【文章內(nèi)容簡介】 氧化劑中，蒸汽與O2的比率更大（前者大概為45:1，后者約~:1）。其結(jié)果是干法排灰裝置的溫度所有各點保持足夠低，灰不熔解，而是作為干灰脫除。干法排灰式裝置的較低溫度意味著其更適合用易反應(yīng)的煤，像褐煤，而非煙煤。 塊煤給進氣化爐頂部的閘斗倉，在進入氣化爐之前增壓。一個旋轉(zhuǎn)的煤分配器確保煤在反應(yīng)器各處均布。煤緩慢下移到氣化爐。當煤下移時，由經(jīng)床層向上流動的燃料氣加溫；煤就被不斷干燥和揮去揮發(fā)分（脫除的揮發(fā)分形成焦油和酚），然后氣化。床層的底部，緊靠爐蓖的上面之處是氣化爐最熱的地方（~1000℃），在此處燃燒任何剩余的煤。所產(chǎn)生的CO2與床層中的碳起反應(yīng)形成CO。灰由旋轉(zhuǎn)爐蓖排出并在閘斗倉中減壓。蒸汽和O2被向上吹，通過爐蓖為氣化過程提供氧化劑。所產(chǎn)生的氣體在300500℃的溫度離開氣化爐，利用一水淬冷進行冷卻和洗滌。該氣化爐由水夾套圍繞，水夾套產(chǎn)生的蒸汽可用于工藝過程中。 MBEL氣化爐（流化床） 該氣化爐原由英國煤炭公司在其煤炭研究機構(gòu)作為ABGC工藝（圖6）的一部分開發(fā)，現(xiàn)歸MBEL所有。該氣化爐為吹氣、加壓系統(tǒng)設(shè)計，以獲約80%的碳轉(zhuǎn)化率，剩余的碳在流化床燃燒。在格洛斯特郡的Stoke ?，F(xiàn)在，由MBEL、阿爾斯通和蘇格蘭電廠組成的一個財團，以ABGC作為整體，對該工藝進一步開發(fā)，計劃在法夫 Kincardine建一個~100MWe示范裝置。 下載 ( KB)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（IGCC）200676 15:45圖6 裝有MBEL氣化爐的ABGC ABGC是以在MBEL氣化爐內(nèi)煤的部分氣化為基礎(chǔ)，壓力2025巴，溫度~1000℃。大約7080%的煤轉(zhuǎn)化成低熱值燃料氣，燃料氣冷卻至~400℃，然后用陶制過濾器清潔。石灰石用來脫除煤中大部分硫，成為硫化鈣。氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的燃料氣在燃氣輪機中燃燒，燃氣輪機的廢氣用來在熱回收蒸氣發(fā)生器（HRSG）內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，氣化爐產(chǎn)生的固體殘渣（灰、半焦和硫化吸附劑）經(jīng)減壓、冷卻并通到在常壓操作的循環(huán)流化床燃燒器（CFBC）。在CFBC內(nèi)，殘余的炭被燃燒，硫化鈣經(jīng)氧化成為硫酸鈣，硫酸鈣是一種環(huán)保型物質(zhì)。在CFBC內(nèi)產(chǎn)生的熱加到HRSG的蒸汽系統(tǒng)，所產(chǎn)生的蒸汽用來驅(qū)動蒸氣輪機。在Stoke Orchard的試驗證實氣化爐處理各類煤和吸附劑的能力，在氣化爐里脫硫達90%。 ABGC系統(tǒng)的一項評估表明，應(yīng)用目前的技術(shù)，%的效率（更高熱值基礎(chǔ)）。 Prenflo（氣流床） Prenflo（加壓氣流床）。這是一種加壓、干式給料、氣流床工藝?？唆敳诘聡_爾州的F252。rstenhansen建一座每天處理48t的裝置。隨著這項工作的進行，西班牙的普埃托蘭 IGCC電廠選擇應(yīng)用Prenflo工藝。該工藝如圖7所示。 煤被磨碎至~100μm并靠氮由風力輸送到氣化爐。氣化爐結(jié)構(gòu)獨特，氣化爐本身與合成氣冷卻器結(jié)合。煤同O2和蒸氣一起經(jīng)裝在氣化爐下部的燃燒器給入。合成氣在1600℃的溫度下下載 ( KB)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（IGCC）200676 15:45圖7 Prenflo ○R 氣化爐 產(chǎn)生。但，它在氣化爐出口借助再循環(huán)的潔凈合成氣淬冷，將其溫度減至大約800℃。然后合成氣向上流至一中心分配器管，并經(jīng)蒸發(fā)器段向下流動，在大約380℃離開氣化爐。在氣化過程形成的熔渣在水槽內(nèi)淬冷，并通過閘斗倉裝置排出。 謝爾氣化工藝 （氣流床） 謝爾氣化工藝（SGP）作為一種將多種碳氫化合物原料轉(zhuǎn)成潔凈合成氣的方法于20世紀50年代開發(fā)。SGP不是用于煤炭氣化的，殼牌公司另有一單獨的工藝（謝爾 煤炭氣化工藝，SCGP）。 該氣化爐有耐火熔材料襯里，在大約2530巴（在IGCC范疇，生產(chǎn)H2的典型壓力約巴）和1300℃下運行。燃料、O2和蒸汽從氣化爐頂部經(jīng)復(fù)合環(huán)形燃燒器射入。氣化發(fā)生，伴隨小量煙炱和灰（在給料中~%的碳轉(zhuǎn)化成煙炱）。粗合成氣和雜質(zhì)在氣化爐底部排出，在合成氣冷卻器內(nèi)冷卻，冷卻器由平行的螺旋形旁管組成，浸入在豎立的蒸汽發(fā)生器中。這種配制在~100巴壓力下產(chǎn)生飽合蒸氣。氣體從合成氣冷卻器入口時的~1300℃冷卻，到出口時的 400℃。然后氣體可在煙炱和灰潔凈之前進一步冷卻。這在淬冷管內(nèi)進行，粗氣體用水噴淋，以去除現(xiàn)存的大部分固態(tài)顆粒。夾帶的顆粒作為分離器內(nèi)廢渣排出。然后氣體轉(zhuǎn)至洗滌器，洗滌器中的兩個充填床用來減低顆粒濃度至1mg/m3。之后粗合成的氣適宜用來脫硫和使用。 從氣體中脫硫的灰和煙炱在由謝爾和魯奇開發(fā)的煙炱灰脫除裝置中處理。熔渣經(jīng)過濾，碳質(zhì)濾餅被焚化，產(chǎn)生高釩灰殘渣。 SGP與SCGP的主要區(qū)別為： 非（未）冷卻的氣化爐； 燃燒管合成氣冷卻器； 淬冷用非再循環(huán)冷卻合成氣； 氣化爐內(nèi)溫度較低。 使用SGP的唯一氣化發(fā)電廠是在鹿特丹的殼牌煉油廠的Per+綜合企業(yè)。三個SGP系列用殘渣生產(chǎn)合成氣；67%的合成氣用于制H2 ，其余用來發(fā)電。 謝爾煤炭氣化工藝（氣流床） 殼牌公司的氣化歷史可回溯到20世紀50年代，那時第一個SGP裝置交付使用。1972年，殼牌公司開始煤的氣化工藝的研究工作。在阿姆斯特丹建設(shè)了一座6t/d中試廠后，殼牌公司于1978年在德國漢堡附近哈爾堡建一座150t/d示范廠。殼牌公司采用所獲得的經(jīng)驗在美國休斯頓的迪爾帕克現(xiàn)有的石油化工聯(lián)合企業(yè)建一座廠。該廠規(guī)模為氣化220t/d（每天250美國短噸）煙煤成365t/d(每天400美國短噸)的高濕、高灰分褐煤。1987年迪爾帕克氣化爐投入運營，并證實了SCGP氣化多種類型煤的能力。 1989年，在荷蘭的Buggenum的一座IGCC電廠宣布選擇使用SCGP，它成為采用SCGP的唯一商業(yè)化電廠。 謝爾氣化爐如圖8所示 下載 ( KB)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（IGCC）200676 15:45該氣化爐容器由碳素鋼壓力外殼構(gòu)成，里面有一氣化室，氣化室由耐火襯里的膜壁封閉。通過膜壁的循環(huán)水用來控制氣化室壁溫度及產(chǎn)生飽合蒸汽。干式pf、O2和蒸汽經(jīng)氣化爐底部的對置燃燒器送入，氣化爐操作壓力~2530巴。氣化在1500℃和此溫度以上發(fā)生，確保煤灰熔化并形成熔渣。熔渣在氣化爐壁內(nèi)表面下行，在氣化爐底部一水槽內(nèi)淬冷，一部分熔渣粘在氣化爐壁上并冷卻，形成防護層。 煤的氣化形成一種粗燃料氣，主要成分是H2和CO，及少量CO2和一些夾帶的渣粒。在氣化爐出口，粗氣以再循環(huán)的冷卻的燃料氣淬冷，使溫度降至~900℃以下。冷卻使渣粒凍結(jié)，使它們粘性減小，不易在表面掛渣。 其后，燃料氣在合成氣冷卻器中冷卻到~300℃，產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽。與殼牌公司的石油氣化工藝的合成氣冷卻器完全不同，SCGP合成氣冷卻器在殼側(cè)有氣體。因此，合成氣冷卻器有一套復(fù)雜的管道，包括各種節(jié)省器、中壓及高壓汽化器和一些過熱器。 冷卻的合成氣利用陶瓷過濾器過濾。之后大約50%的冷卻合成氣再循環(huán)至氣化爐頂部作氣體的淬冷介質(zhì)使用，其余的合成氣被洗滌，去掉鹵化物和NH3，然后送至脫硫裝置。 德士古氣化工藝（氣流床） 德士古工藝的主要特性是利用同樣的基本技術(shù)成功地氣化多種原料。這些原料包括氣體、石油、 OrimulsionTM，石油焦和一系列煤。德士古另外還進行預(yù)處理工藝，這將使廢塑料和廢舊輪胎得以氣化。德士古氣化工藝是最早開發(fā)于20世紀40年代后期。開始工作重點集中在開發(fā)一種天然氣重整工藝，以便為轉(zhuǎn)換成液態(tài)碳烴化合物制造合成氣。不久后，重點轉(zhuǎn)向為NH3產(chǎn)品生產(chǎn)合成氣。20世紀50年代期間，研究擴大該工藝以氣化石油及少量的煤。1973年發(fā)生石油危機之際，煤炭氣化研究工作重新開始，1983年在美國的田納西州的金斯波特的艾斯特曼化工廠，首座商業(yè)化煤氣化工廠開始運營。1984年，冷水IGCC廠投入運營。 下載 ( KB)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（IGCC）200676 15:45圖9 德士古淬冷型氣化爐 目前，采用德士古工藝作業(yè)的氣化發(fā)電廠有EL Dorado（石油焦）和Polk（煤）；德士古工藝還被選擇用于多數(shù)在建或計劃中的石油廢料IGCCs廠。該工藝有兩種不同的基本類型，其用來冷卻粗制合成氣的方法不同，在淬冷型中，來自氣化爐底部的粗合成氣用水驟冷。在完全熱回收型中，粗合成氣利用合成氣冷卻器冷卻，德士古淬冷型氣化爐示意圖見圖9，全熱回收型見圖10。 下載 ( KB)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（IGCC）200676 15:45圖10 德士古全熱回收型氣化爐 忽略所采用的合成氣冷卻方法的不同，實際氣化工藝是相同的。原料同O2和（通常）蒸汽從氣化爐頂部進入。蒸汽作為溫度調(diào)節(jié)劑。像煤或石油焦這樣的固體原料在給入氣化爐之前被制成漿和粉碎；在這種情況下，漿料中的水替代蒸汽作為調(diào)節(jié)劑。氣化爐本身是有耐火襯里的壓力容器。氣化在~1250~1450℃的溫度發(fā)生。操作壓力依合成氣作何種用途而定：為IGCC之用壓力為~30巴（雖然可以更高）；為制造化學品之用的操作壓力為60~80巴。粗合成氣，還有任何灰（像熔渣）和煙炱（在石油氣化時產(chǎn)生），在底部從氣化爐排出。 在淬冷型中，粗合成氣經(jīng)淬冷管離開氣化爐底部，淬冷管的底部未端浸入一水池中。粗氣體經(jīng)過水冷卻到水的飽和溫度，并清潔了渣和煙炱顆粒。之后，冷卻過、飽和合成氣經(jīng)側(cè)壁上的一個管子離開氣化爐/淬冷容器。然后，按照用途和所用原料，粗合成氣在使用前進一步冷卻和/或凈化。 在全熱回收型中，粗合成氣離開氣化爐段，并在放熱合成氣冷卻器內(nèi)冷卻是從~1400℃到~700℃，回收的熱量用來產(chǎn)生高壓蒸汽。熔渣向下流至冷卻器，在底部的一池中淬冷，再經(jīng)閘斗倉排出。部分冷卻的合成氣離開氣化爐的底部，之后在清潔和使用前在對流冷卻器內(nèi)進一步冷卻。到現(xiàn)在為止，大多數(shù)德士古氣化爐已采用淬冷型。其高于全熱回收設(shè)計的主要優(yōu)勢是它更為廉價，可靠性更高；主要劣勢（用于IGCC）是熱效率較低。實際大部分在用的氣化爐用于生產(chǎn)化學品，熱效率不成為問題，故淬冷方式更受歡迎。淬冷方式的另一有效特性是，在石油氣化時，淬冷式有助于合成氣中的洗去石油煙炱顆粒。可以看出，采用德士古氣化爐的燃石油的IGCC項目大多使用淬冷式氣化爐，而燃煤的德士古 IGCC項目使用合成氣冷卻器。