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1、课题背景：近年来，全球范围内的石油危机和严格的环境保护要求是促进IGCC技术 发展的根本原因，石油危机使人们重新重视煤和能源多样化，但是，燃煤会 产生严重污染。IGCC提倡的优越环境保护特性收到广泛的重视，很多国家开 始研究IGCC发电技术.IGCC，即整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电，是今年来国内煤电行业的 热门话题，也是化工行业比较关心的事情。它实际上是煤气化，煤气净化， 合成气做功，余热做工的工艺合成，也叫做“系统集成”是化工行业与发电 行业结合起来的一个新兴产业。它以发电效率比较高，环境效益良好等显著 优点逐步受到电力行业的青睐，不但欧美工业发达国家竞相选用，一些第三 世界的国家也拟于今
2、年建设示范电站。总之。IGCC及以气化和发电为基础的集成技术是21世纪很有前途的技 术，可以在新型工业的进程中发挥重要作用。但是，这个行业在国际上还是 处于初级阶段，有成功经验，却不是所向披靡。因此，还需要世界各国行业 精英进一步研究发展。国内外技术现状及发展趋势：IGCC发电是20世纪70年代西方国家在石油危机时期开始研究和发展 的一种新技术，1973年在德国建成的Kellerman电厂是世界上第一座示范电 站，国外先进国家一直在对IGCC技术进行研究和探索。在验证装备的基础 上，自20世纪90年代以来，国际上先后建设了五座以煤为原料，纯发电大 型化的商业示范装置，分别是美国的Wabash
3、River和TECO Tampa，荷兰的 Nuon Buggnum，西班牙的Puertollano电站，日本的Nakoso电站。除了以煤 为原料纯发电的IGCC示范电站外，国外还配套石化工业建设了一批以石油 焦为原料的IGCC公用工程岛，由于国外高硫石油焦价格较低，这类项目一 般都获得了良好的经济效益。1994年，中国开始进行建设IGCC示范电站的可行性研究。国家发改委 于1999年批准了在山东烟台发电厂建设中国第一座IGCC示范电站，规划建 设两台400WM IGCC机组，发电效率大于43%，一期工程先装一台。气化采 用氧气气流床工艺，净化系统采用湿法煤气净化工艺，脱硫效率将达到98% 以上
4、。通过该项目，将IGCC关键技术研究列入“九五”国家重点科技攻关 计划。并在国际科技部和国家电力公司的资助和组织下，由国家电力公司热 工研究院牵头，与国内电力。煤炭，化工，机械，高校和中科院等部门十几 个单位共同攻关，于2000年全面完成任务。目前，中国华能集团公司正在实施一项“绿色煤电”计划，通过两个阶 段的研究和工程实施，力争在煤的高效环保综合技术方面有实质性的进步。旨在完成我国250MW IGCC工程，实现我国自主开发的IGCC技术的应用。课题的主要任务：1： 了解IGCC技术在国内外的发展现状和趋势。通过收集并阅读相关资 料、文献、论文，对国内外IGCC技术水平进行对比，并探索适合国内
5、现状的 IGCC技术的发展方向。2:详述IGCC工艺流程，阐述整体煤气化联合循环的工作过程并绘制工艺 流程图。IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle )即整体煤气化 联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系 统。IGCC由两部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气一蒸汽联合循环发 电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫 的回收装置)；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮 机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化， 除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等
6、污染物，变为清洁的气体燃料，然后 送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机 排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。流程图如下:SO2,CO2物料并 苏图35.1 IGCC系统示意图3、煤气化工艺的环保性、能源利用率以及经济价值的评估收集相关数 据，查阅相关文献资料，对煤气化技术的环保性、能源利用率以及经济价值 进行综合分析、计算与评估。经济价值、环境影响与能源利用率在很大程度 上决定了一项技术能否得到大规模推广。根据我国煤气化工业的发展，提出合理的建议。4、概述整体煤气化联合循环设计的主要设备，详细论证气化炉等关键 设备的选择及其工作原理，并绘制装备
7、图。在整个IGCC的设备和系统中，燃 气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟 的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净 化系统。煤的气化是一个热化学加工过程，它以煤或水煤浆为原料，以氧气（空气或富氧）、水蒸汽或氢气等作为气化剂，在高温缺氧条件下进行化学反 应将原料中的可燃物转化为可燃性气体。其主要产物是CO、H和CH还有少量24的H O及CO。比较IGCC系统中三类典型气化炉：喷流床（entrained flow bed）、2 2固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）1. 气化炉a. 喷流床目前IGCC各示范
8、工程中采用最多的一种气化炉。它是一种高温、高 压煤粉气化炉，气化炉的压力为20-60bar，要求采用90%以上的颗粒小于 100 “m的煤粉，采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂，当以氧为气化剂 时，气化炉炉膛中心的火焰温度可达2000C。由于是高温气化，在产生的粗 煤气中不可能含有很多碳氢化合物、煤焦油和酚类物质，煤气的主要成分是 CO、H2、CO2和水蒸气，离开气化炉的热煤气温度在1200-1400C，往往高于 灰的软化温度。为了防止热煤气中已软化了的粘性飞灰在气化炉下游设备（余 热锅炉）粘结堵塞，将除尘后的冷煤气增压后再返送回煤气炉的出口和热煤 气混合，将热煤气的温度降低到比灰的软化温度
9、低50C，然后，热煤气再经 过气化炉的余热锅炉（辐射和对流蒸汽发生顺）产生饱和蒸汽，同时使热煤 气的温度降低到200C左右，约50%的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液 态渣，由炉底排出并通过集渣器送入渣池。喷流床气化炉由于是煤粉高温高 压气化，因此煤种适应性广，碳转化率高，能达到99%以上。由于喷流床气化 炉的单炉生产能力大，并且具有较高的效率，燃料适应性广，因而在今后发 展大容量高效率的IGCC电站中具有强有力的竞争地位。b. 固定床固定床气化炉是最早开发出的气化炉，它和燃煤的层燃炉类似，炉子 下部为炉排，用以支承上面的煤层。通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化 剂（氧或空气和水蒸气）则从炉
10、子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。 这种气化炉和燃煤的层燃炉一样，对煤的粒径有一定的要求。固定床气化炉 有两种煤气出口集团的设计。粗煤气唯一出口位置设计在干燥区上面煤层的 顶部，称为单段气化炉，此时出口处煤气的温度为370-590C，在这煤气温 度下，气的油和煤焦油等会发生裂解和聚合反应，从而生成彼一时质焦油和 沥青。同时高温煤气穿过煤层时产生的剧烈干馏会使煤发生爆裂，产生大量 煤尘，并随粗煤气一起带出气化炉。因而这种单段气化炉的粗煤气质量是比 较差的。另一种设计是，有两个煤气出口，除了在干燥区上部的出口外，另 一个则在气化区的顶部，煤气产量的一半从这个出口离开气化炉。由于流经 挥发分析出
11、区和干燥区的煤气量只有单段炉的，有利于防止由于煤的爆裂而 产生的大量煤尘，而且不会产生彼一时质焦油和沥青。因此，两段炉产生的 粗煤气的质量是比较好的。C.流化床气化炉流化床气化炉可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和传质， 使整个床层内温度分布均匀，混合条件好，有利于气化反应的进行。同时， 可以利用流化床低温燃烧，在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石或白云 石），将产生的大部分SO2和H2S脱除。由于流化床气化炉内的反应温度一般 控制在850 1000C，因此，它产生的焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物 基本上都能被裂解为简单的双原子或三原子气体，煤气的主要成分是CO和 H2，CH4的含量
12、一般少于2%。2. 净化系统IGCC中的合成器含有一定量的的H2S和C02,硫含量的高低由煤中含 硫量决定。如果采用粉煤气化技术，合成气中CO2含量较低，为2%4%。IGCC 中的净化主要是脱除合成气中的SO2。a. 低温甲醇洗低温甲醇洗是指采用冷甲醇作为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性 气体溶解度比较大的特性，脱除原料其中的酸性气体，主要是CO2和H2S。其 特点为吸收能力大，选择性好，净化度高，溶剂廉价易得。b. NHD工艺溶剂为聚乙二醇甲醚，脱除CO2, H2S等杂质能力强，但对COS吸收 能力较差，脱硫前需要水解。其优点是工艺流程简单，操作温度在-5150C 之间。其缺点是操作费用过高
13、。c. MDEA 法活化MDEA净化以N-甲基二乙醇胺的水溶液为基本溶剂，添加少量活 化剂。这种方法对02净化度高，能耗低，氢损失小，设备腐蚀小。在国内已 获得工业应用。5、完成相关的英文翻译资料（3000字）设计中可能遇到的问题：1、由于国内IGCC火电技术正处于发展初期阶段，所以无法亲临现场观 测，只能借助于书籍和相关图纸进行研究，会有所遗漏。2、进行本次设计所需的知识面比较广，部分知识需要学习才能掌握。3、国外对于本工艺的研究和发展比较先进，但无法直接获取其先进技术 和计算方法，很多地方可能无法简化。4、英文翻译需要很多专有名词，可能会造成翻译的不准确解决方法和手段：1、对本次设计进行流程细节划分，一步步进行工艺和关键设备的计算 和设计；2、搜集相关书籍，查阅相关网站，有针对性的解决所遇到的困难；3、通过计算分析等，归纳和总结各类气化炉的优缺点，合理的进行选 择；4、及时与导师交流讨论，请求导师答疑解惑并做好笔记。
