適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的國產(chǎn)煤氣化技術(shù)概述

第5期(總第188期)山西電力No.5 (Ser.188)2014年10月SHANXI ELECTRIC P0WEROct. 2014適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的國產(chǎn)煤氣化技術(shù)概述丁建軍，楊偉泉(廣東粵電新會(huì )發(fā)電有限公司，廣東江門(mén)529149)摘要:指出對于中長(cháng)期以燃煤發(fā)電為主要格局和可持續發(fā)展要求的中國而言,發(fā)展潔凈煤發(fā)電具有十分重要的意義。論述了整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電作為-種非常重要的潔凈煤發(fā)電技術(shù)受到了各國的青睞，而煤氣化技術(shù)作為煤炭轉化的龍頭技術(shù)是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站系統的重要組成部分。在吸收引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗的同時(shí)，國內開(kāi)發(fā)了多種大型煤氣化技術(shù)，詳細介紹了這些新技術(shù)，并對它們的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了綜合分析與討論。關(guān)鍵詞:煤氣化;整體煤氣化聯(lián)合循環(huán);氣化爐;潔凈煤技術(shù)中圖分類(lèi)號: TM611.3文獻標志碼: B文章編號: 1671-0320(2014 )05-0055- -04我國能源結構的特點(diǎn)是富煤少油貧氣，目前我能源價(jià)格的走勢。在IGCC涉及的相關(guān)技術(shù)中，核國電力工業(yè)以燃煤發(fā)電為主，火電裝機容量約占心技術(shù)是大型煤氣化技術(shù)，由于其技術(shù)復雜，只有75%，發(fā)電量約占80%;水電裝機容量約占25%，GE、 SIEMENS和SHELL等少數國外公司掌握了此發(fā)電量約占20%;核電和新能源發(fā)電所占比例很技術(shù)。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速增長(cháng)以及國家對潔凈煤小。隨著(zhù)我國可持續發(fā)展戰略和加強環(huán)保等政策的發(fā)電的大力支持，近些年國內許多研究院所和高等實(shí)施，既能滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)保對我國火力發(fā)電的要求、院校開(kāi)發(fā)了很多具有自主知識產(chǎn)權的煤氣化技術(shù)并又能高效利用我國豐富的煤炭資源的潔凈煤發(fā)電技在工業(yè)上得到了廣泛應用。術(shù)是我國面臨的唯一選擇， 是中國煤電的未來(lái)。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC( Integrated1國產(chǎn)煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介Gasification Combined Cycle)發(fā)電技術(shù)，是將煤氣整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的首要問(wèn)題是煤的氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結合的先進(jìn)模式，是當化技術(shù)，煤的氣化泛指各種煤與載氧氣化劑(O2、今國際上最引人注目的高效潔凈發(fā)電技術(shù)之--。H20、CO)之間的一種不完全反應， 最終生成由IGCC技術(shù)的研發(fā)始于20世紀70年代石油危機時(shí)CO、H2、CO2、 CH4、 N2、H2S、 COS等組成的煤期，目前正逐步從商業(yè)示范階段向商業(yè)應用階段過(guò)氣。煤氣化技術(shù)種類(lèi)很多，按爐型可分為三大類(lèi)，渡，這一過(guò)程的快慢受多方面因素制約，如IGCC即固定床、流化床、氣流床。三種爐型中氣流床技技術(shù)的發(fā)展、環(huán)保標準的提高以及石油、天然氣等術(shù)因其氣化溫度與壓力高、單爐處理能力大、污染小等優(yōu)點(diǎn)，成為國內外研究的主流煤氣化技術(shù)。在收稿日期: 2014-07-10, 修回日期: 2014-08-20引進(jìn)吸收國外先進(jìn)氣化技術(shù)的同時(shí)，我國也加強了作者簡(jiǎn)介:丁建軍( 1986-),男,山東日照人, 2011年畢業(yè)于中國石自有煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)，形成了一-批具有自主知識油大學(xué)(北京)應用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，碩士,從事電廠(chǎng)運行及管產(chǎn)權的核心技術(shù)成果。目前，絕大部分煤氣化工業(yè)里工作;裝置基本都應中國煤化士情況看，這楊偉泉(1977-),男,廣東清遠人，1999年畢業(yè)于東南大些氣化技術(shù)都MHCNMHC介紹-下四學(xué)熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，工程師,從事電廠(chǎng)機務(wù)相關(guān)專(zhuān)種初具規模的氣流木煤氣化技木，開(kāi)針對這四種技業(yè)技術(shù)工作。山西電力2014年第5期術(shù)做簡(jiǎn)單的比較。361 Nm'O2/kNm’ (CO+H) ，比煤耗548 kg kNm31.1非熔渣 -熔渣分級氣化技術(shù)(CO+H2)，合成氣有效成分CO+H2含量83.06%，非熔渣-熔渣分級氣化技術(shù)由北京達立科科技碳轉化率≥97.5%。公司、清華大學(xué)和山西豐喜集團聯(lián)合開(kāi)發(fā)，是- -種.2 兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)全新的氣化技術(shù)。豐喜集團10萬(wàn)ta甲醇項目于西安熱工研究院自1994 年開(kāi)始研究干煤粉氣2003年正式開(kāi)工建設，2006年1月23日建成并一流床氣化技術(shù)，1997 年建成1臺0.7 t/d的試驗裝次開(kāi)車(chē)成功，2007年10月23日通過(guò)國家72 h連.置, 2004年建成了處理煤量為36~40 t/d的中試裝續運行考核。該技術(shù)工業(yè)裝置運行穩定，開(kāi)工率置。目前該新型的兩段式干煤粉氣流床氣化爐的規高，自第一次化工投料始，年運轉率達94%，年負模已達到8處理煤量2000t以上，進(jìn)人到工業(yè)應.荷率達120%，氣化爐的投資與能力比傳統水煤漿用階段，并廣泛應用在電力生產(chǎn)和化工生產(chǎn)中，例氣化爐低20%。2008 年清華爐被“燃氣輪機和煤如華能綠色煤電有限公司250MW級整體煤氣化聯(lián)氣化聯(lián)合循環(huán)國家工程中心”確定為主選技術(shù)，并合循環(huán)發(fā)電(ICCC) 示范電站和內蒙世林化工有正在建設具有自主知識產(chǎn)權的適合于發(fā)電工藝的廢.限公司年產(chǎn)30萬(wàn)t甲醇項目都是采用該技術(shù)，另.鍋流程煤氣化裝置。外還有多家國內外的公司也都確定采用該技術(shù)。非熔渣-熔渣氣化法采用濕法進(jìn)料，水煤漿和兩段式干煤粉加壓氣化爐(見(jiàn)圖2)采用水冷大部分氧氣通過(guò)噴嘴進(jìn)入氣化爐第一_段, 第- .段溫壁結構，爐膛分為上下兩段,噴嘴設在下?tīng)t膛側壁度保持在灰熔點(diǎn)以下;在第二段再補充部分氧氣，上，渣口設在下?tīng)t膛底部高溫段，采用液態(tài)排渣。使第二段的溫度達到煤的灰熔點(diǎn)以上并完成全部的上爐膛內徑小，高度長(cháng)，在側壁上開(kāi)有兩個(gè)對稱(chēng)的燃燒過(guò)程和氣化過(guò)程，氣化爐結構示意圖如圖1 .二次煤粉和水蒸汽進(jìn)口。運行時(shí)，下段噴嘴噴入所示。80% ~85%的煤粉量以及氣化用的氧氣和蒸汽，上段噴入15%~20%。級氣化煤氣出口中目中低溫區二級氣化水汽去汽包.高溫區二次煤粉+水蒸氣圖1航天爐結構示意圖煤粉+水蒸氣+氧氣采用分級給氧，使氣化爐內的溫度分布更加合理，提高了碳轉化率，降低了粗渣中的殘碳含量;鍋爐進(jìn)水口→渣池水進(jìn)口調整了火焰與噴嘴的距離，降低了噴嘴的端部溫渣池水出口度，二氧化碳作為預混氣體時(shí)又可降低氣化爐上部.溫度50C，多方面創(chuàng )新技術(shù)的組合有助于延長(cháng)噴圖2兩段式氣化爐結構示 意圖嘴壽命。水煤漿氣化煤氣質(zhì)量好，甲烷含量低，由于氣兩段式干煤粉氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下?；癄t內溫度高，所以不生成焦油、酚等污染環(huán)境的a)煤種適應性更廣，覆蓋了從褐煤、煙煤、副產(chǎn)物;氣化系統的水在本系統內循環(huán)使用，外排貧煤到無(wú)煙煤中國煤化工熔融性適用廢水很少;爐渣為固態(tài)排放，沒(méi)有飛灰，污染小，范圍寬。MHCNMHG爐渣可做建筑材料。各項技術(shù)指標先進(jìn):比氧耗b)氣化反應溫度1 400~1 600 C，比氧耗298.6.56●2014年10月丁建軍，等:適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的國產(chǎn)煤氣化技術(shù)概述Nm'O/kNm’( C0+H)，比煤耗518 kg/kNm3氣化發(fā)電整合在 一起，不僅繼承了ICCC的環(huán)保優(yōu)(CO+H2)，碳轉化率可達98.9%，冷煤氣效率83.2%，勢，還有利于綜合利用煤炭資源，能同時(shí)生產(chǎn)甲合成氣有效成分(C0+H) 含量91.7%。醇、尿素等化工產(chǎn)品，多聯(lián)產(chǎn)工藝可以根據電價(jià)和c)“自我修復式”耐火材料結構，爐內向外依化工產(chǎn)品價(jià)格變化有選擇地分配合成氣比例，實(shí)現次有液渣、固渣，耐火材料、水冷壁、外保溫層利潤最大化。2005 年10月，兗礦國泰化工有限公等，水冷壁外形成的穩定的固渣層，可以達到“以司建設的單爐日處理原煤1 150t,氣化壓力4.0 MPa渣抗渣”、抵抗氣體的沖刷和熔渣磨損的功效。水的對置式四噴嘴煤氣化爐及配套甲醇項目和冷壁壽命長(cháng)達20年，燒嘴壽命長(cháng)達10年，維護量71.8 MW燃氣發(fā)電系統相繼試車(chē)成功。這個(gè)自主創(chuàng )少，運轉周期長(cháng)，無(wú)需備爐。新建成的首座煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)電示d)針對發(fā)電行業(yè)和化工行業(yè)的差別，兩段式范工程，標志著(zhù)我國先于國外實(shí)現了工業(yè)應用。氣化爐后續工藝可配套廢鍋流程或激冷流程，滿(mǎn)足.4 HT-L航天粉煤加壓氣化技術(shù)不同用戶(hù)的需求。中國航天科技集團公司北京航天動(dòng)力研究所研1.3多 噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)制的HT-L航天粉煤加壓氣化技術(shù)，吸收了當今世多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置的開(kāi)發(fā)是華東理界兩大先進(jìn)煤氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用“粉煤+水激工大學(xué)、兗礦集團有限公司和天辰設計院共同承擔冷”流程。2008年 10月，首套HT-L粉煤加壓氣的國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目。該氣化技術(shù)屬化裝置在濮陽(yáng)龍宇試車(chē)成功。目前該技術(shù)已有兩種于氣流床氣化工藝，煤與水、煤漿添加劑進(jìn)人磨煤規格氣化爐，即單臺15~20萬(wàn)ta (氨或醇)規模機，制得濃度為60% ~65% (質(zhì)量分數) 的煤漿，和30~35萬(wàn)ta (氨或醇)規模，并正在開(kāi)發(fā)更大經(jīng)煤漿給料泵加壓和來(lái)自空分裝置的氧氣一起進(jìn)人生產(chǎn)能力的氣化爐。同一水平面的4個(gè)工藝燒嘴，氣化爐內形成了6個(gè).HT-L航天粉煤加壓氣化技術(shù)包括磨煤、進(jìn)料特征各異的流動(dòng)區，即射流區、撞擊區、撞擊流股系統、煤氣化、煤氣洗滌、灰水處理和氣化公用工區(上下兩股)、回流區(共6個(gè))、折返流區和管程6個(gè)單元。本技術(shù)為氣流床氣化爐，采用干煤粉流區(見(jiàn)圖3)。進(jìn)料，純氧和過(guò)熱蒸汽作為氣化劑，加壓氣化，惰性氣體濃相輸送。以粉煤為原料，原料煤可以得到100%利用。與濕法比較，1 kg原料可以減少蒸發(fā)0.35 kg水，節約2600kJ的能量，折算煤量為0.113kg (23 kJ/kg)，占進(jìn)煤量的17%。 干煤粉純氧燃燒，燃燒器火焰的中心溫度可達1 800~2 150 C，氣化爐膛溫度1 400~1 900 C，煤的灰熔點(diǎn)可選范圍很寬，比水煤漿氣化冷煤氣效率提高10%，氧耗量降低15% ~25%。有效氣產(chǎn)量提高6%。-A2國產(chǎn)煤氣化技 術(shù)分析及討論1-射流區; 2-撞擊區; 3-撞擊流股區;4- -回流區; 5- 折返流區; 6← -管流區煤氣化技術(shù)評價(jià)標準主要有以下指標:可靠圖3多噴嘴對 置式氣化爐流場(chǎng)示意圖性、系統穩定性、大型化即單爐生產(chǎn)能力、煤種適與單燒嘴相比較，通過(guò)四噴嘴形成撞擊的物料應性、污染物的排放、氣化效率等。其中氣化效率混合更加成分，霧化效果更好，不僅使爐內氣流場(chǎng)是核心指標，而評價(jià)氣化效率的指標主要有碳轉化和溫度場(chǎng)分布合理，而且優(yōu)化了氣化效果，減輕了率、熱量利用率、冷煤氣效率等。對于整體煤氣化對耐火襯里的損傷。多噴嘴氣化爐更適合大型化，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電而言，最需要的是進(jìn)人燃氣輪機的合并且在一對燒嘴跳車(chē)時(shí)，另外一對可維持系統生成氣的熱值，也就是冷煤氣效率越高，IGCC 發(fā)電產(chǎn)，減少了開(kāi)、停車(chē)的損失，為實(shí)現長(cháng)周期運轉創(chuàng )的循環(huán)效率也中國煤化工，國產(chǎn)氣化造了條件。爐的冷煤氣效MHCNMHG以與國外成基于煤氣化的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)把化工產(chǎn)品生產(chǎn)和煤熟的氣化技術(shù)相媲美。.57●山西電力2014年第5期表1氣化技術(shù)工作特性及 性能指標比較爐雖然都是單級氣流床，前者采用的是四個(gè)噴嘴對置布置，物料對撞霧化充分;后者只配一個(gè)噴嘴,項目清華爐兩段式多噴嘴HT-L但為組合式噴嘴，由- -個(gè)主噴嘴、一個(gè)點(diǎn)火噴嘴和送料方式水煤漿干煤粉一個(gè)開(kāi)工噴嘴組成,噴嘴結構設計的非常合理、操適用煤種低灰熔點(diǎn)范圍廣作方便可靠，可實(shí)現從點(diǎn)火到投煤的連續性。噴嘴數1只主噴嘴2只主噴嘴4只噴嘴1只組合氣流床的操作溫度很高，大多在灰分灰熔點(diǎn)以2只氧噴嘴2只副噴嘴噴嘴反應形式兩級 氣流床兩級氣流床單級氣流床單級氣流床上，所以氣流床的排渣方式基本都為液態(tài)排渣?；遗旁绞揭簯B(tài)排渣液態(tài)排渣 液態(tài)排渣 液態(tài)排渣分熔融以后可以?huà)炜吭谒滂岛湍突鸫u表面，形成-層防護層，達到“以渣抗渣”的作用，增加了氣冷煤氣效率1%≥8480~8383~8478-83化爐的使用壽命，提高了裝置的經(jīng)濟型。碳轉化率%≥97.598-99≥99雖然國內煤氣化技術(shù)的研究起步較晚，但卻厚操作溫度/C 1 400~1700 1 300~1 700 1 300~-1 400 1400~1 900積薄發(fā)，形成“百花齊放、百家爭鳴”的格局，國生產(chǎn)能力(rd-)20002 000工程業(yè)績(jì)/套≥19≥10≥15≥33產(chǎn)氣化爐的單爐處理能力和工程業(yè)績(jì)都在不斷地刷新紀錄。除了上述的四種氣化技術(shù)外，西北化工研氣流床煤氣化按照進(jìn)料方式可分為濕法進(jìn)料.究院的多元料漿氣化技術(shù)，中國科學(xué)院山西煤炭化(水煤漿)氣流床和干法進(jìn)料(煤粉)氣流床。水學(xué)研究 所的灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)等也都有不錯煤漿氣化I藝是自熱式氣化技術(shù),煤的氣化反應熱的業(yè)績(jì)。是由其自身燃燒所提供的。從經(jīng)濟效益、氣化爐材質(zhì)承受能力以及運行穩定性角度來(lái)看，原料煤應該3結語(yǔ)具備成漿性能好和低灰熔點(diǎn)(灰熔點(diǎn)小于1 400 C)我國煤炭資源相對豐富，先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技等特點(diǎn)。干法氣化工藝對原料煤的適應性廣，可氣術(shù)是我國電力工業(yè)可持續發(fā)展的必然選擇,結合我化褐煤、煙煤、無(wú)煙煤及石焦油。對煤的反應活性國能源資源和當前國內制造行業(yè)的發(fā)展情況，發(fā)展幾乎沒(méi)有要求，對高灰熔點(diǎn)、高灰分、高水分、高IGCC能很好地解決燃煤發(fā)電效率和污染的矛盾。含硫量的煤種同樣也適應。雖然目前國內IGCC項目的建設很少，但以IGCC由于設計單位設計風(fēng)格各異，氣化爐的反應形系統為基礎的發(fā)電、化工產(chǎn)品、制氫等多聯(lián)產(chǎn)系統式不同，采用的噴嘴數量和形式也不同。清華爐和無(wú)疑將是21世紀煤轉化工業(yè)的重要方向。煤氣化兩段式干煤粉氣化爐都是兩級氣流床，并且采用多技術(shù)是煤炭潔凈、高效、綜合利用的技術(shù)起點(diǎn)，是個(gè)噴嘴，前者的二級噴嘴只是噴人氧氣，后者的二IGCC發(fā)電和煤化工的龍頭技術(shù)，在煤氣化技術(shù)高級噴嘴噴人部分煤粉和氧氣混合物，雖然形式不速發(fā)展與激烈競爭的今天，國內開(kāi)發(fā)的一系列具有同，但是最終目的都是為了改善爐內流動(dòng)及溫度場(chǎng)自主知識產(chǎn)權的煤氣化技術(shù)具有顯著(zhù)的綜合效益和分布，提高氣化效率。多噴嘴對置式氣化爐和航天重大的戰略意義。The Summarization on Domestic Gasification Technology for IGCC GenerationDING Jian -jun, YANG Wei- -quan( Guangdong Y uedian Xinhui Generation Co, Ltd., Jiangmen, Guangdong 529149, China )Abstract: The development of clean coal power generation has great significance in our country which will be relying on coalburming for a long time. As a very important clean coal technology, the integrated gasification combined cycle (IGCC )generationtechnology is very popular in the world, and gasification technology as the leading techniques of coal conversion is an important part of theIGCC power plant. We have developed a variety of large- -scale coal gasification technology based on absorbing and introducing foreignadvanced technology and experience. This paper describes these new technologies, and their technical features are comprehensivelyanalyzed and discussed.Key words: coal gasification; IGCC; gasifier; clean coal technology中國煤化工MHCNMH G.58●