煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統

第28卷第5期化學(xué)工業(yè)2010年5月CHEMICAL INDUSTRY●33.煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統姜潔，申友軍(兗礦國泰化工有限公司，山東滕州277527)摘要:介紹該系統構成,討論其煤氣化與凈化、燃汽輪機與蒸汽輪機的匹配等技術(shù)關(guān)鍵。指出該技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:煤氣化;發(fā)電;聯(lián)產(chǎn)法;燃氣輪機;蒸汽輪機文章編號: 1673-9647 (2010) 5- 0033-0303中圖分類(lèi)號: TQ54文獻標識碼: A1概述料、容量為2200 t/d的Destec氣流床，配西屋公煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(Integrated Coal Gasifcation司生產(chǎn)的110 MW功率WH501D燃氣輪機，電站Combined Cycle,簡(jiǎn)稱(chēng)IGCC)是指煤經(jīng)過(guò)氣化產(chǎn)折合總功率為161 MW,凈效率(HHV) 為34.2%,生可燃氣體，燃燒后先驅動(dòng)燃氣輪機發(fā)電，然后從1984年4月投運直到1994年3月停運，累計利用其高溫煙氣余熱在廢熱鍋爐內產(chǎn)生高壓過(guò)熱運行33 637 h。曾對不同煤種進(jìn)行過(guò)試驗，顯示蒸汽，驅動(dòng)蒸汽輪機發(fā)電。與常規燃煤發(fā)電技術(shù)了Destec氣化爐對不同煙煤都有好的適應性。相比，ICCC不僅可以明顯提高整個(gè)發(fā)電系統的效2 IGCC 系統的構成率，有利于節省能源，而且能夠極大減少發(fā)電污ICCC是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)有機染物的排放，有利于環(huán)境保護。因此，IGCC 作為結合的先進(jìn)動(dòng)力系統。它由兩大部分組成，即煤一種非常有效而潔凈的煤發(fā)電技術(shù)，已經(jīng)受到世的氣化與煤氣凈化部分和燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電界各國的高度重視。部分。第一部分的主要設備有氣化爐、空分裝置、世界上第一座ICCC裝置是1972年在德國煤氣凈化系統;第二部分的主要設備有燃氣輪機Linen市的Kellerman電廠(chǎng)，容量為170 MW,采發(fā)電系統、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統。典型用5臺Lurgi固定床氣化爐。該裝置出力和效率都的IGCC發(fā)電實(shí)現了能的梯級利用，從而提高了低于設計值,加之粗煤氣中含有焦油和酚等有害整個(gè)發(fā)電系統的效率,更重要的是它較好地解決物質(zhì)極難處理，該電站完成原定全部試驗內容后了常規燃煤電站固有的環(huán)境污染問(wèn)題。還有其燃于20世紀70年代末停運。料適應性強，耗水量少等優(yōu)點(diǎn)。典型ICCC的工第一座ICCC電站未能長(cháng)期運行的主要原因藝過(guò)程如圖1所示。是氣化爐問(wèn)題。因而，如何經(jīng)濟有效地將煤轉化2.1煤的氣化與凈化為煤氣并從中去除有害物質(zhì)成為IGCC示范電站氣化爐是IGCC關(guān)鍵設備之一，氣化爐約在成敗的一個(gè)關(guān)鍵。而世界上真正試運成功的第一2-3 MPa壓力下工作，以減小體積。煤的氣化過(guò)座IGCC電站是建于美國加州Daggett的CoolWater程實(shí)質(zhì)上是讓煤在氧氣不足量的情況下發(fā)生氧化(“冷水")電站，它采用水煤漿供料、容量為反應。煤中的可燃物質(zhì)主要是一些由碳、氫元素1 000 /d的Texaco氣流床氣化爐，利用99.5%的組成的復雜分子。通常，供入氣化爐的氧氣量只氧氣為氣化劑，獨立空分裝置,常溫濕法除塵脫有可燃物質(zhì)完全燃燒生成CO2、H20和SO2時(shí)所需硫技術(shù)。通過(guò)27100h的運行考核顯示其性能良的理出的粗煤氣的主要好、運行可靠,尤其是污染物排放很少,被譽(yù)為成分中國煤化工氣體HS、cos、“世界上最清潔的燃煤電站”。美國同時(shí)建設的另HCNMHG收稿日期: 2010-03-25一座IGCC示范電站是建于路易斯安娜州Plaqutmin作者簡(jiǎn)介:姜潔(1981-), 女，黑龍江省人，從事甲醇I藝技的Dow化工廠(chǎng)內的LCTI電站。它采用水煤漿供術(shù)工作?；瘜W(xué)工業(yè)●34●CHEMICAL INDUSTRY2010年第28卷SO2,惰性氣體Ar, N2 和少量NH,、NOx及其他雜還難以和常規的汽輪機電站相匹配。而20世紀質(zhì),其中CO和H2占煤氣中的大部分，是合成氣90年代后研究出的高性能的燃氣輪機的透平初溫或燃料氣的有效成分。為1250~1310C，可建造供電效率40%~46%的ICCC大裝置,在熱力學(xué)性能上足以和傳統的燃煤電站相競爭。新型商業(yè)應用燃氣輪機進(jìn)氣初溫高達1430%C,其組成的IGCC系統凈效率可達50%以上。燃用中熱煤氣的燃氣輪機的壓氣機和透平與常規的燃氣輪機相差不大，可以不經(jīng)改造而直申回四接用。燃用低熱值煤氣的燃氣輪機，在相同出力下燃氣流率增加，平衡工況運行點(diǎn)向喘邊界靠近,M-↓常規燃氣輪機一般不能滿(mǎn)足燃用低熱值煤氣的要1-氣化爐; 2-凈化系統; 3- -壓氣機; 4- 燃燒室;求。因此，需要重新設計低值煤氣燃氣輪機,并5-燃氣透平; 6-空分裝置; 7一空氣壓縮機; 8-氧且在燃燒方面需解決如下一一些問(wèn)題: (1) 燃燒穩氣壓縮機; 9-氮氣壓縮機; 10- 氮氣飽和器; 11-余定性，機組低負荷容易發(fā)生熄火; (2) CO完全熱鋼爐; 12-蒸汽輪機燃燒，在低負荷下，燃燒效率有所下降，未燃燒圖1 IGCC 系統CO排放會(huì )超過(guò)環(huán)保標準; (3) 在用柴油補燃目前國內外運行的氣化爐絕大多數是以純氧(機組啟動(dòng)時(shí)或者氣化爐出力不足時(shí))排氣冒黑或富氧作為氣化劑的，在空氣分離的過(guò)程中消耗煙, NO,超標; (4) 火焰管壁局部溫度高。的能量一般超過(guò)IGCC發(fā)電量的10%。 煤既可以2.3 余熱鍋爐用純氧或富氧進(jìn)行氣化，也可以直接采用空氣進(jìn)性能先進(jìn)的ICCC離不開(kāi)高效率的蒸汽底循行氣化。前者氣化所得的是中熱值煤氣;后者為環(huán)，為了充分地吸收各子系統的余熱，在IGCC低熱值煤氣,其中含有大量的隨空氣帶人的N2。系統中應合理選擇蒸汽循環(huán)流程。氽熱鍋爐的利雖然采用空氣氣化節省了空分所需的巨大能量,用不僅僅是在IGCC裝置中，在各種余熱利用的但由于存在一定的缺陷,難以實(shí)現。在21世紀可場(chǎng)合中都會(huì )用到余熱鍋爐。為了提高ICCC的機持續發(fā)展的環(huán)境標準下，燃燒化石燃料所產(chǎn)生的組功率和效率,學(xué)者們提出了多種技術(shù)改進(jìn)余熱.溫室氣體CO2若全部排放到大氣,將對環(huán)境造成鍋爐，使汽輪機能夠更高效和大功率化。很大影響，破壞地球大氣圈和巖石圈的碳分布,2.4 汽輪機系統因此必須對CO2進(jìn)行處理。實(shí)際上，IGCC裝置的汽輪機系統就是普通的煤氣在離開(kāi)氣化爐之后接下來(lái)要進(jìn)行的是除汽輪機，主要是進(jìn)行參數匹配。ICCC系統是無(wú)補塵和脫硫，由于燃氣將直接在燃氣輪中作功，所燃的，汽輪機的運行參數由燃氣輪機排氣決定,以對凈化的要求是比較高的“。除塵- -般分為兩個(gè)汽輪機的功率大于燃氣輪機功率的1/2但小于燃步驟來(lái)完成:旋風(fēng)分離器(除去粗顆粒)和濕法洗氣輪機。燃氣輪機的單機功率和鍋爐電站的汽機滌器(除去細灰塵)。脫硫常用物理吸附、化學(xué)吸相比，小很多，因此ICCC的汽輪機功率是比較附:和化學(xué)吸收來(lái)完成凈化過(guò)程,通常是在接近常溫小的。整個(gè)機組的功率一般不會(huì )超過(guò)單獨使用的下完成的。氣化爐中產(chǎn)生的煤氣必須經(jīng)過(guò)換熱器大型汽輪機。降溫，不可避免地將產(chǎn)生煙損失。高溫脫硫如果3 IGCC系統發(fā)展存在的問(wèn)題能夠滿(mǎn)足要求，將使ICCC系統的效率得以提升。IGCC是潔凈煤發(fā)電技術(shù)中有相當發(fā)展前途的脫硫技術(shù)是目前IGCC系統研究的另一個(gè)要點(diǎn)。先進(jìn)技術(shù)之一，備受電力工程界的關(guān)注2。至今,2.2燃氣輪機系統這中國煤化工3經(jīng)取得了相當大IGCC聯(lián)合循環(huán)系統以燃氣輪機為主。燃氣輪的成三理化商業(yè)運行示范機與汽輪機的功比為1.30~2.0。 燃氣輪機系統是階MHCNMH L熟的程度。目前，影響整個(gè)ICCC系統性能的主要因素。顯然, 20燃煤的ICCC電站尚未具備取代有FGD的燃煤蒸世紀80年代初溫1 1009燃氣輪機組成的IGCC(下轉第41頁(yè))第5期汪多仁:環(huán)氧大豆油的開(kāi)發(fā)與應用.41●application in polyurethanes US6, 399, 698 B1.E. Allen,Denver ,Colorado (US); Melvlle E.D. Hillman,[17 ]Herman P. Benecke, Columbus 0H (US) PlasticizersHilliard ,0hio (US);George E. Cremeans ,Grovepon,Ohioderived from vegetable oils US 2002/0013396 A1.(US); and Edward S.Lipinsky , Worthington ,Ohio (US)[18]Garth L Wilkes，Blacksburg, VA (US); SeungmanMethod to produce eyelie esters US6, 969, 735 B1.Sohn, Maynard,MA (US); Bahman Tamami, Shiraz[20]llen David Godwin, Seabrook, TX (US) Plasticizers(IR)Nonisocyanate polyurethane materials， and theirfrom less branched decyl alcohols US6, 969, 735 B1.preparation from epoxidized soybean oils and related[21 ]Heny Wu-Hsiang Yang，Kingwood, TX (US); Wenepoxidized vegetable oils , incorporation of carbon dioxideLi，Houston, TX (US);Bruce R. Lundmark , Houston,into soybean oil, and carbonation of vegetable oils US 7,TX (US); Chon-Yie Lin，Houston, TX (US); Chia045, 577 B2.Yung Cheng, Seabrook,TX (US); Plasticized polyolefin[19]Dan W. Verser ,Golden ,Colorado (US); Alex Cheung,compositionsUS7,619,026 B2.Fort Collins ,Colorado (US); Timothy J. Eggeman,Lakewood ,Coloredo (US); Wlim A. Evanko ,Golden,[22]Paul D. Bloom, Decatur, IL (US) Eporidized esters ofColorado (US); Kevin H. Scilling ,Arvada ,Coloradovegetable oil fatty acids as reactive diluents US 2006/(US); Manfred Meiser ,Arvada , Colorado (US); Anthony0020062 A1. .Development and Application of Epoxidized SoybeanWANG Duo-ren(PetroChina Jilin Petrochemical Corp, Jilin 132101, Ch "a)Abstract: The production methods, technical progress and main applications of epoxidized soybean at home and abroad werereviewed. The recent domestic production status of trimelitic anhydride was also introduced.Keywords: epoxidized soybean; plasticizer; polyvinyl chloride(上接第34頁(yè))汽電站以及燒天然氣的余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)的條(2)繼續不斷地改進(jìn)IGCC技術(shù)中各主要部件,它必須在進(jìn)- - 步提高供電效率、降低投人/產(chǎn)套和系統的性能，提高其可用率,降低其成本。出比和發(fā)電成本，以及提高整個(gè)電站的運行可用率方面做許多工作。參考文獻:4 IGCC 今后的發(fā)展方向[1]張德祥. 煤化工工藝學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社.(1) IGCC技術(shù)與化工工業(yè)流程相結合,形成[2] 魏欲曉.水煤漿氣化技術(shù)的發(fā)展與其面臨的問(wèn)題[J].一個(gè)以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)的能源系統;煤炭工程, 2004, (10):56- -58.Integrated Coal Gasification Combined Cycle SystemJIANG Jie，SHEN You-jun(Yankuang Guotai Chemical Co., Ld, Shandd中國煤化工TMHCNMHGAbstract: To introduce the integrated coal gasification combined cycle ( IGCC) system in tems of its formation, gasifcation,purification, and the matching of gas turbine and steam tubine etc. To discuss the key techniques and give the development trend.Keywords: coal gasification; power generation; co-production process; gas turbine; steam turbine