对国外煤气化联合循环发电装置的考察

★世界煤炭★对国外煤气化联合循环发电装置的考察兖矿集团煤化工筹备办公室韩梅摘要煤气化联合循环发电(IGCC)技术具有优越的环保性能及较高的效率。根据对英国壳牌公司总部、荷兰壳牌公司技术总部及法国法液空公司国际工程部的考察,介绍了壳牌煤气化工艺技术的发展过程、工艺流程和该工艺技术在荷兰Demkolec电厂的应用情况;介绍了法液空公司的空分技术及其在1GCC上的应用形式。根据考察结果,对《兖矿高硫煤洁净利用创新项目》的优势及IGCC技术的可靠性及经济性进行了再评价。关键词: IGCC 考察壳牌公司 法液空公司附近,一台150t/d的示范工厂投入运转至1983 年。1引盲1987~1991年在美国德克萨斯州休斯敦附近的1999年4月18日~5月5日,由兖矿集团、国Shell Oil's Deer Park Manufacturing Complex运行家计委和山东省计委组成的技术考察组,分别对英了一台250t/d的示范装置，运转时间长达15 000h,国壳牌公司总部、荷兰壳牌公司技术总部及法国法共有18个不同煤种(包括石油焦)在此进行过气化液空公司国际工程部进行了技术考察。此次考察的试验。在运行期间收集了关于环境、工程以及操作的任务是:广泛数据,为商业设计提供了大量的基础数据.壳牌(1)对壳牌公司拥有的壳牌煤气化工艺技术进煤气化工艺技术的第一个商业应用是荷兰的行考察了解,重点了解该工艺技术在煤气化联合循Demkolec工程。该示范厂于1998年1月1日结束环发电(IGCC)装置上的应用情况。示范,正式移交给当地的EPZ电力公司使用。(2)对法液空公司及其空分工艺技术进行考察,壳牌公司计划对壳牌煤气化工艺技术进行改重点了解空分在联合循环发电装置中的应用形式及进,重点是优化设备和工艺,进一步降低单位投资。运行情况。同时,壳牌公司同GE公司等联合,对单台气化炉进(3)讨论在兖矿集团“高硫煤洁净利用创新项行放大,以达到能满足400MW级IGCC电厂的要目”中应用壳牌煤气化工艺技术的相关问题以及空求,气化效率在83%以上,采用进口温度为1 250C分技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)上的应的GE9F燃气轮机,进一步改进废热锅炉和蒸汽轮用形式等。机。通过改进,估计发电厂效率将达到46%以上,但目前尚无工业化装置建成。2对壳牌煤气化工艺技术的考察吉陶准气化下甘县一种使用干燥粉煤吹氧气流2.1 壳牌煤气化工艺技术的发展过程及工艺流程中国煤化工可种类的煤或石油焦转1976年在壳牌国际阿姆斯特丹实验室,一台HC N M H G其典型工艺流程如图16t/d的工艺改进装置开始运转。1978年在德国汉堡所示。4中国煤炭第25卷第7期1999年7月的选择。1989年4月,SEP公司决定采用Shell加压烟肉蒸汽燕汽粉煤气化工艺，在荷兰南部Limburg省Harlen市的Buggenum建立一座发电能力为250MW的IGCC示范电厂.1991年开始建设,1993年建成并试车。原物门一你气化一下，门一发电机一[部]计划从1994年到1996年为3年示范期,示范结束后移交当地EPZ电力公司使用,但由于示范期因故y硫产生| 水净化电力延长,直至1998年1月1日该示范厂才正式移交空分EPZ使用。1989年该工程投资共计8.5亿荷兰盾,其中气化岛占27%,联合循环发电部分占31%,空分部分占9%,气体处理占5%,其它占28%,全厂占地10圈1壳牌煤气化工艺流程圈2.2 壳牌煤气化工艺在Demkolec电厂上应用情公顷(25英亩)。该厂现有职工170人,下半年将减少到140人。2.2.1 在Demkolec装置上获得的成果该厂现拥有壳牌煤气化炉一台,气化能力为2(1)联合循环效率: 43%以上，达到设计要求000t/d.空分装置制氧能力为1650t/d,1998 年总发(2)环境性能:电量约为1. 998 X 109kWh。SO2低于60g/MMWh;1997年生产成本为12荷兰分/kWh(约合人民NO, 60~120 g/MMWh;币0.496元/kWh)CO,低于770 g/MMWh,超过设计要求;1998年预测成本为8荷兰分/kWh (约合人民(3)合成气的产率,达到设计要求;币0.33元/kWh)(4)气化的公用工程消耗,低于设计要求;1998年8/10月测算成本为7荷分/kWh(约合(5)烧嘴寿命,超过8 000h.人民币0. 29元/kWh)2.2.2 在Demkolec装置上曾出现的问题以及解预测具有竞争性的最低成本为5.5荷兰分/决情况KWh(约合人民币0. 23元/kWh)(1)干除尘系统的蜡烛状陶瓷过滤器曾出现过由于该电厂具有极高的环保性能，政府对其经震动,后在其根部固定后,震动问题得到解决。营运行给予了相应支持,在运行时间上给予充分保(2)燃气轮机烧嘴处出现过喘震,并因此而引起证,1998年系统运行时间为7 900h.此外,政府对该多次停车更换燃气烧嘴。其原因是,燃气轮机采用的电厂还实行了1荷兰分/kWh(约合人民币0.04元/是西门子公司的V94. 2型燃用天然气的燃气轮机，kWh)的政策补贴。而目前所用合成气与天然气的热值及燃烧特性完全2.4 关于将壳牌煤气化工艺生产的合成气用于生不同，因此必须根据合成气的燃烧特性对其燃烧喷产高纯度Co等相关问题的讨论嘴进行适当调整和改造,目前改造已完成,问题得到由于应用壳牌煤气化工艺生产的合成气中,N2解决。(3)废水处理系统所生成的盐的质量曾经达不含量偏高(约6%),而用于醋酸生产的CO纯度要到设计要求,因为该工程为污水零排放工厂,对工厂求≥98%,其中N2及其它惰性气体含量要求≤废水要彻底处理后循环使用,目前该系统的问题也1% ,在采用深冷工艺分离H2和CO时,由于N2的沸点(-195.8C)同CO的沸点(一191C)比较接已得到解决,生产的盐可以达到设计要求。可以认为,壳牌煤气化工艺是可靠的,具有高效近,N2很难从CO中分离出去,将有可能影响到供率并能满足较高的环保要求,固体副产品可以被利醋酸装置使用的CO的纯度。壳牌公司人员也已经考虑到这一问题,并正在寻求更经济可行的方案。目.用，同时还具有较高的对原料煤的适应性。2.3 荷兰Demkolec电厂的商业运行情况前考中国煤化工源是煤粉输送用N21989年2月由荷兰电力生产部门SEP公司成和气YHCNMHG身有足够多纯净立了Demkolec B. V公司,同期进行了煤气化技术CO2,来源的条件下,用CO2代替N2作为煤粉输送对国外煤气化联合循环发电装置的考察4气体,可以有效降低合成气中N2含量,但这需要从流式压气机其绝热压缩效率比离心式压气机的效整个工艺中系统考虑,并应保证CO2来源的连续性率高,因此,使用燃气轮机的空压机向空分装置提供和可靠性。另外,采用高纯氧(≥98%)气化,也可适压缩空气将使得整体IGCC的效率比单独设置空压当降低合成气中N2含量,但提高O2纯度将使空分机时高4%左右。另外,还可以避免购置单独设置的装置的投资大大增加,因此要进行全面的经济评价空压机。但由于空分装置与燃气轮机共用一台空压后寻求一个解决方案。机,会造成开车和负荷调节的控制较复杂。(2)半复合式。空分装置的原料空气的一半或3对法液空公司空分技术的考察一部分由燃气轮机的空压机提供,另一半或另--部3.1法液空公司 概况分压缩空气则由一台单独设置的空压机提供。由于法液空是一家国际集团,创建于本世纪初,已设置了单独的空压机,开工及负荷调节控制将比较有98年的历史,在工业、医药气体及相关服务领域灵活、方便，整体IGCC的效率也由于部分压缩空气处于世界领先地位。该公司1997年销售收入为83.来自于燃气轮机的空压机而比单独空分的IGCC要82亿法国法郎(约合518. 16亿元人民币),净利润高。为30. 9亿法国法郎(约合41.7亿元人民币)。目前(3)单独空分 。空分装置的原料空气全部由一法液空公司在60多个国家拥有27 000多名员工。台单独设置的空压机提供。由于需要单独设置空压分别在巴黎、美国休斯顿和惠灵顿、加拿大的蒙特利机，因此投资费用会有所提高,厂用电的消耗会有所尔、日本的神户、中国的杭州、新加坡及印度的海德增大。拉巴建有8个工程中心。共拥有40 000m2的现代化废气车间。3.2 空分技术的基本工艺流程低温下将空气分离成氧气和氮气的典型工艺流↑废气00程是双塔精馏工艺。空气在主空气压缩机中被压缩到较高压力,并在冷箱中被冷却到环境温度。高压空气气在双系统的空气净化器中被去除水分、CO2及其他污染物等,当一个净化吸收系统工作时,另-一个系空气压缩净化影胀换热燕馏氧气加压统就用来自于空分装置的热的污氮进行再生。洁净的干空气被送到低温精馏装置中,并在那里冷却到圈2法液空空分装量 t典型的工艺流程露点温度以下,通过减压蒸馏将空气分离成氧气和.通过考察,我们认为:全复合式空分系统虽然可氮气。这里应用的是高效铝制板翘式换热器。一般以使IGCC的净效率提高,但是调节的灵活性较差。高压塔内压力为0. 5Mpa(绝对),低压塔内压力为在负荷变动时,很难使燃气轮机的工况与空压机的0.14Mpa (绝对)。该精馏塔是法液空的专利技术。通抽气量、空分装置的制氧能力以及气化炉的合成气过精馏得到的产品在主换热器中被重新加热，而另量相适应。另外,为了避免因单独设置空压机而造成- -种换热介质空气被冷却下来。低温制冷设备安装的投资大、厂用电高的缺点,采用半复合式空分将是在内部填有珍珠岩保温材料的金属外壳内。一个理想的选择。空分装置典型的工艺流程如图2所示:采用半复合式空分系统最大的优点还在于:可.3.3空分装置在 IGCC上的应用形式.以保证在炎热的气候条件下，燃气轮机仍能在用于IGCC电厂的空分装置一般都是大型机120%的负荷工况下运行,而不会发生一般燃气轮机组,并经过专门的优化设计以达到提高整体效率的常出现的功率将随外界气温的增高而不断减少的现目的。这些空分装置的产品氧气的纯度- -般为85%象。当外界气温增高时,减少从燃气轮机空压机中抽~98%,最常见的为95%左右。根据煤气化联合循“中国煤化工增大从大气中经单独设环电厂整体流程的不同,空分装置可分为以下几种:的空气量,这样就能实现(1)全复合式。空分装置的原料空气全部由燃[HCNMHG-LAW气轮机的空压机提供。由于燃气轮机的空压机为轴12中国煤炭第25卷第7期1999年7月的规定。目前Buggenum电厂已成为欧洲最清洁的4技术考察的初步结论燃煤电站。这都充分表明煤气化联合循环发电技术4.1 对《兖矿高硫煤洁净利用创新项目》优势的重的先进性和成熟程度,经过一段时间的示范调整,各主要设备的可靠性也已得到证实。新认识首先,该项目是在坑口建设,主要目的在于高效IGCC具有优越的环保性能及较高的效率是没洁净利用兖州矿区富存的大量高硫煤,为调整煤炭有争议的,但其较高的投资和有限的运行经验却是行业的产业结构和企业的可持续发展走出一条新推广该技术的主要障碍。-般情况下IGCC发电的路。这将极大地促进我国环保事业的发展,将使其周成本比常规火力发电的成本要高出50%左右。其原边地区的环境得到极大改善,同时对提高我国高硫因主要是:IGCC电站的初期投资是常规火力发电煤洁净利用水平将起到积极的示范作用。其次，《兖厂初期投资的1.5倍左右,而且示范电站通常还建矿高硫煤洁净利用创新项目》在采用IGCC技术发有商业设计中不必要的试验设备,造成设备投资偏电的同时,用合成气联产其他化工产品,将有效降低大。即使是Demkolec电厂转人商业化运行后,仍需投资、减少运行成本、进一步提高整体经济效益。政府在运行时间及电价.上给予特殊政策扶持。壳牌公司和GE公司等最新研究结果显示:采用经济规4.2 对荷兰Demkolec电厂IGCC技术的可靠性及模、高性能燃气轮机和整体系统的优化将会增强经济性的初步评价IGCC的竞争性。另外,将气化产生的合成气用于联Demkolec电厂1998 年间发电效率-直保持在产如甲醇、醋酸等其它化工产品,将能在一定程度上43%以上,而且运行的可靠性很高,壳牌气化炉的运降低其运行费用。预计下世纪初IGCC技术有望成行情况良好，与燃气轮机燃烧有关的震动问题现已为被广泛使用的技术。被解决,并且成功地进行了利用低质煤和石油焦的(本文主要根据此次考察中、壳牌公司，荷兰混合来降低燃料成本的试验。1999年该电站的运行Demkolec电厂及法液空公司等提供的资料编辑而目标是可用性达到90%以上。另外，该电站的环保成,在此,对以上单位有关人员表示衷心感谢。)性能也- -直十分可观,SO:和NOx的排放量大大低于相应的燃用天然气装置,更远低于当地环保标准(上接第47页)本刊召开选题研讨会动力煤与普通浮选法分选微粉煤的试验结果比较。如图所示,与普通浮选相比,M-COL法的精煤回6月16-17日,《中国煤炭》杂志1999~ 2000收率非常高,灰分也很低。年选题研讨会在北京召开。来自煤炭、冶金、建材、石表3为M-COL法分选中国高灰高硫煤的试化等行业的近20位知名专家、学者出席了会议。煤验结果,如表3所示,精煤中的无机硫与原煤相比降炭科学技术信息研究所所长李金柱、书记窦庆峰、所到了1/4以下。长助理黄盛初也参加了会议。会议由《中国煤炭》杂表3M-COL法分选中国高灰高硫煤的试验结果志社顾问王道温同志主持。会上,代表们围绕《中国ABC煤炭》杂志的办刊宗旨,依据目前煤炭工业及相关行原煤灰分28. 930.313.4业的现状和发展趋势进行了深入研讨。每位代表都原煤无机硫含量3.21.80.4提出了各自专业领域当前及今后要解决的重大问精煤回收率66.376. 581.2题,并给出了具体的选题。会议代表还就如何将《中精煤灰分5.312.6.1国煤炭》杂志办成一本高水平的具有较高知名度的精煤无机碗含量0.70.1精品刊物谈了看法,并出了不少好点子。这次座谈会M-COL法适用性广,适用于各种煤炭,精煤使编辑部的全体人员进一步了解了煤炭工业在当前中国煤化工研、管理等一些重大回收率高,脱灰脱硫性能好。期望能在分选高硫、高灰的中国煤炭方面发挥更大的作用。(徐启敏译):MYHCNMHG对国外煤气化联合循环发电装置的考察4