氣流床煤氣化技術(shù)與IGCC發(fā)電

第27卷第1期發(fā)電設備Vol.27. No. 12013年1月POWER EQUIPMENTJan.2013氣流床煤氣化技術(shù)與IGCC發(fā)電馬勝，烏曉江，葛學(xué)利，倪建軍，劉煜，李平，張建文，劉建斌(上海鍋爐廠(chǎng)有限公司，上海200245)摘要:分析了典型氣流床氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其在IGCC發(fā)電系統上的應用，提出帶顯熱回收的二段式干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)是今后IGCC煤氣化的主要發(fā)展方向，指出隨著(zhù)大規模煤氣化技術(shù)的發(fā)展，IGCC技術(shù)具有廣闊的應用前景。.關(guān)鍵詞:煤的清潔利用;氣流床煤氣化技術(shù);水煤漿;干煤粉; IGCC發(fā)電中圖分類(lèi)號:TQ546, TM611. 31文獻標識碼:A文章編號:1671-086X(2013)01 -0064-03Entrained-bed Coal Gasification Technologyand its Application in IGCC Power GenerationMa Sheng, Wu Xiaojiang, Ge Xueli, Ni Jianjun, Liu Yu, Li Ping, Zhang Jianwen, Liu Jianbin(Shanghai Boiler Works Co., Ltd., Shanghai 200245, China)Abstract: An introduction is being presented to advantages and disadvantages of typical entrained-bedcoal gasification technology and its application in IGCC power generation. It is mentioned that the two-stage pressurized entrained- bed pulverized coal gasification technology with sensible heat recovery is themain development trend of IGCC coal gasification. With the development of large-scale coal gasificationtechnology, IGCC power generation technology will have a wide application prospect.Keywords: clean utilization of coal; entrained-bed coal gasification technology; coal-water slurry; drypulverized coal; IGCC power generation整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術(shù)以其高直接影響IGCC發(fā)電系統運行的穩定性與安全性。效環(huán)保、燃料適應性廣、可實(shí)現多聯(lián)產(chǎn)和低成本捕目前國外典型大規模氣流床氣化技術(shù)主要分為水集CO2等優(yōu)勢,被公認為是世界上最清潔的燃煤煤漿加壓氣流床氣化技術(shù)(Texaco、E-gas氣化等)發(fā)電技術(shù)[1,主要由氣化島和動(dòng)力島兩部分組成。和干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)(Shell、GSP、Eagle氣化島主要有空氣分離裝置、氣化爐、合成氣凈化氣化等),但由于其技術(shù)對煤種的要求較高,而我國裝置組成;動(dòng)力島主要有燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽煤種比較復雜，上世紀80年代引進(jìn)的Texaco、輪機、發(fā)電機等組成。目前世界上已投入商業(yè)運Shell等爐型相繼出現許多問(wèn)題。經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)與行和正在建設的IGCC項目達數十個(gè),其中典型的優(yōu)化,我國相繼發(fā)展出多噴嘴對置式煤氣化技術(shù)、IGCC電站分別是美國的Wabash River(E-gas氣多元料漿氣化技術(shù).HT-L氣化技術(shù)、分級給氧熔化)、TECO Tampa(Texaco廢鍋流程水煤漿氣渣-非熔渣氣化技術(shù)和兩段式粉煤氣化技術(shù)化)、荷蘭的Nuon Buggnum(Shell氣化)、西班牙(TPRI)等。以下對兩種氣流床煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行的Puertollano電站(Prenflo氣化)、日本的Nako-so電站(MHI空氣氣化)以及天津IGCC分析。(250 MW,TPRI氣化)等。大型煤氣化技術(shù)是煤1濕法給料加壓氣流床氣化技術(shù)炭清潔高效轉化的核心技術(shù),是發(fā)展先進(jìn)的IGCC(Texaco/E-gas氣化爐)發(fā)電系統的基礎[B};而大規模加壓氣流床煤氣化Texaco(現GE公司)水煤漿加壓氣化工藝，爐是IGCC系統的核心與關(guān)鍵設備,其性能的好壞收稿日期:2012-10-19中國煤化工基金項目:上海市青年科技啟明星項目(11QB1402100)作者簡(jiǎn)介:馬勝(1984 -),男,助理工程師，主要從事氣流床煤氣化與CFB熱解燃圳MYHCNMHGE-mail: masheng1984@ 163. com第1期馬勝等:氣流床煤氣化技術(shù)與 1GCC發(fā)電●65●簡(jiǎn)稱(chēng)TCGP,是20世紀50年代由美國Texaco石高。開(kāi)發(fā)的廢鍋工藝流程適合發(fā)電項目,不適合油公司在重油氣化的基礎上發(fā)展起來(lái)的?；ろ椖?。采用激冷煤氣冷卻氣化爐出口高溫煤Texac屬于單噴嘴頂置、濕法進(jìn)料、液態(tài)排渣、純氣,循環(huán)激冷氣壓縮機功率大,該設備造價(jià)和電耗氧加壓氣化,其技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)有:原料適應性強，高;同時(shí)后續煤氣冷卻器設備龐大,造價(jià)高。針對進(jìn)料系統簡(jiǎn)單，氣化效率和碳轉化率高,操作和廢鍋流程的缺點(diǎn),目前Sheli正在與惠生工程(中控制簡(jiǎn)單;但氣化效率有待進(jìn)一步提高,單噴嘴國)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)新型混合氣化技術(shù)(Shell不適于大型化，煤種適應性較窄,氣化噴嘴及耐下行水激冷氣化工藝)。2012年7 月12日,中石.火磚的壽命較短，氣化爐帶水限制了操作負荷的化與Shell合資的岳陽(yáng)中石化殼牌煤氣化有限公提高,黑水系統結垢影響長(cháng)周期運行,激冷環(huán)易司簽約了Sbell 開(kāi)發(fā)的上行水激冷氣化技術(shù),建設堵塞,下降管出現燒裂現象,洗滌塔帶水、帶灰，一座氣化島用于年產(chǎn)氫氣6X10* t。影響后系統穩定操作。Prenflo是Uhde公司的干粉進(jìn)料純氧加壓氣目前GE公司水煤漿氣化主要采用激冷流流床氣化技術(shù)。西班牙Puertollano的IGCC電程,由于取消了輻射廢鍋和對流廢鍋，因此設備站的氣化島采用Prenflo廢鍋流程氣化工藝,2008簡(jiǎn)單,基建投資相對減少。激冷流程設備簡(jiǎn)易，年Uhde公司推出了激冷流程的Prenflo氣化技操作方便,且放大設計比較容易;但與廢鍋流程術(shù)(PDQ) ,同時(shí)在美國簽訂了兩個(gè)PDQ專(zhuān)利許可相比能量利用率低,對于IGCC發(fā)電系統,與采用合同。Prenflo 氣化爐結構和原理與Shell基本相廢鍋流程相比,其發(fā)電效率低4%~5%。激冷流同,Prenflo氣化與Shell氣化有著(zhù)類(lèi)似的優(yōu)缺點(diǎn):程雖然初始投資少,但相對與帶合成氣冷卻器的(1)受熱面布置更復雜，氣化爐內及煤氣冷卻器中氣化爐,由于合成氣顯熱被系統的余熱鍋爐所利布置更多受熱面,設備造價(jià)更高;(2)爐捕渣率相用而促使其功率增加,其投資成本反而增加。因對較高,相對減輕了干法除塵系統的壓力。此,激冷流程一-般更適用于合成氨等化工生產(chǎn)，GSP技術(shù)采用單噴嘴、干粉進(jìn)料、純氧加壓而廢鍋流程一般更適用于IGCC發(fā)電。氣流床氣化液態(tài)排渣、合成氣水激冷工藝流程，E-Gas氣化的技術(shù)特點(diǎn)是濕法進(jìn)料、兩段氣其流程包括磨煤干燥、粉煤加壓輸送、氣化、氣體化耐火磚襯里、連續排渣的氣流床氣化口。連續除塵冷卻、黑水處理'0]等。爐型與Texaco激冷排渣的專(zhuān)利技術(shù)省去了傳統Texaco氣化等的鎖型氣化爐類(lèi)似，爐襯采用水冷壁，據稱(chēng)噴嘴與水斗設計,排渣系統簡(jiǎn)單、可靠,干式除塵技術(shù)提高了冷壁爐襯的壽命可達5年以上。GSP技術(shù)的缺系統的熱效率,有利于減少系統的廢水產(chǎn)生量,除點(diǎn)是:(1)技術(shù)指標相對一-般,有效氣組分(C0+塵得到的細灰循環(huán)回氣化爐進(jìn)行反應，提高了碳H2)體積分數在90%左右,冷煤氣效率在80%左的轉化率。E-gas 氣化技術(shù)由于采用兩段氣化和右;(2)高徑比小，導致物料平均停留時(shí)間偏短，火管式廢熱鍋爐回收熱量，因此能夠提高碳的轉停留時(shí)間分布過(guò)寬,短路出爐的物料量可能較化率和熱量回收率,比較適合于IGCC發(fā)電。大,勢必影響碳的轉化率;(3)單噴嘴不適于大型2干法給料加壓氣流床氣化技術(shù)化;(4)在煤氣初步凈化工藝和渣水處理工藝方面以及工程方面的經(jīng)驗匱乏。(Shell/Prenflo/GSP氣化爐)干煤粉氣化由于采用干粉進(jìn)料以及采用廢Shell氣化具有多噴嘴、粉煤加壓輸送、水冷鍋流程回收顯熱,冷煤氣效率要比水煤漿氣化的壁氣化爐、液態(tài)排渣、干法除塵等特點(diǎn)的氣流床氣高,因此帶有顯熱回收的干粉氣化更加適合應用化。荷蘭的NuonBuggnumIGCC電站采用shell于IGCC發(fā)電。廢鍋流程氣化工藝。Shell 氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有:對3兩段式干煤粉氣化技術(shù)及其在原料煤的適應性廣,氧耗和煤耗低,合成氣中的有效氣體(CO+H2)成分高;碳轉化率高;對環(huán)境影IGCC上的應用響小，氣化爐排出的熔渣為玻璃狀的顆粒,不污染Texaco、Shell、Prenflo、GSP氣化等都利用環(huán)境;可靠性高,運行費用低[。Shell 氣化工水或者循環(huán)合成氣對氣化產(chǎn)生的液態(tài)熔渣進(jìn)行藝5]的氣化爐一般采用水冷壁結構,以渣抗渣,無(wú)激冷,激冷過(guò)” 中國煤化工成氣的顯昂貴的耐火磚襯里。Shell 氣化的缺點(diǎn)是:氣化爐熱沒(méi)有得到充CNMH G發(fā)電,在理及煤氣冷卻器結構復雜，加工難度大,設備造價(jià)論研究和試驗研究的基礎上，四女熱工研究院提●66●發(fā)電沒(méi)備第27卷出了一種兩段式干煤粉加壓氣化的創(chuàng )新思路,利氣流床氣化技術(shù),在綠色煤電有限公司、西安熱用二段的化學(xué)反應,使爐內高溫煤氣溫度降低的工研究院、上海鍋爐廠(chǎng)有限公司、中國石化集團同時(shí),煤氣的有效能得到提高。寧波工程有限公司等多家單位的共同努力下,歷西安熱工研究院有限公司兩段式干煤粉氣化工經(jīng)3年于2012年3月建成并-次投煤點(diǎn)火成功，藝(TPRI氣化工藝)的氣化爐結構見(jiàn)圖17901。這標志著(zhù)我國在高效、清潔燃煤發(fā)電技術(shù)上又上一個(gè)新臺階。- -煤氣出口結語(yǔ),水.汽去汽包+上聯(lián)箱IGCC技術(shù)自20 世紀70年代初期誕生,至今已有近40年歷史,經(jīng)過(guò)美國、日本、荷蘭、西班牙意大利等國家的商業(yè)化示范,顯示了IGCC電站的環(huán)保優(yōu)勢。經(jīng)過(guò)多年不懈地研發(fā)與實(shí)踐，二段次粉煤和水蒸氣進(jìn)IGCC技術(shù)在商業(yè)應用中朝著(zhù)高效、機組容量大鍋爐水進(jìn)下聯(lián)箱型化、準零排放的方向發(fā)展。冷卻水出粉煤.段(氮氣夾帶)粉煤(氮氣夾帶)IGCC電站的運行效率很大程度上取決于氣水蒸氣和氧氣化技術(shù)的可靠性,因而采用以下氣化技術(shù)更為冷卻水進(jìn)碳渣口回流人爐合理:(1)從IGCC發(fā)電容量和系統復雜程度考慮,采用單機容量為1 000~2 0000 t/d的大規模接鎖查罐圖1兩段式干煤 粉氣化爐結構示意圖加壓氣流床煤氣化技術(shù)更為合適。TPRI氣化工藝的技術(shù)特點(diǎn)是:兩室兩段反(2)從IGCC發(fā)電效率和碳轉化率角度考應，多噴嘴分級氣化，液態(tài)排渣,水冷壁氣化爐。慮,采用帶顯熱回收的干煤粉加壓氣流床氣化技其優(yōu)點(diǎn)有;水冷壁壽命長(cháng)，煤氣冷卻器和除塵器術(shù)更為合理。尺寸小，冷煤氣效率高，比氧耗低，氣化島自耗(3)從能量利用率角度考慮,干煤粉加壓氣功小。其缺點(diǎn)是:(1)因為從氣化爐中部噴入干化技術(shù)逐步由一段式氣化向兩段式氣化發(fā)展,采煤粉和過(guò)熱蒸汽后，利用下部上來(lái)的1 400~用分段式加壓氣流床氣化工藝是今后IGCC 煤氣1500 C高溫煤氣,使中部噴人的干煤粉干餾熱化技術(shù)的發(fā)展方向,如日本MHI氣化工藝、中國解和氣化,存在氣化爐出口煤氣含CH,量較高的TPRI氣化工藝等。問(wèn)題,不利于制氨、制甲醇和制氫;(2)中部噴入參考文獻:的干煤粉產(chǎn)生的灰由于環(huán)境溫度低于灰熔點(diǎn),不[1]施強，烏曉江,徐雪元,等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電可能呈熔融態(tài)排出爐外，同時(shí)由于二段氣化后產(chǎn)技術(shù)與節能減排[J].節能技術(shù),2009,27(1): 18 20,96.生的煤氣總量加大,二段氣化過(guò)程產(chǎn)生的灰渣和[2]王輔臣,于廣鎖,龔欣,等.大型煤氣化技術(shù)的研究與進(jìn)展飛灰必將大量被煤氣從氣化爐頂部帶出,系統積0].化工進(jìn)展,2009 .28(2):173-180.灰和堵灰現象嚴重,這是廢熱鍋爐型流程裝置設[3]崔占忠IGCC 電站工藝系統設計分析與熱力學(xué)系統研究計時(shí)要加以重視的問(wèn)題;(3)由于從氣化爐帶出[D].天津:天津大學(xué),2010.的飛灰和灰渣量較大,在水激冷型流程裝置設計[4]路文學(xué),徐美同.殼牌(Shel)煤粉加壓氣化技術(shù)[].燃料與化工,2003,34(5):239-241.時(shí)也同樣必須加以重視。[5]牛苗任,于廣鎖,馬波,等.氣流床干煤粉氣化的技術(shù)進(jìn)展通過(guò)在氣化爐的第二段噴人煤粉和蒸汽代替[J].煤化工20.32(2)226.循環(huán)合成氣激冷氣化反應產(chǎn)生的液態(tài)熔渣,提高了[6]謝書(shū)勝.鄒佩良.史瑾燕.德士古水煤漿氣化、Shell氣化和總體冷煤氣效率和熱效率,與國外先進(jìn)的干粉煤氣GSP氣化工藝對比[].當代化工,008.37<6); 66668.化技術(shù)相比,冷煤氣效率可提高2%~3%.因此[7]任永強,許世森,郜時(shí)旺.干法進(jìn)料煤氣化技術(shù)在中國的進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J].中國電力,2004,37(6):53- 56.兩段式干煤粉氣流床氣化技術(shù)適合于IGCC發(fā)電。[8]張東亮,許世森,任永強,等.兩段式加壓粉煤氣化技術(shù)[J].我國首臺250 MW天津IGCC示范項目于煤化工,2005中國煤化工壓氣化技術(shù)的2009年5月獲發(fā)改委核準,正式開(kāi)工建設。氣化[9]許世森,任永爐采用具有自主知識產(chǎn)權的兩段式干煤粉加壓研究開(kāi)發(fā)[J]FHCNMHG