淺談IGCC型潔凈煤發(fā)電技術

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

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隨著能源技術及環(huán)保技術的發(fā)展，IGCC型潔凈煤發(fā)電技術將會在我國發(fā)展起來。文中分析了整體煤氣化燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的基本原理，并介紹了煤的氣化，凈化裝置和技術。

整體煤氣化燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC）是在70年代西方國家石油危機時期開始研究的一種潔凈煤發(fā)電技術，它的技術概念和線路是非常清晰的，那就是：煤在氣化爐中氣化成為中熱值煤氣，然后通過處理，把粗煤氣中的灰分、含硫化合物等有害物質除凈，供到煤氣化聯(lián)合循環(huán)中去燃燒做功，借以達到以煤代油的目的。這樣，就能間接地實現(xiàn)在供電效率很高的煤氣化循環(huán)中燃用固體燃料煤的愿望。在這種技術中，燃氣輪機、余熱鍋爐以及蒸汽輪機部分都是常規(guī)的成熟技術，所不同的主要是煤的氣化和粗煤氣的凈化設備。人們希望通過這種技術，既能提高煤電站的供電效率，又能解決燃煤所帶來的環(huán)境污染問題。

1技術原理

煤的氣化。是指把經(jīng)過適當處理的煤送入氣化爐，在一定溫度和壓力下通過氣化劑的加入，以一定的方法流動，轉化成燃料氣體，即煤氣。煤的氣化主要產(chǎn)生CO和H2，并在燃燒前由煤氣凈化裝置脫除氣態(tài)硫和氮。粗煤氣中的硫化氫，可在煤氣冷卻后通過化學吸收或物理吸附脫除。這些凈化工藝脫除90％的硫。另外，還可在氣化過程中加石灰石固硫，可脫硫90％。煤氣中的氮容易除去，形成氨還可回收利用。

2IGCC中使用的氣化裝置

2．1煤的氣化裝置

煤的氣化裝置分為固定床氣化爐、流化床氣化爐和噴流床氣化爐3種。整體煤氣化燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)對氣化爐的要求是：

a．設備的實用性：要求氣化爐的加工工序要少，工作可靠性和設備的可用性單爐的生產(chǎn)能力大，維修方便，而設備的制造和維護費用低。

b．原料的適應性：要求氣化爐能加了多品種煤，其中包括焦結性煤，并能改用重用和石油焦等其他原料。c．煤氣化處理系統(tǒng)的簡單性：要求氣化爐所產(chǎn)生的煤氣中不含副產(chǎn)品焦油和酚類等有害物質，煤塵的攜帶量也應很少，這樣才能使煤氣的凈化系統(tǒng)簡單化。

d，與發(fā)電設備運行工況的匹配性：要求氣化爐具有對不斷變化負荷的適應能力。它既能迅速停爐，又能迅速再啟動。

2.2IGCC中氣化爐性能

IGCC中氣化爐比較（見表1、表2）。

3IGCC中使用的燃氣輪機

在IGCC的聯(lián)合循環(huán)中可以采用單軸式燃氣輪機作為發(fā)電設備的原動機。目前發(fā)電用燃氣輪機已經(jīng)發(fā)展比較成熟，但是，由于它必須與IGCC的工藝流程有機地結合成為一個整體，并直接改燒煤氣，因而，必須對現(xiàn)有的燃氣輪機進行適當?shù)母脑?，才能適應IGCC的工作需要。

由于燃氣輪機與IGCC系統(tǒng)中空氣分離系統(tǒng)連結關系的不同，以及燃用的合成煤氣品種的不同，燃氣輪機的改造內容也就有所差異。下面以燃氣輪機燃用中熱值煤氣為例作簡單介紹。

當煤的氣化爐向燃氣輪機提供中熱值煤氣時，燃氣輪機中的壓氣機和燃氣透平無需進行技術改造，燃氣輪機的燃燒室有必要作適當改造。一方面是為了滿足中熱值煤氣燃燒特性的要求，另一方面則是為了滿足降低排氣中NOx排放量的要求。

實踐表明：當原先燃用天然氣的燃氣輪機改燒中熱值煤氣時，燃燒室的主要幾何尺寸，如火焰管的直徑和長度無需改變，需要改變的是煤氣噴嘴和煤氣供應管道的尺寸。這時火焰管一次燃燒區(qū)的空氣分配量變化很少，因而燃燒室的總體尺寸無需作重大變化。

為了降低燃燒過程中NOx的排放量，可采用①在燃燒室前方增設煤氣飽和器。這是一種向煤氣噴射一定數(shù)量的水，使煤氣中的水蒸汽達到飽和狀態(tài)，從而把燃燒區(qū)的溫度控制在1650℃以下，以防止NOX生成的措施。②采取“分級燃燒”把燃燒室改造成為低NOx排放量的新型燃燒室。

4煤氣的凈化技術

煤氣凈化分常溫（小于400℃）和高溫凈化2大類。

4．1常溫煤凈化技術

常溫煤氣除塵是把氣化爐出來的高溫煤氣先經(jīng)過多次冷卻，使溫度降至200左右，進到旋風除塵器中去進行初次降塵，把粗顆粒的灰塵除去，再用濕式除塵器把細灰除凈。

常溫煤氣脫硫-常用濕式脫硫，又多為化學吸附法。該法采用MDEA（甲基二已醇胺）。

MDEA法，其系統(tǒng)如圖1。

4．2高溫煤氣凈化技術

高溫煤氣凈化技術——目前采用較多的高溫煤氣凈化需先冷卻至400℃以下再凈化，這樣煤氣顯熱損失太大。若采用550-600℃或843℃高溫凈化時，可提高IGCC熱效率。目前高溫陶瓷過濾器發(fā)展較快。

高溫煤氣脫硫主要是借助金屬氧化物的粒狀脫硫劑與煤氣中的H2S反應，吸收硫的廢劑進行氧化再生繼續(xù)使用。

5展望

煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）與其它發(fā)電方式相比，提高煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）供電效率的潛力是比較大的，其環(huán)保特性也是zui優(yōu)的，特別是在燃燒含硫量大于3％的高硫煤時，更是如此。當今，還需要經(jīng)過一段發(fā)展和完善的過程，才能在電力工業(yè)中獲得一定數(shù)量的使用。在我國煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展是不可能與國際上的發(fā)展同步。但是，作為—個燃煤大國，特別是某些生產(chǎn)和燃用高硫煤的省份，污染治理的問題已經(jīng)是刻不容緩了，而煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）正是解決高硫煤地區(qū)發(fā)展經(jīng)濟、兼顧環(huán)保要求的zui佳選擇。

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