國外4座大型IGCC電站的煤氣化工藝

中國電力990818中國電力H資源系統ELECTRIC ROWER數字化期刊WANFANG DATA ( CHINAINFO )DIGITIZE D PE RIODICA L1999年第32卷 第8期 Vol.32 No.8 1999國外4座大型IGC C電站的煤氣化工藝許世森危師讓[摘要]世界上建成并運行的250 MW及以上的IGC C電站是美國的W abash River和Tampa荷蘭的Demkolec、西班牙的Puertollano。 它們采用的煤氣化工藝分別是:Destec、T exaco、Shell和Prenflo加壓 噴流床煤氣化工藝。綜合分析了這4種煤氣化工藝的設備技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟指標及在IGCC電站中的應用情況。[關(guān)鍵詞]煤氣化工藝 煤氣化循環(huán)發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)運行分析Coal Gasification Technology in Four Large IGCC Power Plants AbroadAbstract There are four 250 MW and above IGCC power plants built and put into operationnow in the world.They are U.S. W abash River and Tampa,Dutch Demkolec and SpainPuertollano.The coal gasification processes employed are Destec,Texaco,Shell and Prenflopressurized jet-flow bed gasification process respectively.This article comprehensivelyanalyzes the equipment technical features,technical and economical indexes of these fourkinds of coal gasification processes,as well as their applicatious in IGCC power plants.Key words coal gasification process coal gasification combined cycle power generationtechnical featuresoperation analysis迄今為止,世界上已投入運行的4座250 MW以上的IGCC電站分別是美國的W abashRiver( 260.6 MW)和T ampa( 250 MW)、荷蘭的Demkolec( 253 MW )和西班牙的Puertollano(300 MW)。它們分別采用Destec、T exaco、Shell和Prenfo加壓噴流床煤 氣化工藝。Destec和T exaco是水煤漿加壓氣化的主要代表,而Shell和Prenflo則是干粉進(jìn)料加壓噴流床氣化的主要代表。用于IGCC的4種煤氣化爐容量都達到2000t/d以上,都是這些氣化爐首次最大容量的工業(yè)應用。它們的運行狀況直接影響著(zhù)IGCC的可用率和可靠性,是IGCC電站最關(guān)鍵的技術(shù)之一。了 解這4種氣化爐的設備和技術(shù)特點(diǎn)及在IGCC電站中的運行狀況,對我國IGCC電站選擇煤氣化工藝路線(xiàn)具有-定的參考價(jià)值。1 Texaco煤氣化工藝1.1T exaco氣化工藝的結構特點(diǎn)(1)制漿系統。煤和水在常規的煤漿磨中被制成濃度通常是60%~68%的水煤漿T ampa IGCC電站的水煤漿設計濃度為68%。對于一些灰熔點(diǎn)較高的煤或者制漿困難的煤,經(jīng)常在煤漿磨中同時(shí)加入石灰石助熔劑或者煤漿添加劑中國煤化工低或者使煤漿均勻性提高。在煤漿磨的出口有一個(gè)筒形的篩子,合格|Y員CNMH以i罐中，不合格的煤漿溢流到循環(huán)槽中被送回煤漿磨入口。在煤漿儲罐中設有一-個(gè)攪拌器,并根gn1/gg19908/990818.htrm (第1/ 9頁(yè)) 2010-3-23 14:54:34中國電力990818據檢測結果加入一定量的水,使儲罐中的煤漿始終保持在一定濃度 下的均勻狀態(tài)。氣化爐所需的煤漿量一般由2級隔膜泵從煤漿儲罐中抽取并加壓送入氣化爐噴嘴,在氣化爐入口的煤漿輸送管上設有2級流量檢測器,嚴格控制煤漿的流量,煤漿流量的調節全靠隔膜泵來(lái)控制。(2)氣化爐和煤氣冷卻系統。水煤漿和95%純度的氧氣被同時(shí)送入氣化爐噴嘴,在氣化爐內進(jìn)行氣化反應，反應區的溫度一般在1 200~ 1500°C ,氣化爐的壓力根據不同行業(yè)的需要可以是2.5~ 8.5 MPa。Tampa IGCC電站的氣化爐壓力為2.8~ 3.0MPa,氣化區的溫度為1482°C。水、煤和氧氣在氣化爐中發(fā)生氣化反應,主要生成CO、H2、CO2.H20、CH4 H2S和N2,此外,還有少量的NH3、COS、HCN和~飛灰。 由于采用水煤漿進(jìn)料,煤氣中的H 20含量較高。T ampa電站的T exaco氣化爐內設耐火磚( -般為4層) ,內徑約4.0m,高約3.0m。氣化反應的速度很快,粗煤氣在氣化爐內的停留時(shí)間一般在2~ 3s。熱煤氣離開(kāi)氣化爐進(jìn)入特殊設計的輻射式冷卻器,使熱煤氣的溫度降低至700 °C ,同時(shí)使熱煤氣中的熔融態(tài)渣凝固。冷卻后的粗煤氣進(jìn)入對流式冷卻器中被進(jìn)- -步冷卻到480°C。煤氣中的顯熱在2級冷卻器中得到回收,產(chǎn)生10.4 MPa的高壓飽和蒸汽。氣化爐與輻射式冷卻器做成一體,外徑約5m,高約39m,總重約900t,氣化爐安裝標高約106.75 m(3)排渣和黑水處理系統。氣化爐內的熔渣經(jīng)輻射式冷卻器后冷卻凝固成玻璃狀的渣進(jìn)入充滿(mǎn)水的鎖斗系統,鎖斗上下部各有2級閥門(mén)]控制渣進(jìn)入和排出。從壓力鎖斗排出的渣落入粗渣糟中, 粗渣被分離出來(lái),進(jìn)一步處理或直接銷(xiāo)售。細渣和水一起被抽入一個(gè)細灰沉降槽中進(jìn)行重力沉降或過(guò)濾,使水和細渣分離。從洗滌器出來(lái)含灰的水也進(jìn)入沉渣槽中,使含碳的飛灰與水分離,從沉渣糟中溢流出來(lái)的水-般含非常少量的細灰,它被再循環(huán)至水洗滌器人口作為洗滌器用水,多余的水送回煤漿制備系統。從沉渣槽底部流出的細灰進(jìn)入-一個(gè)壓濾機中, 將細灰制成細灰餅。T ampa電站采用了將細灰再循環(huán)至煤漿磨的工藝,目的是為了提高碳的轉化率。1.2 T exaco氣化工藝的性能和運行指標分析T exaco氣化工藝的性能特點(diǎn):(1)與干法進(jìn)料相比,水煤漿進(jìn)料系統工藝相對簡(jiǎn)單、安全可靠、操作靈活、制漿系統的廠(chǎng)用電較小,無(wú)煤粉爆炸危險性,制漿系統無(wú)粉塵排放。煤不必進(jìn)行干燥處理，可直接進(jìn)入制漿系統。此外,水煤漿進(jìn)料可處理不同物料(煤、石油焦、其它廢料) ,進(jìn)料種類(lèi)靈活。此外,使用水煤漿進(jìn)料,氣化爐可以在更高的壓力下運行(2.5~ 8.5MPa) ,這對一些化工過(guò)程非常必要。(2)氣化爐采用單噴嘴運行,所有的氣化物料都從一個(gè)噴嘴噴入,它具有結構簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于局部熱負荷較高,流量較大,不可避免地會(huì )發(fā)生過(guò)熱損壞或磨損問(wèn)題。到目前為止,Texaco氣化爐噴嘴的最長(cháng)累計運行時(shí)間僅3個(gè)月就需要進(jìn)行檢修更換。(3)T exaco氣化爐內設耐火磚, 沒(méi)有水冷系統，結構簡(jiǎn)單,初投資較小。但由于爐內溫度較高,加之磨損和腐蝕,目前T exaco氣化爐向火側的耐火磚最長(cháng)壽命僅2a,靠近爐壁的耐火磚壽命為5~ 10a(4)全廠(chǎng)的灰水可綜合利用,除去大渣和細灰的水也在制漿系統中循環(huán)使用。(5)由于煤氣在氣化爐內的停留時(shí)間短, T exaco氣化爐的碳門(mén)' 中國煤化工在96%~ 98%。由于水煤漿的水分含量大,氣化過(guò)程的0/C比較高, 莉CHCNMHG中的.水分含量也較高。與干法進(jìn)料相比,泠煤氣效率較低,熱回收系統復雜。(6)與其它氣化爐相比, T exaco氣化爐大容量商業(yè)運行的臺數和經(jīng)驗更豐富。fl//[/ 碩2g部場(chǎng)CH9/998/998.htm(第2/ 9頁(yè)) 20103-23 14:54:34中國電力990818(7)T ampa電站T exaco氣化爐可用率1996年可達到57%，1997年達到78%。1998年的目標是85% ,根據電廠(chǎng)介紹此目標可望達到。1.3 T ampa IGCC電站中T exaco氣化爐曾出現的主要問(wèn)題及解決辦法(1)排渣鎖斗堵塞。后通過(guò)調整運行工況及改動(dòng)部分管道基本得到解決。(2)輻射廢熱鍋爐和對流廢熱鍋爐的泄漏問(wèn)題。主要原因可能是由于高溫腐蝕,改進(jìn)的方法是:采取保護措施,改善氣化爐的運行狀況。對流廢熱鍋爐也曾出現管壁泄漏和積灰堵塞問(wèn)題。改進(jìn)的方法是:組織好氣化爐的運行工況,加強檢查和吹灰。(3)黑水和灰水系統的磨損問(wèn)題。目前的辦法是更換耐磨材料、改變管路結構、加強細灰的分離,但不能徹底解決。(4)當煤種有變化時(shí),氣化爐最不適應的就是排渣鎖斗系統和細灰分離系統,容易發(fā)生堵塞。目前的辦法是控制運行參數,積累運行經(jīng)驗,改善鎖斗系統的設計,增強承受能力。(5)位于對流煤氣冷卻器后的4個(gè)氣氣熱交換器(2個(gè)粗煤氣與凈煤氣, 2個(gè)N2與粗煤氣)曾出現積灰堵塞和腐蝕問(wèn)題,造成管子泄漏,導致灰塵進(jìn)入潔凈煤氣中,使燃氣輪機葉片嚴重損壞,同時(shí)在氮氣和煤氣通往燃氣輪機的Y形濾網(wǎng)也發(fā)現裂紋。主要原因有:設計的氣-氣熱交換器入口煤氣溫度偏低、熱交換器的管徑偏小及停機時(shí)泄漏的水的腐蝕(氯離子腐蝕)等。目前尚無(wú)好的解決辦法,不得已取消了這4個(gè)氣氣熱交換器,改用蒸汽預熱凈煤氣,這使全廠(chǎng)的凈效率下降1.5個(gè)百分點(diǎn)。2 Destec煤 氣化工藝2.1 Destec煤 氣化工藝結構特點(diǎn)Destec氣化爐是2段氧氣氣化、連續排渣、內設耐火磚的煤氣化工藝。80%的水煤漿(濃度為67%)和純氧(純度為95%)混合后噴入氣化爐第1段,在第1段除對稱(chēng)布置2個(gè)水煤漿噴嘴外,在第1段的頂部還有一個(gè)從除塵器回來(lái)的“飛灰再循環(huán)噴嘴。第1段的氣化溫度.為1371~ 1 427°C ,氣化壓力為2.76 MPa。經(jīng)過(guò)第1段反應產(chǎn)生的粗煤氣進(jìn)入第2段氣化區。第2段氣化是一個(gè)垂直的內設耐火磚的壓力容器, 20%的水煤漿從第2段噴嘴噴入,與粗煤氣混合并發(fā)生蒸餾、裂解和氣化反應,使粗煤氣的熱值進(jìn)一步增加 ,而溫度降低。在氣化爐頂部的出口,煤氣溫度約為1038°C ,故只需要設置對流式煤氣冷卻器。W abash River IGCC電站安裝了2臺100%負荷的氣化爐, 1臺運行, 1臺備用,煤氣冷卻器只有1套。該電廠(chǎng)的煤氣冷卻器之前有1根與氣化爐高度相當的導流圓筒,垂直布置,內設耐火材料。從導流筒出來(lái)的煤氣進(jìn)入對流式煤氣冷卻器,熱煤氣在管內流動(dòng),水在管外流動(dòng),產(chǎn)生11.03 MPa壓力的飽和蒸汽,流量約90.7~ 113.4 kg/h ,這部分蒸汽再進(jìn)入余熱鍋爐過(guò)熱。煤氣被冷卻到371。C ,然后進(jìn)入煤氣除塵和脫硫系統。該電廠(chǎng)的煤氣冷卻器直徑約3m,Destec煤氣化工藝的水煤漿制備和黑水處理系統與Texaco工藝基本相似。2.2 Destec煤 氣化工藝的性能和技術(shù)經(jīng)濟指標分析(1)截止1997年底,在Wabash River電廠(chǎng)也已累計運行4656h,氣化了469220t煤，氣化爐的最大負荷可達到100% ~ 103% ,氣化爐最長(cháng)連續運行小時(shí)數可達到362h,冷煤氣效率可達到71% ~ 74%。氣化爐的可用率1996年為84% , 1997年達到98%，1998年也達到96%。當然,這是當氣化爐1臺運行, 1臺備用情況下的數據，MH中國煤化工作達到如此高的可用率。氣化爐的噴嘴壽命一般為2~ 3個(gè)月,耐火磚ICNMHG2段耐火磚壽命更長(cháng)。(2)Destec氣化爐采用2段氣化,提高了煤氣的熱值,降低了氧耗,并使煤氣的出口.fl//[/ 泵離警據9/g19908/990818.htm(第3/ 9頁(yè)) 2010-3-23 14:54:34中國電力990818溫度降低,省去了龐大而昂貴的輻射廢熱鍋爐,使氣化爐的造價(jià)降低。而煤氣熱值的提高，也有利于提高IGCC電站的總效率。Desetc氣化爐的煤 氣在標準狀態(tài)下熱值約10425.5 kJ/m3 ,而T exaco煤氣熱值一般為8563.8 kJ/m3。(3)采用的火管式對流冷卻器造價(jià)和安裝費用較低, 檢修和清洗方便。(4)Destec氣化爐采用壓力螺旋式連續排渣系統,泄壓和碎渣設備的造價(jià)較低。2.3 W abash River IGCC電站中Destec氣化爐曾出現過(guò)的主要問(wèn)題及解決辦法(1)曾出現過(guò)2次連續排渣口堵塞現象。這是由于水煤漿中的粗大顆粒較多,使水煤漿供給波動(dòng),導致氣化不穩定而堵塞。解決的辦法:嚴格執行運行操作規程,控制水煤漿質(zhì)量，保證氣化過(guò)程穩定。(2)煤氣冷卻器入口管道的灰渣沉積,限制了機組運行時(shí)間。主要措施是改進(jìn)了對流冷卻器前煤氣管道的尺寸、形狀，使煤氣流速提高,減輕管道中大塊沉積物的形成，從而避免了這些大塊沉積物隨氣流進(jìn)入煤氣冷卻器,并嚴格控制氣化爐操作溫度。為了更保險,在煤氣冷卻器入口管道上裝有濾網(wǎng),防止有較大的沉積物進(jìn)入煤氣冷卻器。3 Shell煤氣化工藝3.1 Shell煤氣 氣化工藝的結構特點(diǎn)(1)煤粉制備和送料系統。Shell煤 e氣化工藝采用干煤粉進(jìn)料系統。原煤的干燥和磨煤系統與常規電站基本相同,但送料系統是高壓的N2氣濃相輸送。與水煤漿不同,整個(gè)系統必須采取防爆措施。經(jīng)預破碎后進(jìn)入煤的干燥系統,使煤中的水分小于2% ,然后進(jìn)入磨煤機中被制成煤粉。對煙煤,煤粉細度Rgo-般為20% ~ 30% ,磨煤機是在常壓下運行,制成粉后用N2氣送入煤粉倉中。然后進(jìn)入2級加壓鎖斗系統。再用高壓N2氣，以較高的固氣比將煤粉送至4個(gè)氣化爐噴嘴,煤粉在噴嘴里與氧氣(95%純度)混合并與蒸汽一起進(jìn)入氣化爐反應。(2)氣化爐。由對稱(chēng)布置的4個(gè)燃燒器噴入的煤粉、氧氣和蒸汽的混合物,在氣化爐內迅速發(fā)生氣化反應,氣化爐溫度維持在1 400~1600°C ,這個(gè)溫度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到氣化爐底部,經(jīng)淬冷后,變成- -種玻璃態(tài)不可浸出的渣排出。粗煤氣隨氣流上升到氣化爐出口,經(jīng)過(guò)- -個(gè)過(guò)渡段,用除塵后的低溫粗煤氣(150°C左右)使高溫熱煤氣急冷到900°C ,然后進(jìn)入對流式煤氣冷卻器。在有-定傾角的過(guò)渡段中,由于熱煤氣被驟冷,所含的大部分熔融態(tài)灰渣凝固后落入氣化爐底部。Shell氣化爐的壓力殼內布置垂直管膜式水冷壁,產(chǎn)生4.0 MPa的中壓蒸汽。向火側有-層很薄的耐火涂層,當熔融態(tài)渣在.上面流動(dòng)時(shí),起到保護水冷壁的作用。Demkolec IGCC電站的氣化爐直徑約5~ 6m,高約50哆m,標高達到60多m。氣化爐的運行壓力約26~ 2.8 MPa(3)煤氣冷卻器。粗熱煤氣在煤氣冷卻器中被進(jìn)一步冷 卻到250 °C左右。低溫冷卻段產(chǎn)生4.0 MPa的中壓蒸汽,這部分蒸汽與氣化爐產(chǎn)生的中壓蒸汽混合后,再與汽輪機高壓缸排汽一起再熱成中壓再熱蒸汽。高溫冷卻段產(chǎn)生13 MPa的高壓蒸汽,它與余熱鍋爐里的高壓蒸汽一起過(guò)熱成主蒸汽。Demkolec電廠(chǎng)的煤氣冷卻器直徑約4m,高約64 m ,冷卻器頂部標高約74.5m,是氣化島的最高點(diǎn)。冷卻器的壓力外殼里布置有8層螺旋管圈，上下iYH中國煤化工氣由.上而下在螺旋管外流動(dòng)與螺旋管內的水換熱。每-層螺旋管圈都{cNMHG清除積灰。由于Shell氣化爐組成的IGCC系統采用的是干法除塵,所以,它的黑水和灰水處理fl/// 7離路據CN9/g1998/90818.htm (第4/ 9頁(yè)) 2010-3-23 14:54:34中國電力990818系統相對比較簡(jiǎn)單, 但其主要的流程與T exaco相似,在此不再贅述。3.2 Shell煤 氣化工藝的性能及技術(shù)經(jīng)濟指標分析(1)Shell氣化爐的煤氣中C0和H 2含量遠大于T exaco煤氣,而CO2和H 20卻遠小于Texaco煤氣。由于可燃氣成分較高,其冷煤氣效率較高(約80% ~ 83%) , 組成的IGCC電站發(fā)電效率也較高(43% LHV)。而水煤漿進(jìn)料的冷煤氣效率-般僅為74% ~ 77%。組成的IGCC效率也較低(41% LHV)。(2)由于煤氣中水分含量較少(2.0%) , Shell氣化爐組成的IGCC因常溫凈化而損失的熱煤氣能量較小,而水煤漿進(jìn)料的煤氣中一般都含有16.8%左右的水分, 那么當熱煤氣冷卻到常溫時(shí), 必然損失大量的顯熱和潛熱。水煤漿進(jìn)料氣化工藝對高溫凈化的需求更迫切。(3)Shell氣化爐的噴嘴和水冷壁壽命較長(cháng), 在Demkolec電站累計運行10000 h以.上未見(jiàn)損壞,氣化爐的可用率已達到95%。(4)由于采用干法進(jìn)料,氣化過(guò)程的氧耗比水煤漿進(jìn)料少,煤氣中的CO2含量也遠小于水煤漿進(jìn)料的煤氣。對于相同容量的氣化爐, Shell氣化所需的空分站可小于15% ~25%。(5)采用干灰再循環(huán),提高了碳的轉化率(可達到99%)。(6)干法進(jìn)料系統與水煤漿相比要復雜得多, 操作和保護也要嚴格得多。進(jìn)料系統的防爆和防泄漏問(wèn)題十分關(guān)鍵。進(jìn)料系統的占地和造價(jià)比水煤漿大。此外,干法進(jìn)料系統的粉塵排放遠大于水煤漿進(jìn)料系統。(7)由于Shell氣化爐采用4個(gè)(或更多)噴嘴運行,易于在低負荷和高負荷下運行,操作的靈活性大,實(shí)現大型化的可能性大。據介紹, Shell氣化爐的最低負荷可達到25% ,即一個(gè)噴嘴運行。(8)Shell氣化爐運行過(guò)程中最重要的控制參數如下:氣化爐出口溫度;合成氣冷卻器進(jìn)口溫度;煤氣成分;蒸汽的參數(流量、溫度、壓力) ;爐渣的排出量及外觀(guān)狀況。(9)氣化爐的變負荷率每分鐘大于5% , IGCC的變負荷率每分鐘接近3%。3.3 D emkolec IGCC電站中shell氣化爐曾出現過(guò)的問(wèn)題及解決辦法在Demkolec電站運行中, Shell氣化爐及其輔助系統的運行基本正常,可用率也較高。在運行初期出現過(guò)以下問(wèn)題: (1)排渣的鎖斗堵塞; (2)細微爐渣影響黑水處理系統。.上述2個(gè)與 氣化工藝有關(guān)問(wèn)題的原因及解決辦法與前文相同,在此不再贅述。4 Prenflo煤氣化工藝4.1Prenflo氣化工 藝的結構特點(diǎn)(1)制粉和輸送系統。與Shell煤 氣化工藝的進(jìn)料系統相似, Prenflo氣化工藝也采用干法進(jìn)料系統。對制粉系統的要求是:對煙煤的煤粉細度R100為25% ,且含水量小于2%(Wt) ;對于褐煤要求煤粉細度R100為25% ,且含水量小于6%(Wt)。(2)氣化爐和煤氣冷卻器。Prenfo煤氣化爐有4個(gè)燃燒器 ,對稱(chēng)布置,從給料系統送來(lái)的煤粉與氧氣( 85%純度)和水蒸汽一起噴入汽化爐反應區進(jìn)行反應，反應區的溫度1500°C左右,焰心的溫度高達2000°C。煤氣中不含過(guò)高的碳氫化合物.隹油和酚、反應器區域的爐襯通過(guò)水冷壁來(lái)冷卻,同時(shí)可產(chǎn)生高壓飽和蒸汽,中國煤化工壓蒸汽相連。TYHCNMHG從氣化反應區排出的液態(tài)渣,在集渣器的水槽中冷卻并用碎渣機破碎大渣,經(jīng)過(guò)閘gn1/gg19908/990818.htrm (第5/ 9頁(yè)) 2010-3-23 14:54:34中國電力990818門(mén)式鎖斗排出,并與水分離,渣被送入渣場(chǎng)或銷(xiāo)售,水可循環(huán)使用。粗煤氣在下部的反應區里形成后向上流動(dòng),在進(jìn)入氣化爐上部的煤氣冷卻器之前,采用除塵后的冷煤氣對熱煤氣進(jìn)行急冷,目的是迫使熱煤氣帶來(lái)的熔融態(tài)灰渣凝固而落入氣化爐底部排渣口。被急冷的煤氣繼續上升進(jìn)入第1級煤氣冷卻器 ,煤氣先從冷 卻器的中心圓筒上升至氣化爐頂部,然后折轉向下,從中心圓筒與爐壁間的環(huán)形對流冷卻區域從第1級冷卻器的底部(即氣化爐的腰部)離開(kāi)進(jìn)入第2級對流冷卻器, 第1級冷卻器的環(huán)形冷卻區布置有4層螺旋管換熱器, 熱煤氣在管外流動(dòng),水在管內流動(dòng),并產(chǎn)生高壓飽和蒸汽。這是Prenflo與Shell氣化爐的不同之處。第2級冷卻器的結構與Shell氣化工藝的對流冷卻器相似。內部也是布置多層的螺旋盤(pán)管換熱管束,西班牙Puertollano IGCC電站中的Prenflo爐第2級對流冷卻器螺旋盤(pán)管共6層，上下共分3組,熱煤氣經(jīng)過(guò)第2級冷卻器后，一般被冷卻到250°C左右,同時(shí)也能產(chǎn)生飽和蒸汽。(3)除塵和飛灰再循環(huán)系統。冷卻后的粗煤氣經(jīng)一級 干式除塵器(陶資過(guò)濾器或旋風(fēng)分離器使大部分~飛灰被收集,經(jīng)鎖斗,用N2送回氣化爐,以提高碳的轉化率。粗煤氣再經(jīng)一級水洗滌器使煤氣中的灰塵含量小于1 mg/m3 ,然后進(jìn)入脫硫系統。4.2 Prenfo氣化工藝 的性能及技術(shù)經(jīng)濟指標分析(1)冷煤氣效率可達到80% ~ 83% ,氣化爐的總效率可達到95%。對美國Pittsburgh 8號煤的試驗結果證明85%純度的氧氣做為氣化劑,煤氣的熱值、碳轉化率、冷煤氣效率、總效率與95%純度的氧氣氣化相比相差不大。因此, Prenflo爐采用85%的純度的氧氣做為氣化劑。Prenflo氣化爐在 小試驗臺可達到每分鐘2% ~ 15%的變負荷率,而此時(shí)煤氣氣中的CO2以及煤氣壓力幾乎不變。由于也采用4個(gè)燃燒器，當50%負荷時(shí),只用2個(gè)燃燒器可以很容易地操作。(2)西班牙Puertollano IGCC電站中Prnflo爐的運行情況。1998年 初開(kāi)始用煤氣發(fā)電,迄今累計運行198h ,最長(cháng)連續運行時(shí)間為25 h ,此時(shí)的負荷為80%。氣化爐在75%負 荷下曾運行了40h。截止1998年9月 氣化爐乃至整個(gè)IGCC電廠(chǎng)沒(méi)有在100%負荷運行的記錄。50%煤和50%石 油焦混燒時(shí)的試驗表明實(shí)際運行數據與設計值非常接近。1998年7~8月機組大修,主要檢修Siemens的燃氣輪機。目前機組已重新啟動(dòng)。4.3在Puertollano電 站中Prenflo氣化爐曾出現過(guò)的主要問(wèn)題及解決辦法(1)壓力供料鎖斗下粉不暢。在2級鎖斗間有一根回流N2的管，由于管徑設計太小，使N 2排氣不暢而導致煤粉下落不連續。解決的辦法是在回流管上增加了一個(gè)文丘利抽氣器,以提高N2回流的速度,從而使排氣暢通,煤粉下落連續而均勻。(2)黑水和灰水處理系統的細渣過(guò)濾問(wèn)題。與Demkolec和T ampa電站的問(wèn)題類(lèi)似Puertollano IGCC電站的氣化島也出現過(guò)因細渣太多,而導致黑水含渣量大,造成黑水系統磨損堵塞的問(wèn)題,解決的辦法也是采取過(guò)濾的辦法將黑水中的細渣除去,即可解決此類(lèi)問(wèn)題。54種氣化爐的綜合 比較4種氣化爐技術(shù)特點(diǎn)的綜合比較見(jiàn)表1。中國煤化工MHCNM HG表14種氣化爐的技術(shù)特點(diǎn)比較gl9gl19908/990818.htm (第6/ 9頁(yè)) 2010-3- 23 14:54:34中國電力990818|技術(shù)項目T exacoDestec/Dynergy5hellPrenflo進(jìn)料方式濕法/水煤漿干法/煤粉反應器形式噴流床氧氣純度/%)59585~ 95噴嘴/個(gè)3(+1)4噴嘴的壽命/h1 4401 440~ 2160> 10000待考檢氣化爐內襯耐火磚水冷壁+涂層內襯的壽命/a23> 10(待考驗)>10(待考驗)冷煤氣效率/%71~ 7674~ 7880~ 83碳轉化率/%96~ 9898> 98單爐最大出力/2200 ~ 2 400250020002600d-1示范電站的凈功250.0260.6253.0300.0率/MW最大容量氣化爐的最長(cháng)運行時(shí)> 8860>7500> 10 00040間/h尿范電站最長(cháng)追續運行時(shí)間/h720~ 1000> 324> 200025示范電站的氣化80~ 8590~ 95(-開(kāi)一備)(待考驗)爐可用率/%設計值: 41.6設計值: 37.8組成IGCC示范(HHV)43(LHV)45(LHV)電站的效率/%試驗值: 38.5試驗值: 38.8(未公布試驗值)(待試驗)組成的IGCC達有可能到43%(LHV )效(但必須改進(jìn)全熱容易達到能達到率的回收)可能性噴嘴、耐火磚壽命短噴嘴、耐火磚壽命存在的問(wèn)題全熱回收系統和黑水處理系統待改黑水系統待改進(jìn)供料系統待改進(jìn)黑水處理系統尚待改進(jìn)是否氣化過(guò)類(lèi)似于中國IGCC電是否站的煤種中國煤化工目前IGCC電站低最低TYHCNM H G-較高的造價(jià)Vqk/zgdlzgl99/zgdI9908/990818.htm(第7/ 9頁(yè)) 20103-23 14:54:34中國電力9908186結論6.1美國的水煤漿 進(jìn)料氣化工藝(T exaco和Destec)和歐洲的干法進(jìn)料氣化工藝(ShelI和Prenfo)的單爐出力都達到了2000 ~ 2500t/d等級,并都進(jìn)行了250~ 300 MW等級的IGCC示范, 4種氣化爐都采用氧氣噴流床氣化工藝。這對于我國選擇氣化工藝提供了較為全面的選擇范圍。6.2 T exaco氣化爐的運行經(jīng)驗和已商業(yè)化的臺數最多，用于IGCC發(fā)電,氣化爐的可用率也可達到80%以上。但它的噴嘴和耐火襯里的壽命較短,冷煤氣效率和組成IGCC的效率目前還較低。若IGCC效率設計為43%(LHV) ,采用T exaco氣化爐,必須使其廢熱鍋爐和全熱回收系統有較大的改進(jìn)，才有可能達到。6.3 Destec氣化爐 雖然也是水煤漿進(jìn)料,但它是2段氣化,冷煤氣效率比Texaco高,而且可省去輻射廢熱鍋爐,加之火管式的對流冷卻器使造價(jià)大幅度降低。若組成IGCC許多專(zhuān)家認為是能夠達到43%(LHV)的效率，且造價(jià)較低。但與干法進(jìn)料相比,其噴嘴和耐火磚壽命較短。6.4 Shell氣化爐的可 用率已達到了95% ,可以說(shuō)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化運行,其噴嘴和水冷壁的壽命都較長(cháng)。冷煤氣效率和組成IGCC效率與濕法進(jìn)料氣化工藝相比較高,對43%(LHV )的IGCC效率,采用Shell工藝容易達到。但它的造價(jià)與T exaco和Destec相比較高。6.5 Prenflo氣化爐與Shell氣化爐基本相似，只是冷卻器結構有所不同,由于西班牙Puertollano示范電站的運行時(shí)間很短, Prenflo氣化爐的性能尚待時(shí)間檢驗。5.6 煤種對氣化爐的性能有很大影響,對于我國IGCC示范電站所選用的煤種,目前只，有T exaco和Shell氣化爐有類(lèi)似煤種的氣化經(jīng)驗,這一點(diǎn)對氣化工藝的選擇也十分重要。6.7從4座示范電站的運行情況看 ,氣化爐本身的可用率都很高( > 85%) ,但與之匹配的輔助系統是制約氣化島和整個(gè)IGCC機組可用率的最大障礙。其中排渣和黑水處理系統及進(jìn)料系統的問(wèn)題最多, 有些目前尚未解決。這一點(diǎn)在我們選擇氣化工藝承擔者時(shí)應予以高度重視,盡量選擇這一方面的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商。6.8根據 世界上4座示范電站的經(jīng)驗和教訓,對于我國IGCC示范電站在氣化工藝選擇方面應綜合考慮以下幾個(gè)原則問(wèn)題:氣化爐的最大出力是否能達到要求;是否氣化過(guò)類(lèi)似的煤種;最大容量的氣化爐的運行時(shí)間和臺數;示范運行的可用率;泠煤氣效率及組.成IGCC的總效率;目前還存在哪些問(wèn)題;氣化爐和輔助系統設計和制造者是否都是專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商。作者單位:許世森危師讓 國家電力 公司熱工研究院陜西西安 7100327參考文獻TheT ampa IGCC Project. A Report of DOE and Tampa Electric C ompany, 1996.122 John E McDaniel, C harlesA Shelnut, T ampa Electric C ompany Polk Power Station IGCCProject Status. Sixth Annual Clean C oal T echnology C onference, Reno, Nevada, May, 19983 TheW abash River C oal Gasification Repowering Project. A Report of DOE and W abashRiver C oal Gasification Jont V enture, 1996.124 Clifton G Keeler, Jack Stultz, 0 perating Experience at the W aba中國煤化工ationRepower Project, Sixth Annual Clean C oal Technology C onference, RHCNMHG998.5 Demkolec IGCC Power Plant Information. A Report of D emkolec Power Plant, 19986 Puertollano IGCC Power Plant Status. A Report of Krupp UhdeC ompany, Angust, 1998fl// 72瞥據u9/g19908/990818.htm(第8/ 9頁(yè)) 2010-3-23 14:54:34中國電力990818(責任編輯蘇儀)收稿日期: 1999-02-20中國煤化工MHCNM HGgl9gl19908/990818.htm (第9/ 9頁(yè)) 2010-3- 23 14:54:34