气流床煤气化技术与IGCC发电

第27卷第1期发电设备Vol.27. No. 12013年1月POWER EQUIPMENTJan.2013气流床煤气化技术与IGCC发电马胜，乌晓江，葛学利，倪建军，刘煜，李平，张建文，刘建斌(上海锅炉厂有限公司，上海200245)摘要:分析了典型气流床气化技术的优缺点及其在IGCC发电系统上的应用，提出带显热回收的二段式干煤粉加压气流床气化技术是今后IGCC煤气化的主要发展方向，指出随着大规模煤气化技术的发展，IGCC技术具有广阔的应用前景。.关键词:煤的清洁利用;气流床煤气化技术;水煤浆;干煤粉; IGCC发电中图分类号:TQ546, TM611. 31文献标识码:A文章编号: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整体煤气化联合循环发电(IGCC)技术以其高直接影响IGCC发电系统运行的稳定性与安全性。效环保、燃料适应性广、可实现多联产和低成本捕目前国外典型大规模气流床气化技术主要分为水集CO2等优势,被公认为是世界上最清洁的燃煤煤浆加压气流床气化技术(Texaco、E-gas气化等)发电技术[1,主要由气化岛和动力岛两部分组成。和干煤粉加压气流床气化技术(Shell、GSP、Eagle气化岛主要有空气分离装置、气化炉、合成气净化气化等),但由于其技术对煤种的要求较高,而我国装置组成;动力岛主要有燃气轮机、余热锅炉、蒸汽煤种比较复杂，上世纪80年代引进的Texaco、轮机、发电机等组成。目前世界上已投入商业运Shell等炉型相继出现许多问题。经过技术改进与行和正在建设的IGCC项目达数十个,其中典型的优化,我国相继发展出多喷嘴对置式煤气化技术、IGCC电站分别是美国的Wabash River(E-gas气多元料浆气化技术.HT-L气化技术、分级给氧熔化)、TECO Tampa(Texaco废锅流程水煤浆气渣-非熔渣气化技术和两段式粉煤气化技术化)、荷兰的Nuon Buggnum(Shell气化)、西班牙(TPRI)等。以下对两种气流床煤气化技术的特点进行的Puertollano电站(Prenflo气化)、日本的Nako-so电站(MHI空气气化)以及天津IGCC分析。(250 MW,TPRI气化)等。大型煤气化技术是煤1湿法给料加压气流床气化技术炭清洁高效转化的核心技术,是发展先进的IGCC(Texaco/E-gas气化炉)发电系统的基础[B};而大规模加压气流床煤气化Texaco(现GE公司)水煤浆加压气化工艺，炉是IGCC系统的核心与关键设备,其性能的好坏收稿日期:2012-10-19中国煤化工基金项目:上海市青年科技启明星项目(11QB1402100)作者简介:马胜(1984 -),男,助理工程师，主要从事气流床煤气化与CFB热解燃圳MYHCNMHGE-mail: masheng1984@ 163. com第1期马胜等:气流床煤气化技术与 1GCC发电●65●简称TCGP,是20世纪50年代由美国Texaco石高。开发的废锅工艺流程适合发电项目,不适合油公司在重油气化的基础上发展起来的。化工项目。采用激冷煤气冷却气化炉出口高温煤Texac属于单喷嘴顶置、湿法进料、液态排渣、纯气,循环激冷气压缩机功率大,该设备造价和电耗氧加压气化,其技术主要优点有:原料适应性强，高;同时后续煤气冷却器设备庞大,造价高。针对进料系统简单，气化效率和碳转化率高,操作和废锅流程的缺点,目前Sheli正在与惠生工程(中控制简单;但气化效率有待进一步提高,单喷嘴国)有限公司联合开发新型混合气化技术(Shell不适于大型化，煤种适应性较窄,气化喷嘴及耐下行水激冷气化工艺)。2012年7 月12日,中石.火砖的寿命较短，气化炉带水限制了操作负荷的化与Shell合资的岳阳中石化壳牌煤气化有限公提高,黑水系统结垢影响长周期运行,激冷环易司签约了Sbell 开发的上行水激冷气化技术,建设堵塞,下降管出现烧裂现象,洗涤塔带水、带灰，一座气化岛用于年产氢气6X10* t。影响后系统稳定操作。Prenflo是Uhde公司的干粉进料纯氧加压气目前GE公司水煤浆气化主要采用激冷流流床气化技术。西班牙Puertollano的IGCC电程,由于取消了辐射废锅和对流废锅，因此设备站的气化岛采用Prenflo废锅流程气化工艺,2008简单,基建投资相对减少。激冷流程设备简易，年Uhde公司推出了激冷流程的Prenflo气化技操作方便,且放大设计比较容易;但与废锅流程术(PDQ) ,同时在美国签订了两个PDQ专利许可相比能量利用率低,对于IGCC发电系统,与采用合同。Prenflo 气化炉结构和原理与Shell基本相废锅流程相比,其发电效率低4%~5%。激冷流同,Prenflo气化与Shell气化有着类似的优缺点:程虽然初始投资少,但相对与带合成气冷却器的(1)受热面布置更复杂，气化炉内及煤气冷却器中气化炉,由于合成气显热被系统的余热锅炉所利布置更多受热面,设备造价更高;(2)炉捕渣率相用而促使其功率增加,其投资成本反而增加。因对较高,相对减轻了干法除尘系统的压力。此,激冷流程一-般更适用于合成氨等化工生产，GSP技术采用单喷嘴、干粉进料、纯氧加压而废锅流程一般更适用于IGCC发电。气流床气化液态排渣、合成气水激冷工艺流程，E-Gas气化的技术特点是湿法进料、两段气其流程包括磨煤干燥、粉煤加压输送、气化、气体化耐火砖衬里、连续排渣的气流床气化口。连续除尘冷却、黑水处理'0]等。炉型与Texaco激冷排渣的专利技术省去了传统Texaco气化等的锁型气化炉类似，炉衬采用水冷壁，据称喷嘴与水斗设计,排渣系统简单、可靠,干式除尘技术提高了冷壁炉衬的寿命可达5年以上。GSP技术的缺系统的热效率,有利于减少系统的废水产生量,除点是:(1)技术指标相对一-般,有效气组分(C0+尘得到的细灰循环回气化炉进行反应，提高了碳H2)体积分数在90%左右,冷煤气效率在80%左的转化率。E-gas 气化技术由于采用两段气化和右;(2)高径比小，导致物料平均停留时间偏短，火管式废热锅炉回收热量，因此能够提高碳的转停留时间分布过宽,短路出炉的物料量可能较化率和热量回收率,比较适合于IGCC发电。大,势必影响碳的转化率;(3)单喷嘴不适于大型2干法给料加压气流床气化技术化;(4)在煤气初步净化工艺和渣水处理工艺方面以及工程方面的经验匮乏。(Shell/Prenflo/GSP气化炉)干煤粉气化由于采用干粉进料以及采用废Shell气化具有多喷嘴、粉煤加压输送、水冷锅流程回收显热,冷煤气效率要比水煤浆气化的壁气化炉、液态排渣、干法除尘等特点的气流床气高,因此带有显热回收的干粉气化更加适合应用化。荷兰的NuonBuggnumIGCC电站采用shell于IGCC发电。废锅流程气化工艺。Shell 气化技术的优点有:对3两段式干煤粉气化技术及其在原料煤的适应性广,氧耗和煤耗低,合成气中的有效气体(CO+H2)成分高;碳转化率高;对环境影IGCC上的应用响小，气化炉排出的熔渣为玻璃状的颗粒,不污染Texaco、Shell、Prenflo、GSP气化等都利用环境;可靠性高,运行费用低[。Shell 气化工水或者循环合成气对气化产生的液态熔渣进行艺5]的气化炉一般采用水冷壁结构,以渣抗渣,无激冷,激冷过” 中国煤化工成气的显昂贵的耐火砖衬里。Shell 气化的缺点是:气化炉热没有得到充CNMH G发电,在理及煤气冷却器结构复杂，加工难度大,设备造价论研究和试验研究的基础上，四女热工研究院提●66●发电没备第27卷出了一种两段式干煤粉加压气化的创新思路,利气流床气化技术,在绿色煤电有限公司、西安热用二段的化学反应,使炉内高温煤气温度降低的工研究院、上海锅炉厂有限公司、中国石化集团同时,煤气的有效能得到提高。宁波工程有限公司等多家单位的共同努力下,历西安热工研究院有限公司两段式干煤粉气化工经3年于2012年3月建成并-次投煤点火成功，艺(TPRI气化工艺)的气化炉结构见图17901。这标志着我国在高效、清洁燃煤发电技术上又上一个新台阶。- -煤气出口结语,水.汽去汽包+上联箱IGCC技术自20 世纪70年代初期诞生,至今已有近40年历史,经过美国、日本、荷兰、西班牙意大利等国家的商业化示范,显示了IGCC电站的环保优势。经过多年不懈地研发与实践，二段次粉煤和水蒸气进IGCC技术在商业应用中朝着高效、机组容量大锅炉水进下联箱型化、准零排放的方向发展。冷却水出粉煤.段(氮气夹带)粉煤(氮气夹带)IGCC电站的运行效率很大程度上取决于气水蒸气和氧气化技术的可靠性,因而采用以下气化技术更为冷却水进碳渣口回流人炉合理:(1)从IGCC发电容量和系统复杂程度考虑,采用单机容量为1 000~2 0000 t/d的大规模接锁查罐图1两段式干煤 粉气化炉结构示意图加压气流床煤气化技术更为合适。TPRI气化工艺的技术特点是:两室两段反(2)从IGCC发电效率和碳转化率角度考应，多喷嘴分级气化，液态排渣,水冷壁气化炉。虑,采用带显热回收的干煤粉加压气流床气化技其优点有;水冷壁寿命长，煤气冷却器和除尘器术更为合理。尺寸小，冷煤气效率高，比氧耗低，气化岛自耗(3)从能量利用率角度考虑,干煤粉加压气功小。其缺点是:(1)因为从气化炉中部喷入干化技术逐步由一段式气化向两段式气化发展,采煤粉和过热蒸汽后，利用下部上来的1 400~用分段式加压气流床气化工艺是今后IGCC 煤气1500 C高温煤气,使中部喷人的干煤粉干馏热化技术的发展方向,如日本MHI气化工艺、中国解和气化,存在气化炉出口煤气含CH,量较高的TPRI气化工艺等。问题,不利于制氨、制甲醇和制氢;(2)中部喷入参考文献:的干煤粉产生的灰由于环境温度低于灰熔点,不[1]施强，乌晓江,徐雪元,等.整体煤气化联合循环(IGCC)发电可能呈熔融态排出炉外，同时由于二段气化后产技术与节能减排[J].节能技术,2009,27(1): 18 20,96.生的煤气总量加大,二段气化过程产生的灰渣和[2]王辅臣,于广锁,龚欣,等.大型煤气化技术的研究与进展飞灰必将大量被煤气从气化炉顶部带出,系统积0].化工进展,2009 .28(2):173-180.灰和堵灰现象严重,这是废热锅炉型流程装置设[3]崔占忠IGCC 电站工艺系统设计分析与热力学系统研究计时要加以重视的问题;(3)由于从气化炉带出[D].天津:天津大学,2010.的飞灰和灰渣量较大,在水激冷型流程装置设计[4]路文学,徐美同.壳牌(Shel)煤粉加压气化技术[].燃料与化工,2003,34(5):239-241.时也同样必须加以重视。[5]牛苗任,于广锁,马波,等.气流床干煤粉气化的技术进展通过在气化炉的第二段喷人煤粉和蒸汽代替[J].煤化工20.32(2)226.循环合成气激冷气化反应产生的液态熔渣,提高了[6]谢书胜.邹佩良.史瑾燕.德士古水煤浆气化、Shell气化和总体冷煤气效率和热效率,与国外先进的干粉煤气GSP气化工艺对比[].当代化工,008.37<6); 66668.化技术相比,冷煤气效率可提高2%~3%.因此[7]任永强,许世森,郜时旺.干法进料煤气化技术在中国的进展与发展趋势[J].中国电力,2004,37(6):53- 56.两段式干煤粉气流床气化技术适合于IGCC发电。[8]张东亮,许世森,任永强,等.两段式加压粉煤气化技术[J].我国首台250 MW天津IGCC示范项目于煤化工,2005中国煤化工压气化技术的2009年5月获发改委核准,正式开工建设。气化[9]许世森,任永炉采用具有自主知识产权的两段式干煤粉加压研究开发[J]FHCNMHG