《国外4座大型IGCC电站的煤气化工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国外4座大型IGCC电站的煤气化工艺（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1国外 4 座大型 IGCC 电站的煤气化工艺【摘要】 世界上建成并运行的 250 MW 及以上的 IGCC 电站是美国的 Wabash River 和 Tampa、荷兰的 Demkolec、西班牙的 Puertollano。它们采用的煤气化工艺分别是：Destec、Texaco、Shell 和 Prenflo 加压喷流床煤气化工艺。综合分析了这 4种煤气化工艺的设备技术特点和技术经济指标及在 IGCC 电站中的应用情况。【关键词】 煤气化工艺 煤气化 循环发电 技术特点 运行分析Coal Gasification Technology in Four Large IGCC Power Pla
2、nts AbroadAbstract There are four 250 MW and above IGCC power plants built and put into operation now in the world.They are U.S. Wabash River and Tampa,Dutch Demkolec and Spain Puertollano.The coal gasification processes employed are Destec,Texaco,Shell and Prenflo pressurized jet-flow bed gasificat
3、ion process respectively.This article comprehensively analyzes the equipment technical features,technical and economical indexes of these four kinds of coal gasification processes,as well as their applicatious in IGCC power plants. Key words coal gasification process coal gasification combined cycle
4、 power generation technical featuresoperation analysis迄今为止，世界上已投入运行的 4 座 250 MW 以上的 IGCC 电站分别是美国的 Wabash River(260.6 MW)和 Tampa(250 MW)、荷兰的 Demkolec(253 MW)和西班牙的 Puertollano(300 MW)。它们分别采用 Destec、Texaco、Shell 和 Prenflo 加压喷流床煤气化工艺。Destec 和 Texaco 是水煤浆加压气化的主要代表，而 Shell 和Prenflo 则是干粉进料加压喷流床气化的主要代表。用于 I
5、GCC 的 4 种煤气化炉容量都达到 2 000 t/d 以上，都是这些气化炉首次最大容量的工业应用。它们的运行状况直接影响着 IGCC 的可用率和可靠性，是 IGCC 电站最关键的技术之一。了解这 4 种气化炉的设备和技术特点及在 IGCC 电站中的运行状况，对我国 IGCC电站选择煤气化工艺路线具有一定的参考价值。21 Texaco 煤气化工艺1.1 Texaco 气化工艺的结构特点(1)制浆系统。煤和水在常规的煤浆磨中被制成浓度通常是 60%68%的水煤浆，Tampa IGCC 电站的水煤浆设计浓度为 68%。对于一些灰熔点较高的煤或者制浆困难的煤，经常在煤浆磨中同时加入石灰石助熔剂或者
6、煤浆添加剂，使得煤的灰熔点降低或者使煤浆均匀性提高。在煤浆磨的出口有一个筒形的筛子，合格的煤浆流入煤浆储罐中，不合格的煤浆溢流到循环槽中被送回煤浆磨入口。在煤浆储罐中设有一个搅拌器，并根据检测结果加入一定量的水，使储罐中的煤浆始终保持在一定浓度下的均匀状态。气化炉所需的煤浆量一般由 2 级隔膜泵从煤浆储罐中抽取并加压送入气化炉喷嘴，在气化炉入口的煤浆输送管上设有 2 级流量检测器，严格控制煤浆的流量，煤浆流量的调节全靠隔膜泵来控制。(2)气化炉和煤气冷却系统。水煤浆和 95%纯度的氧气被同时送入气化炉喷嘴，在气化炉内进行气化反应，反应区的温度一般在 1 2001 500 ，气化炉的压力根据不同
7、行业的需要可以是 2.58.5 MPa。Tampa IGCC 电站的气化炉压力为2.83.0 MPa，气化区的温度为 1 482 。水、煤和氧气在气化炉中发生气化反应，主要生成 CO、H2、CO2、H2O、CH4、H2S 和 N2，此外，还有少量的NH3、COS、HCN 和飞灰。由于采用水煤浆进料，煤气中的 H2O 含量较高。Tampa 电站的 Texaco 气化炉内设耐火砖(一般为 4 层)，内径约 4.0 m，高约3.0 m。气化反应的速度很快，粗煤气在气化炉内的停留时间一般在 23 s。热煤气离开气化炉进入特殊设计的辐射式冷却器，使热煤气的温度降低至 700 ，同时使热煤气中的熔融态渣凝
8、固。冷却后的粗煤气进入对流式冷却器中被进一步冷却到 480 。煤气中的显热在 2 级冷却器中得到回收，产生 10.4 MPa 的高压饱和3蒸汽。气化炉与辐射式冷却器做成一体，外径约 5 m，高约 39 m，总重约 900 t，气化炉安装标高约 106.75 m。(3)排渣和黑水处理系统。气化炉内的熔渣经辐射式冷却器后冷却凝固成玻璃状的渣进入充满水的锁斗系统，锁斗上下部各有 2 级阀门控制渣进入和排出。从压力锁斗排出的渣落入粗渣糟中，粗渣被分离出来，进一步处理或直接销售。细渣和水一起被抽入一个细灰沉降槽中进行重力沉降或过滤，使水和细渣分离。从洗涤器出来含灰的水也进入沉渣槽中，使含碳的飞灰与水分离
9、，从沉渣糟中溢流出来的水一般含非常少量的细灰，它被再循环至水洗涤器人口作为洗涤器用水，多余的水送回煤浆制备系统。从沉渣槽底部流出的细灰进入一个压滤机中，将细灰制成细灰饼。Tampa 电站采用了将细灰再循环至煤浆磨的工艺，目的是为了提高碳的转化率。1.2 Texaco 气化工艺的性能和运行指标分析Texaco 气化工艺的性能特点：(1)与干法进料相比，水煤浆进料系统工艺相对简单、安全可靠、操作灵活、制浆系统的厂用电较小，无煤粉爆炸危险性，制浆系统无粉尘排放。煤不必进行干燥处理，可直接进入制浆系统。此外，水煤浆进料可处理不同物料(煤、石油焦、其它废料)，进料种类灵活。此外，使用水煤浆进料，气化炉可
10、以在更高的压力下运行(2.58.5 MPa)，这对一些化工过程非常必要。(2)气化炉采用单喷嘴运行，所有的气化物料都从一个喷嘴喷入，它具有结构简单的优点，但由于局部热负荷较高，流量较大，不可避免地会发生过热损坏或磨损问题。到目前为止，Texaco 气化炉喷嘴的最长累计运行时间仅 3 个月就需要进行检修更换。4(3)Texaco 气化炉内设耐火砖，没有水冷系统，结构简单，初投资较小。但由于炉内温度较高，加之磨损和腐蚀，目前 Texaco 气化炉向火侧的耐火砖最长寿命仅 2 a，靠近炉壁的耐火砖寿命为 510 a。(4)全厂的灰水可综合利用，除去大渣和细灰的水也在制浆系统中循环使用。(5)由于煤气
11、在气化炉内的停留时间短，Texaco 气化炉的碳转化率较低，一般在 96%98%。由于水煤浆的水分含量大，气化过程的 O/C 比较高，耗氧量大，而且煤气中的水分含量也较高。与干法进料相比，冷煤气效率较低，热回收系统复杂。(6)与其它气化炉相比，Texaco 气化炉大容量商业运行的台数和经验更丰富。(7)Tampa 电站 Texaco 气化炉可用率 1996 年可达到 57%，1997 年达到78%。1998 年的目标是 85%，根据电厂介绍此目标可望达到。1.3 Tampa IGCC 电站中 Texaco 气化炉曾出现的主要问题及解决办法(1)排渣锁斗堵塞。后通过调整运行工况及改动部分管道基本
12、得到解决。(2)辐射废热锅炉和对流废热锅炉的泄漏问题。主要原因可能是由于高温腐蚀，改进的方法是：采取保护措施，改善气化炉的运行状况。对流废热锅炉也曾出现管壁泄漏和积灰堵塞问题。改进的方法是：组织好气化炉的运行工况，加强检查和吹灰。(3)黑水和灰水系统的磨损问题。目前的办法是更换耐磨材料、改变管路结构、加强细灰的分离，但不能彻底解决。(4)当煤种有变化时，气化炉最不适应的就是排渣锁斗系统和细灰分离系统，容易发生堵塞。目前的办法是控制运行参数，积累运行经验，改善锁斗系统的设计，增强承受能力。(5)位于对流煤气冷却器后的 4 个气-气热交换器(2 个粗煤气与净煤气，2 个5N2 与粗煤气)曾出现积灰
13、堵塞和腐蚀问题，造成管子泄漏，导致灰尘进入洁净煤气中，使燃气轮机叶片严重损坏，同时在氮气和煤气通往燃气轮机的 Y 形滤网也发现裂纹。主要原因有：设计的气-气热交换器入口煤气温度偏低、热交换器的管径偏小及停机时泄漏的水的腐蚀(氯离子腐蚀)等。目前尚无好的解决办法，不得已取消了这 4 个气-气热交换器，改用蒸汽预热净煤气，这使全厂的净效率下降 1.5个百分点。2 Destec 煤气化工艺2.1 Destec 煤气化工艺结构特点Destec 气化炉是 2 段氧气气化、连续排渣、内设耐火砖的煤气化工艺。80%的水煤浆(浓度为 67%)和纯氧(纯度为 95%)混合后喷入气化炉第 1 段，在第 1 段除对
14、称布置 2 个水煤浆喷嘴外，在第 1 段的顶部还有一个从除尘器回来的飞灰再循环喷嘴。第 1 段的气化温度为 1 3711 427 ，气化压力为 2.76 MPa。经过第 1段反应产生的粗煤气进入第 2 段气化区。第 2 段气化是一个垂直的内设耐火砖的压力容器，20%的水煤浆从第 2 段喷嘴喷入，与粗煤气混合并发生蒸馏、裂解和气化反应，使粗煤气的热值进一步增加，而温度降低。在气化炉顶部的出口，煤气温度约为 1 038 ，故只需要设置对流式煤气冷却器。Wabash River IGCC 电站安装了 2 台 100%负荷的气化炉，1 台运行，1 台备用，煤气冷却器只有 1 套。该电厂的煤气冷却器之前
15、有 1 根与气化炉高度相当的导流圆筒，垂直布置，内设耐火材料。从导流筒出来的煤气进入对流式煤气冷却器，热煤气在管内流动，水在管外流动，产生 11.03 MPa 压力的饱和蒸汽，流量约 90.7113.4 kg/h，这部分蒸汽再进入余热锅炉过热。煤气被冷却到 371 ，然后进入煤气除尘和脱硫系统。该电厂的煤气冷却器直径约 3 m。6Destec 煤气化工艺的水煤浆制备和黑水处理系统与 Texaco 工艺基本相似。2.2 Destec 煤气化工艺的性能和技术经济指标分析(1)截止 1997 年底，在 Wabash River 电厂也已累计运行 4 656 h，气化了 469 220 t 煤，气化炉
16、的最大负荷可达到 100%103%，气化炉最长连续运行小时数可达到 362 h，冷煤气效率可达到 71%74%。气化炉的可用率 1996 年为 84%，1997年达到 98%，1998 年也达到 96%。当然，这是当气化炉 1 台运行，1 台备用情况下的数据，单台运行时，尚不能达到如此高的可用率。气化炉的喷嘴寿命一般为23 个月，耐火砖寿命一般为 23 a，2 段耐火砖寿命更长。(2)Destec 气化炉采用 2 段气化，提高了煤气的热值，降低了氧耗，并使煤气的出口温度降低，省去了庞大而昂贵的辐射废热锅炉，使气化炉的造价降低。而煤气热值的提高，也有利于提高 IGCC 电站的总效率。Desetc 气化炉的煤气在标准状态下热值约 10 425.5 kJ/m3，而 Texaco 煤气热值一般为 8 563.8 kJ/m3。(3)采用的火管式对流冷却器造价和安装费用较低，检修和清洗方便。(4)Destec 气化炉采用压力螺旋式连续排渣系统，泄压和碎渣设备的造价较低。2.3 Wabash River IGCC 电站中 Destec 气化炉曾
