整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术介绍

第3期锅炉制造No.32008年5月BOILER . MANUFACTURINGMay. 2008文章编号:CN23 - 1249(2008)03 -0044 -03整体煤气化联合循环( IGCC)发电技术介绍白海永,傅吉坤(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150046)摘要:整体煤气化联合 循环( ICCC)发电技术是煤气化和蒸汽联合循环的结合,是当今国际正在兴起的一种先进的洁净煤( CCT)发电技术,具有高效低污染、节水、综合利用好等优点。它的原理是:煤经过气化和净化后,除去煤气中9%以上的硫化氢和接近100%的粉尘,将固体燃料转化成燃气轮机能燃用的清洁气体燃料,以驱动燃气轮机发电,再使燃气发电与蒸汽发电联合起来。关键词:整体煤气化联合循环;发电;合成气;燃气轮机中图分类号:TK229文献标识码:BIntroduction for Electricity or Power Generation Technologyfor Integrated Coal Gasification Combined CycleBai Haiyong ,Fu Jjikun(Harbin Boiler Co. Itd. , Harbin 150046, China)Abstract: The electricity or power generation technology for Integrated Coal Gasification CombinedCycle is combined cycle for coal gasifcation and steam, and it is a kind of clean coal power genera-tion technology in world these days, and its advantage is high efciency , low pollution, sparing wa-ter and integrated using etc. The theory: after coal is gasified and cleaned, 99% H2S and near100% dust in syngas is removed, and solid fuel is changed into clean syngas for gas turbine, andthe gas turbine is drove to generate electricity, and at last gas and steam electricity generation iscombined.Key words :ntegrated coal gaifcation combined cycle; ericity or power generation; syngas, gasturbine燃气初温的进一步提高和有关的技术进步,IGCC)引言的净效率能达到52%或更高。易大型化,单机功整体煤气化联合循环( IGCC)发电技术是将率可达到300MW ~600MW以上。煤的洁净转化煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力与非直接燃煤技术使它有极好的环保性能,其系统。IGCC被称作“世界上最洁净燃煤电站”。NOx和SO2的排放远低于环境污染排放标准,脱ICCC具有以下优点:高效率,且具有提高效率的硫率≥98%，除氨率可达90%,燃煤后的废物处潜力,目前ICCC供电效率可达42% ~46% ,随着理量最少。耗水量少，比常规汽轮机电站少30%中国煤化工收稿日期:2007-03-15.MYHCNMHG作者简介:白海永(1978-),男,助理工程师,学士学位2002年毕业于辽宁石油化工大学,主要从事压力容器设计工作。第3期白海永，等:整体煤气化联合循环( ICCC)发电技术介绍●45●~ 50% ,示范装置运行可用率达到85%以上,可产能力最低,不能满足电站大型化需要,且含焦满足商业化运行的要求。能充分综合利用煤炭资油、酚类数量多,难以处理。(3) 流化床气化炉，源,适用煤种广。能和煤化工结合成多联产系统,如KRW和∪-Gas来说,碳的转化率仅91%~同时生产电、热、燃料气和化工产品。如与生产甲97% ,比前两种要低很多。另外,以空气做为气化醇、醋酸合成氨、尿素等化工过程相结合,有利于剂时，可省去复杂空分系统,但煤气热值低,不利降低生产成本。IGCC把高效、大容量、清洁、节水于燃烧,且气化炉容量小,不利于电站大型化;而和综合利用结合在- -起,是满足我国21世纪电力采用纯度高的氧气要比用空气为气化剂时冷煤气可持续发展的重要发电技术,有光辉的发展前景。效率高,但却增大了厂用电率,这要综合考虑。1.2 煤气净化系统1IGCC系统的组成从气化炉产生的粗煤气含有大量有害杂质,IGCC由两大部分组成,即煤的气化与净化部无法满足燃气轮机安全可靠运行和环保法规的要分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第- -部分的求,必须预先净化处理,以除去粗煤气中的硫化主要包括:煤气化系统煤净化系统(包括硫的回物粉尘、氮化物以及碱金属与卤化物等有害物收装置)和空分系统等;第二部分的主要设备有质。现多采用常温湿法除尘脱硫工艺,相对成熟。燃气轮机发电系统、余热锅炉和蒸汽轮机发电系由于在净化前,先要将高温煤气冷却降温,虽然可统。典型的IGCC发电系统工艺过程如下:煤经以回收部分煤气显热,但由于能量的品位降低,必气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的将影响到IGCC整体的效率。因此,人们正致力硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体于研究开发高温干法脱硫技术,它与煤气低温净燃料,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体化技术相比能使ICCC的净效率提高0.7 ~2.0工质以驱动燃气透平做功,燃气轮机排气进入余个百分点。目前Tampa电站采用常温湿法的煤热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做气净化工艺再配合10%干法净化方式,不过高温功。干法净化还处于试验阶段。1.1 煤气化系统1.3 空分系统利用高压煤气化技术生产合成煤气,以取代为了供给气化炉所需的纯氧或高浓度富氧的天然气作为燃料,是发展ICCC技术的一个重要气化剂,需设置制氧空分系统。对于不同空分系内容。目前IGCC采用的气化炉主要有三种型统利用不同的压力等级(高压或低压) ,但目前对式:喷流床、流化床和固定床。它们各有优缺点。各种压力等级空分系统大多采用深度冷冻方法分对发电用途的气化炉,主要要求是高的碳转化率离空气以制取氧气。如对独立空分系统,常用低η。和冷煤气效率η、大容量(尽可能做到单炉电压(0.6 MPa)流程,一般需把空气冷却到- 1729站)以及与发电设备运行的匹配性好等。(1)喷左右才能进入制氧过程。由于空分系统中氧气和流床汽化炉a、采用高压纯氧和富氧氧化的喷流氮气的压缩耗功很大,采用上述常规空分工艺流床气化炉,单炉容量最大(2000 ~3 000V/d) ,且由程的IGCC的厂用电耗率较高,因此人们正在研于反应温度高达1 500 ~2000 C ,碳的转化率很究使液氮和液氧先增压,后气化的空分制氧流程。高(97%以上) ,特别是干法供煤并采用未反应炭ICCC中空分系统和燃气轮机系统组成的空气侧粒再循环措施时,如西班牙Puertollano电站采用系统的整体综合优化对IGCC系统的热力性能、的Prenflo气化炉和Buggenum电站的Shell气化投资费用以及运行可靠性等都有很大影响。从空炉的nη。都达到99%,η达到80%左右。b、采用分系统的空气来源看,空气侧整体化有独立空分、完全整体化和部分整体化三种- -体化方式。独立水煤浆供料喷流床的气化炉,η。和η都要低些,空分会使用电率增大,但它运行灵活;完全整体Tex-aco气化炉η。一般只有96% -98%,n只化方式的厂用电率低,但运行不灵活。比如荷兰有69% ~75%。因此, Destec气化炉采用两段气Bugg中国煤化工比,厂用电率仅化方式,把提高到80% ~ 82%。(2)固定床气化10. !YH.CNMH(可的优点。随着炉,由于煤在炉内停留时间很长,反应温度也高,ICCC工方亚件化在皮的促向, l心CC的经济性也因而碳的转化率最高,可达99.5% ,但煤气的生相应提 高,但是完全整体空分方式ICCC运行的●46●锅炉制造总第209期灵活性却受到限制。因此,目前ICCC电站较多IGCC电站的装机容量,使之达到规模经济的水倾向于采用部分整体化方式。平,并尽可能采用单台大容量的气化炉和燃气轮1.4余热锅炉及蒸汽轮机系统机,取消备用炉。许多研究表明,装机容量对投资性能先进的IGCC离不开高效率的蒸汽底循的影响很大,若机组功率每翻-番,单位造价将会环,余热锅炉和蒸汽轮机系统不可避免要与煤气下降10% ~20%。(3)争取早日转人批量生产,化、净化系统等进行质量、能量交换,因此ICCC.不言而喻,若干台(第N台)后装置的造价将明显蒸汽系统的联结、匹配与优化要比一般的联合循低于首台,如美国CRSS公司曾对500MW级环复杂得多、也重要得多。为了充分地吸收各子IGCC批量生产对价格影响进行详细分析，其结论系统的余热、废热，目前IGCC系统中,一般根据为:若干台后造价将比第一台下降40%。在进行燃气轮机排气温度,合理地选择蒸汽循环流程,当经济性分析时,多采用下列的成本减小系数R:第燃气轮机排气温度T4低于538 C时,不采用再一台,R=1.1;第二台,R=0.9;第三台,R=0.8; .热循环方案;当高于580 C时,采用多压再热方第四台,R=0.7。(4)燃用廉价的高硫煤, ICCC案。另外,一般不从汽轮机排汽加热给水，同时尽的优势还在于能燃用高硫煤,若燃用比常规PC .可能提高蒸汽初温和初压,如Buuggenum电站采电站便宜10-25%的煤,则会使发电成本降低用双压再热方案(12.9 MPa/511 C ,2.9 MPa/51110%左右。再者很好利用销售副产品(包括单质C)。随着燃气轮机初温的提高,IGCC中蒸汽循硫、玻璃状渣等) ,则经济性还会进一步改善。环完全有可能采用更高蒸汽参数,现在有学者在.3结束语研究设计亚临界、甚至超临界的IGCC蒸汽系统。2制约ICCC走向商业化的因素及除了，上述供电效率和成本问题外,IGCC电站运行的可靠性、可用性和维护性也是使它尽快转采取的措施人商业化阶段的重要因素。只有它的运行可用率制约ILCC走向商业化的主要因素是投资费提高了,才能承担发电设备的基本任务。第一阶用和发电成本过高,即经济性问题。早期ICCC段的IGCC电站就已经显示出它有足够高的可靠示范工程的单位造价高达$2 500/kW以上,目前性及可用率,已经接近常规电站的可用率。Bugge计划筹建的项目也介于$1 500~ $2 500/KW之-num电站IGCC机组在1997年6月以后的运间。为了突破这个瓶颈,人们采取的措施主要有:行可用率已达到85% ,而气化岛部分的运行可用(1)继续改进关键设备，优化和简化系统,不断提率已达95%。这证明IGCC发电技术能满足电力高系统性能如应用新一代燃气轮机(G型或H工业对发电设备的基本要求。在污染物排放方型系列产品)和高温干法净化技术,优化整体空面，也开发了一-些新技术,比如抑制NOx产生的分方案以及发展ICHAT和多联供ICCC等。技措施有:加湿合成煤气;回注N;向燃烧室注水或术进步和性能提高将使IGCC投资成本迅速下蒸气;应用预混稀相燃烧的干式低NOx( DLN)燃降。在对整个系统的优化组合方面,过去的优化烧室;分级燃烧和催化燃烧等措施。随着ICCC措施多局限于对特定的流程结构或具体案例分各系统技术的不断完善,它的运行可用率还有走折,或特定条件下的某些参数的优化,这种方法还高的趋势。随着ICCC技术进-步发展,特别是是局部优化,相对于整个系统来说,未必是最优达到规模经济容量水平和批量生产后,其单位造的。因而,现在研究- -种参数和流程同步优化,尝价会大幅度下降,从而显示出它的强大的竞争力。试利用此方法对ICCC系统燃气侧顶循环系统、空分系统侧及余热锅炉侧底循环系统进行了优化并得出了一些有意义的结论。(2) 继续增大(编辑:刘宝珍)中国煤化工CNMHG欢迎刊登广H1H