煤气化联合循环发电系统

第28卷第5期化学工业2010年5月CHEMICAL INDUSTRY●33.煤气化联合循环发电系统姜洁，申友军(兖矿国泰化工有限公司，山东滕州277527)摘要:介绍该系统构成,讨论其煤气化与净化、燃汽轮机与蒸汽轮机的匹配等技术关键。指出该技术的发展方向。关键词:煤气化;发电;联产法;燃气轮机;蒸汽轮机文章编号: 1673-9647 (2010) 5- 0033-0303中图分类号: TQ54文献标识码: A1概述料、容量为2200 t/d的Destec气流床，配西屋公煤气化联合循环发电(Integrated Coal Gasifcation司生产的110 MW功率WH501D燃气轮机，电站Combined Cycle,简称IGCC)是指煤经过气化产折合总功率为161 MW,净效率(HHV) 为34.2%,生可燃气体，燃烧后先驱动燃气轮机发电，然后从1984年4月投运直到1994年3月停运，累计利用其高温烟气余热在废热锅炉内产生高压过热运行33 637 h。曾对不同煤种进行过试验，显示蒸汽，驱动蒸汽轮机发电。与常规燃煤发电技术了Destec气化炉对不同烟煤都有好的适应性。相比，ICCC不仅可以明显提高整个发电系统的效2 IGCC 系统的构成率，有利于节省能源，而且能够极大减少发电污ICCC是将煤气化技术和高效的联合循环有机染物的排放，有利于环境保护。因此，IGCC 作为结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤一种非常有效而洁净的煤发电技术，已经受到世的气化与煤气净化部分和燃气蒸汽联合循环发电界各国的高度重视。部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、世界上第一座ICCC装置是1972年在德国煤气净化系统;第二部分的主要设备有燃气轮机Linen市的Kellerman电厂，容量为170 MW,采发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。典型用5台Lurgi固定床气化炉。该装置出力和效率都的IGCC发电实现了能的梯级利用，从而提高了低于设计值,加之粗煤气中含有焦油和酚等有害整个发电系统的效率,更重要的是它较好地解决物质极难处理，该电站完成原定全部试验内容后了常规燃煤电站固有的环境污染问题。还有其燃于20世纪70年代末停运。料适应性强，耗水量少等优点。典型ICCC的工第一座ICCC电站未能长期运行的主要原因艺过程如图1所示。是气化炉问题。因而，如何经济有效地将煤转化2.1煤的气化与净化为煤气并从中去除有害物质成为IGCC示范电站气化炉是IGCC关键设备之一，气化炉约在成败的一个关键。而世界上真正试运成功的第一2-3 MPa压力下工作，以减小体积。煤的气化过座IGCC电站是建于美国加州Daggett的CoolWater程实质上是让煤在氧气不足量的情况下发生氧化(“冷水")电站，它采用水煤浆供料、容量为反应。煤中的可燃物质主要是一些由碳、氢元素1 000 /d的Texaco气流床气化炉，利用99.5%的组成的复杂分子。通常，供入气化炉的氧气量只氧气为气化剂，独立空分装置,常温湿法除尘脱有可燃物质完全燃烧生成CO2、H20和SO2时所需硫技术。通过27100h的运行考核显示其性能良的理出的粗煤气的主要好、运行可靠,尤其是污染物排放很少,被誉为成分中国煤化工气体HS、cos、“世界上最清洁的燃煤电站”。美国同时建设的另HCNMHG收稿日期: 2010-03-25一座IGCC示范电站是建于路易斯安娜州Plaqutmin作者简介:姜洁(1981-), 女，黑龙江省人，从事甲醇I艺技的Dow化工厂内的LCTI电站。它采用水煤浆供术工作。化学工业●34●CHEMICAL INDUSTRY2010年第28卷SO2,惰性气体Ar, N2 和少量NH,、NOx及其他杂还难以和常规的汽轮机电站相匹配。而20世纪质,其中CO和H2占煤气中的大部分，是合成气90年代后研究出的高性能的燃气轮机的透平初温或燃料气的有效成分。为1250~1310C，可建造供电效率40%~46%的ICCC大装置,在热力学性能上足以和传统的燃煤电站相竞争。新型商业应用燃气轮机进气初温高达1430%C,其组成的IGCC系统净效率可达50%以上。燃用中热煤气的燃气轮机的压气机和透平与常规的燃气轮机相差不大，可以不经改造而直申回四接用。燃用低热值煤气的燃气轮机，在相同出力下燃气流率增加，平衡工况运行点向喘边界靠近,M-↓常规燃气轮机一般不能满足燃用低热值煤气的要1-气化炉; 2-净化系统; 3- -压气机; 4- 燃烧室;求。因此，需要重新设计低值煤气燃气轮机,并5-燃气透平; 6-空分装置; 7一空气压缩机; 8-氧且在燃烧方面需解决如下一一些问题: (1) 燃烧稳气压缩机; 9-氮气压缩机; 10- 氮气饱和器; 11-余定性，机组低负荷容易发生熄火; (2) CO完全热钢炉; 12-蒸汽轮机燃烧，在低负荷下，燃烧效率有所下降，未燃烧图1 IGCC 系统CO排放会超过环保标准; (3) 在用柴油补燃目前国内外运行的气化炉绝大多数是以纯氧(机组启动时或者气化炉出力不足时)排气冒黑或富氧作为气化剂的，在空气分离的过程中消耗烟, NO,超标; (4) 火焰管壁局部温度高。的能量一般超过IGCC发电量的10%。 煤既可以2.3 余热锅炉用纯氧或富氧进行气化，也可以直接采用空气进性能先进的ICCC离不开高效率的蒸汽底循行气化。前者气化所得的是中热值煤气;后者为环，为了充分地吸收各子系统的余热，在IGCC低热值煤气,其中含有大量的随空气带人的N2。系统中应合理选择蒸汽循环流程。氽热锅炉的利虽然采用空气气化节省了空分所需的巨大能量,用不仅仅是在IGCC装置中，在各种余热利用的但由于存在一定的缺陷,难以实现。在21世纪可场合中都会用到余热锅炉。为了提高ICCC的机持续发展的环境标准下，燃烧化石燃料所产生的组功率和效率,学者们提出了多种技术改进余热.温室气体CO2若全部排放到大气,将对环境造成锅炉，使汽轮机能够更高效和大功率化。很大影响，破坏地球大气圈和岩石圈的碳分布,2.4 汽轮机系统因此必须对CO2进行处理。实际上，IGCC装置的汽轮机系统就是普通的煤气在离开气化炉之后接下来要进行的是除汽轮机，主要是进行参数匹配。ICCC系统是无补尘和脱硫，由于燃气将直接在燃气轮中作功，所燃的，汽轮机的运行参数由燃气轮机排气决定,以对净化的要求是比较高的“。除尘- -般分为两个汽轮机的功率大于燃气轮机功率的1/2但小于燃步骤来完成:旋风分离器(除去粗颗粒)和湿法洗气轮机。燃气轮机的单机功率和锅炉电站的汽机涤器(除去细灰尘)。脱硫常用物理吸附、化学吸相比，小很多，因此ICCC的汽轮机功率是比较附:和化学吸收来完成净化过程,通常是在接近常温小的。整个机组的功率一般不会超过单独使用的下完成的。气化炉中产生的煤气必须经过换热器大型汽轮机。降温，不可避免地将产生烟损失。高温脱硫如果3 IGCC系统发展存在的问题能够满足要求，将使ICCC系统的效率得以提升。IGCC是洁净煤发电技术中有相当发展前途的脱硫技术是目前IGCC系统研究的另一个要点。先进技术之一，备受电力工程界的关注2。至今,2.2燃气轮机系统这中国煤化工3经取得了相当大IGCC联合循环系统以燃气轮机为主。燃气轮的成三理化商业运行示范机与汽轮机的功比为1.30~2.0。 燃气轮机系统是阶MHCNMH L熟的程度。目前，影响整个ICCC系统性能的主要因素。显然, 20燃煤的ICCC电站尚未具备取代有FGD的燃煤蒸世纪80年代初温1 1009燃气轮机组成的IGCC(下转第41页)第5期汪多仁:环氧大豆油的开发与应用.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页)汽电站以及烧天然气的余热锅炉型联合循环的条(2)继续不断地改进IGCC技术中各主要部件,它必须在进- - 步提高供电效率、降低投人/产套和系统的性能，提高其可用率,降低其成本。出比和发电成本，以及提高整个电站的运行可用率方面做许多工作。参考文献:4 IGCC 今后的发展方向[1]张德祥. 煤化工工艺学[M].北京:煤炭工业出版社.(1) IGCC技术与化工工业流程相结合,形成[2] 魏欲晓.水煤浆气化技术的发展与其面临的问题[J].一个以煤气化为核心的多联产的能源系统;煤炭工程, 2004, (10):56- -58.Integrated Coal Gasification Combined Cycle SystemJIANG Jie，SHEN You-jun(Yankuang Guotai Chemical Co., Ld, Shandd中国煤化工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