關(guān)系.人蒸汽輪機組發(fā)電.從上述研究可以看出,目前有關(guān)IGCC系統氣IGCC系統采用水煤漿氣化技術(shù)，氣化爐與輻化裝置的研究主要是針對一段式氣化爐開(kāi)展的.筆射廢熱鍋爐垂直布置.燃氣輪機為GE9171型,該機者利用Thermoflex商業(yè)軟件建立基于兩段式水煤型為整體式單軸結構型式,其主要性能參數如下:額漿氣化技術(shù)的200 MW級IGCC系統模型,研究氣定功率為128.3 MW,壓氣機壓比為12. 4,效率為化參數對該系統性能的影響.研究結果可為兩段式34. 3%,透平進(jìn)氣溫度為1 129 C,排氣溫度為540水煤漿氣化裝置參數的選擇及相應IGCC系統的設C,排氣流量為149 t/h. 空氣分離裝置采用低溫精計運行提供參考.餾工藝,運行壓力為0. 6 MPa,容量為28 000 m*/h.1IGCC系統模型建立及計算條件合成氣除塵采用直接濕式洗滌方式,出口合成氣的如圖1所示,IGCC系統主要由氣化島、燃氣輪含塵量小于4 mg/m'. COS、H2S等氣體分別通過(guò)機島和常規島組成,其基本流程為:一定比例的水煤COS水解單元、酸性氣體吸收單元予以脫除,COS漿與來(lái)自空氣分離裝置的高純度氧氣一起被送人氣轉化率為98%,H2S和CO2脫除率分別為99%和化爐進(jìn)行氣化反應,生成的高溫合成氣與二段給料11.5%.采用三壓再熱蒸汽輪機組，沒(méi)有回熱抽汽，口噴人的水煤漿進(jìn)行熱交換,促使其進(jìn)行熱解、氣采用滑壓運行方式，額定功率為113.3 MW,高壓、化;氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)除塵、脫硫等凈化裝置后中壓和低壓汽缸效率分別為83. 35%、90.44%和在濕飽和器中達到飽和，接著(zhù)被送入燃氣輪機組燃85.86%.燒做功;粗煤氣及燃氣輪機排氣的顯熱分別由廢熱所用燃料的工業(yè)和元素分析見(jiàn)表1.表1煤的工業(yè)和元素分析Tab, 1 Proximate and ultimate analysis of coal工業(yè)分析/%元素分析/%Qnet.an/w(Mn) w(V.)w(Am) v(FCx)w(Ca) w(Hx) w(Nar)w(Omn) w(Sor)(M]●kg-')17.3027. 2010. 7044.7057. 803. 60). 809.3021.74表2給出了IGCC系統的基本計算條件.其中2計算結果及分析氣化爐采用水煤漿兩段給料氣化方式，設計條件下二段給料量為0,大氣溫度17.4 C,大氣壓力101.12.1氣化溫度對系統性能的影響kPa,相對濕度79%.假定在不同計算工況下,合成溫度是影響怎化過(guò)和的￥缺中專(zhuān)之一。溫度升中國煤化工氣和汽水側經(jīng)系統內各設備時(shí)的壓降不變.其中氣高將加快氣JHCNMH(戲分,提高碳轉化爐二段給煤比(.x)定義為二段給煤量與總給煤化率.為此筆白心過(guò)以又一權氣比口的反應溫度來(lái)量的質(zhì)量比. .考查其對IGCC系統性能的影響,氣化溫度的調整第3期劉耀鑫,等:兩段式水煤漿氣化爐氣化參數對IGCC系統性能的影響， 251表2 IGCC 系統設計參數與H2O的反應速率下降,CO和H2體積分數因而Tab.2 Design parameters of the IGCC system降低.由于生成甲烷的反應是放熱反應,隨氣化溫度參數數值|參數數值升高,反應向逆方向進(jìn)行,導致CH體積分數降低.氣化爐容量/(td1) 2000 氧氣純度/%而二段給煤量增加時(shí)，熱解所產(chǎn)生的CH增加,二氣化溫度/C1310氧-煤質(zhì)量比/(t●r-1) 0. 755段氣化反應區溫度的降低造成CH,分解率下降[0]，水煤漿濃度/%60. 5高壓蒸汽溫度/C505使煤氣中CH的體積分數隨著(zhù)Y