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正文內(nèi)容

igcc的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢-資料下載頁

2025-06-29 07:49本頁面
  

【正文】 等。與IGCC相適應的模塊配套島內(nèi)的主要設備包括:蒸汽輪機及配套系統(tǒng)等。在繼承和發(fā)展現(xiàn)有單元技術基礎上,特別是繼承十五“863”氣化、合成氣燃機技術,著重解決三個島中的關鍵技術及關鍵工藝,以形成島的模塊化技術。在此基礎上完成系統(tǒng)的整體配置及參數(shù)優(yōu)化,實現(xiàn)IGCC發(fā)電機組的可靠、經(jīng)濟運行。 氣化島模塊技術,輻射廢鍋、對流廢鍋和集成煤炭氣化是指在氣化劑存在的條件下,煤在一定的溫度和壓力下被轉化為合成氣的過程。從反應工藝的角度看,煤氣化就是以煤為原料,以空氣或氧氣等為氣化介質(zhì),通過不完全的燃燒過程,將煤中的碳轉化為CO、HCH4等有效成分,煤氣中必然還會有CO2和H2O等。氣化爐對IGCC的整體效率有很大的影響。氣化系統(tǒng)特性因素中最重要的是冷煤氣效率。氣化爐的冷煤氣效率越高,意味著從整個電廠其它系統(tǒng)的需求越少,易于提高循環(huán)效率,也使全廠的設計趨于簡單。對于IGCC電站,最重要的是全廠的總效率,它包括煤氣的顯熱和蒸汽的熱能。通常冷煤氣效率越高,IGCC全廠的效率就越高。加壓氣化爐反應器是氣化島的核心,也是影響性能的關鍵所在。影響氣化性能的重要因素如下:①氣化溫度氣流床氣化爐在高溫下運行,其反應速度迅速增加,碳的轉化率和氣化爐的出力也大大提高。從化學反應動力學推出的最佳氣化溫度約在1300℃左右,太高的氣化溫度會使氧耗大增,而且過剩的熱量以粗煤氣顯熱的形式排出,回收非常困難,勢必造成熱效率降低和投資增加。對于液態(tài)排渣的氣化爐,一般運行溫度維持在灰熔點以上50~100℃,保證灰熔化,使排渣順利。②氣化爐的容量氣化爐的容量是IGCC的關鍵問題。氣化爐發(fā)展的目標就是提高氣化爐容量和冷煤氣效率,并在相同規(guī)模下使初投資降低。對于相同的氣化爐,在高溫和高壓下運行必然能提高出力,氣流床氣化爐在高溫和高壓下運行,其單爐出力目前也是最大的,可以達到2500t/d。當然,對于有耐火磚的氣化爐,在高溫下運行則必須延長耐火層的壽命,否則在電力行業(yè)應用將會受到一定的限制。至于選擇多高的溫度和壓力,要根據(jù)整個系統(tǒng)的要求及經(jīng)濟性分析而定。對于一個具體的氣化爐,除了技術因素之外,其容量有時也受制造和運輸條件的限制,對于IGCC應用的氣化爐,受限制的主要是輻射廢鍋和對流廢鍋。③氣化爐的負荷跟蹤特性能夠在部分負荷下運行,并能很好的跟蹤負荷的變化,而氣化爐的效率不至于下降很多,這對于電力生產(chǎn)非常重要。在負荷變化時,氧氣和煤量能夠迅速準確地調(diào)節(jié),是保證整個機組運行穩(wěn)定的前提。盡管空分系統(tǒng)的變負荷能力較差,若有一定的儲存能力,則可以解決這一問題,氧氣可迅速跟蹤負荷變化。相比之下,煤量跟蹤負荷相對較困難。當負荷變化時,為了保證火焰的穩(wěn)定,氧碳比必須操作得很準確,這就要求氧氣和煤量同時調(diào)節(jié),并且要十分準確。根據(jù)氣流床的特點,采用水煤漿供料,系統(tǒng)簡單,容易控制;而準確的干煤粉加壓送料系統(tǒng)復雜。④供煤系統(tǒng)供煤系統(tǒng)直接影響氣化爐負荷的跟蹤能力,因此多選擇水煤漿進料,以獲得較高的變負荷率。特別是氣流床氣化爐最早是由Texaco和Dow公司從燃油系統(tǒng)開發(fā)出來的,采用水煤漿進料在運行的安全性、壓力變化特性、運行可靠性等方面有一定的優(yōu)勢。干法進料是指用加壓鎖斗系統(tǒng)向加壓氣化爐輸送干煤或干煤粉。對于流化床氣化爐,目前多采用螺旋給料機進行壓力輸送。水煤漿進料與干法進料相比,~,其中最主要的差別是將水煤漿中過量的水氣化的這部分潛熱,在后續(xù)系統(tǒng)無法有效的回收,從而造成熱損失。其次,過量的水使氣化過程的耗氧量增加,爐溫降低,致使冷煤氣效率較低。⑤氣化劑選擇氧氣或空氣作為氣化過程的氧化劑對IGCC系統(tǒng)的全廠效率有很大的影響。特別是它對空氣系統(tǒng)的耗功有決定性的影響。在目前的大型IGCC機組中普遍采用富氧氣化的氣流床氣化工藝,為此IGCC電站專門設置空氣分離裝置以向氣化爐提供高純度的氧氣。氧氣氣化的聯(lián)合循環(huán)島造價比空氣氣化的要高10%,這是由于要增加一套N2回注和蒸汽飽和的設備,以降低NOX的生成。IGCC的空分裝置均采用傳統(tǒng)的氣體低溫分離技術。IGCC的空分系統(tǒng)配置方式有三種:獨立空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣由一個單獨的空氣壓縮機提供;整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣全部來自燃氣輪機的壓氣機出口;部分整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣一部分來自燃氣輪機的壓氣機出口,另一部分由單獨的空氣壓縮機供給。整體化空分系統(tǒng)的IGCC供電效率最高;可避免對燃氣透平和壓氣機作較大的改造;降低IGCC電站比投資約1%;運行和控制方面難度較大,其靈活性和安全性不及獨立空分系統(tǒng)的IGCC機組??辗止に嚵鞒痰倪x擇,以及空分裝置與燃氣輪機系統(tǒng)的合理連接方式,對IGCC的供電效率、比投資費用,乃至整個機組的運行靈活性和可靠性都有很大的影響??辗盅b置涉及低溫技術,在運行方式和啟停過程中有其特殊性,而且低溫技術本身還會帶來安全性問題,這些都應當在設計中予以全面考慮和解決。⑥氣化工藝IGCC采用氣流床氣化工藝:它的原料要求是煤粉或水煤漿。富氧和水蒸汽作為氣化劑,在1200~1500℃的高溫下,煤被氣化為CO和HCO2等氣體,灰渣以熔融態(tài)排出氣化爐。根據(jù)氣化技術發(fā)展現(xiàn)狀,針對我國200MW~400MW IGCC示范項目,應首選氧氣氣化的氣流床氣化工藝,以水煤漿進料氣化爐或者干粉進料氣化爐為主要選擇對象。⑦廢熱鍋爐煤氣化爐出口的粗煤氣在凈化前必須降溫,其含有的大量顯熱能需要回收以提高效率。顯熱回收系統(tǒng)很復雜,它可以以各種形式分布在從煤氣化爐出口至燃氣輪機燃燒室入口之間的整個流程中。最主要的熱回收裝置是位于氣化爐出口的輻射式廢熱鍋爐與其后的對流式廢熱鍋爐。在這里合成氣將其大部分顯熱傳給輻鍋和對鍋中的水,產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽,這些蒸汽可用作氣化爐的氣化劑或經(jīng)余熱鍋爐過熱后送蒸汽輪機發(fā)電。但是輻鍋與對鍋的造價很高,為降低IGCC電站的投資,也可采用高溫粗煤氣激冷降溫,高溫高壓冷卻水閃蒸回收熱量方案。根據(jù)Texaco公司計算,%,%。由此可見,采用激冷閃蒸法回收熱量的方案,雖然使電站熱效率有所下降,但卻能有效地降低電站造價。為兼顧造價與熱效率的矛盾,也可以采取只要對鍋或輻鍋,這樣的電站造價與熱效率將居上述二者之間。⑧凈化工藝在IGCC系統(tǒng)中,合成氣凈化工藝必不可少。通常合成氣中除CO、HCHCO2外,還有H2S、COS、粉塵、鹵化物、NH堿金屬及焦油蒸汽等雜質(zhì),這些雜質(zhì)對燃氣輪機及后續(xù)的其它系統(tǒng)有腐蝕和磨損的危害,為了使IGCC機組正常運行并達到較高的可靠性,必須在合成氣進入燃氣輪機之前,對其進行凈化處理。與常規(guī)燃煤電站對煙氣進行凈化相比,IGCC系統(tǒng)面對的是加壓的流量較小的合成氣,其處理難度和耗功都較小,達到的凈化效率也較高,這是IGCC在凈化方面的優(yōu)越性。除塵系統(tǒng)的運行溫度一般約為250℃~370℃,可采用干法過濾除塵。并為水洗除塵裝置預留接口,目的是除去粗煤氣中殘余的顆粒及鹵化物和NH3等雜質(zhì)。采用常溫脫硫方法,脫硫運行溫度在38℃~40℃。并盡量采用COS水解器,這樣能夠很容易的獲得大于98%的脫硫效率。綜上所述,氣化島的主要研究內(nèi)容為:l 水煤漿氣化爐的大型化優(yōu)化設計研究,單爐2000t/d級;氣化爐變負荷運行的設計、控制方案。l 煤種與氣化爐的優(yōu)化。l 水煤漿精確流量的調(diào)節(jié)裝置。l 空分系統(tǒng)配置方式。l 廢鍋的設計技術。l 廢鍋的制造技術。l 廢鍋同氣化爐、除塵器和汽輪機的連接匹配技術。l 廢鍋同整個氣化島之間的控制技術。l 除塵、脫硫等凈化技術的研究,重點是除塵技術。l 空分、供煤、氣化、凈化和廢鍋等單元技術的模塊化和集成優(yōu)化。 燃機島模塊技術,污染物控制、空分(整體化與氮氣回注)、余熱鍋爐設計①燃氣輪機現(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)機組中的燃氣輪機多采用簡單循環(huán)的燃氣輪機,IGCC機組是以合成氣代替常規(guī)燃料的聯(lián)合循環(huán)裝置,示范電站中燃氣輪機的選擇主要應依據(jù)以下原則:燃氣輪機容量應與示范電站容量相適應。通常在獨立空分系統(tǒng)的IGCC電站中燃氣輪機功率約占電站功率的60~65%,在整體化空分的IGCC電站中燃氣輪機功率約占55~57%。燃氣輪機的熱力性能較先進。根據(jù)現(xiàn)代燃氣輪機技術發(fā)展水平,簡單循環(huán)凈效率應在34%以上。燃氣輪機結構應力求簡單,可靠的保護系統(tǒng),便于維護,運行可靠,可用率高。將常規(guī)燃用天然氣或油的燃氣輪機用于IGCC,還需要進行一定的改造,一般包括:燃氣輪機燃燒系統(tǒng)的改造。應重點解決的技術問題有:保持火焰的穩(wěn)定,提高燃燒效率;確保燃料切換平穩(wěn)、可靠;開發(fā)低NOX燃燒器,良好保護環(huán)境;開發(fā)高冷卻技術,防止火焰筒過熱。燃氣輪機通流部分改造。在IGCC系統(tǒng)中,由于合成氣生產(chǎn)工藝,系統(tǒng)組成及燃氣輪機燃燒控制方式的不同,燃氣透平工質(zhì)流量會有不同程度的變化,因此需要對燃氣輪機通流部分進行改造。其它改造。根據(jù)所采用的燃氣輪機的特點,還應對有關部分進行適當?shù)馗脑欤缛剂瞎┙o系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等。在污染物控制方面,可以將空分所得的非純凈氮氣再用氮氣壓縮機增壓后,與潔凈合成氣摻混在一起,返回到燃氣輪機系統(tǒng)中去參與循環(huán)過程,這樣,就可以增加做工的工質(zhì)流率,并可以降低燃燒室內(nèi)火焰的溫度,有利于減少NOX的排放量。②余熱鍋爐在IGCC中余熱鍋爐是回收燃氣輪機的排氣余熱,以產(chǎn)生驅動蒸汽輪機發(fā)電所需蒸汽的換熱設備。從循環(huán)角度進行分析,余熱鍋爐是將燃氣循環(huán)與蒸汽循環(huán)聯(lián)合起來的一個熱力設備,起著承上啟下的作用,是系統(tǒng)整體優(yōu)化和各主要子系統(tǒng)匹配的一個關鍵所在。因此余熱鍋爐流程和參數(shù)的合理選擇、匹配對IGCC的供電效率、比投資費用及機組的運行性能都有重要影響。余熱鍋爐的一般設計原則:余熱鍋爐是聯(lián)合循環(huán)裝置中一個重要的有機組成部分,其設計的前提是聯(lián)合循環(huán)及其汽水系統(tǒng)方案,并由此確定其換熱量—汽水溫度圖。余熱鍋爐設計性能指標的一般要求:在合理的技術經(jīng)濟性情況下,盡可能提高余熱回收率;系統(tǒng)具有低的熱慣性;蒸汽熱力參數(shù)穩(wěn)定;余熱鍋爐應具有一定的“干燒”能力;具有高的運行可靠性和可用性。余熱鍋爐熱力參數(shù)的合理優(yōu)化選擇及其約束:蒸發(fā)器入口燃氣溫度與飽和水溫度之差△Tpp=8~12℃;省煤器出口水溫與相應壓力下飽和水溫度之差△Tap=5~8℃;燃氣輪機背壓△Pb=200~330mmH2O;排煙溫度和給水溫度不低于煙氣露點溫度;余熱鍋爐進口煙氣溫度要高于最高過熱蒸汽溫度30℃~50℃以上;省煤器在任何工況下不發(fā)生汽化,即△Tap>0。余熱鍋爐一般采用滑壓運行??刹捎糜醒a燃或無補燃系統(tǒng),無補燃系統(tǒng)較為經(jīng)濟。余熱鍋爐構件設計還要考慮承受反復交變的熱應力影響。綜上所述,燃機島的主要研究內(nèi)容為:能夠燃用合成氣的燃機燃燒室改造技術。與空分匹配的燃機壓氣機的防喘振技術。適合IGCC發(fā)電技術的高效燃氣輪機的開發(fā)及國產(chǎn)化。余熱鍋爐設計及運行技術優(yōu)化。 與IGCC相適應的模塊配套技術(汽輪機),汽輪機配套設計技術和系統(tǒng)技術IGCC中的蒸汽輪機與燃機實現(xiàn)最佳配合;能夠適應快速啟動、滑參數(shù)啟動的要求;與燃機配合使用的蒸汽輪機循環(huán)系統(tǒng)。提高蒸汽輪機裝置的經(jīng)濟性,主要有兩個途徑:一是提高蒸汽輪機的內(nèi)效率,為IGCC系統(tǒng)專門優(yōu)化設計汽輪機,以減小各項損失;另一是提高裝置的循環(huán)熱效率,在與燃機最佳配合的條件下,提高過熱和再熱蒸汽溫度,降低汽輪機背壓以及回熱系統(tǒng)優(yōu)化。蒸汽輪機的參數(shù)需要與余熱鍋爐及全廠汽水系統(tǒng)進行優(yōu)化后確定。綜上所述,與IGCC相適應的模塊配套技術的主要研究內(nèi)容為:l 與200MW IGCC相配套的汽輪機的設計技術與制造技術l 與氣化島、燃機島相適應的模塊化配套設計技術l 與余熱鍋爐相適應的配套技術l 與IGCC主系統(tǒng)相適應的島系統(tǒng)技術 IGCC自動化控制技術IGCC機組及其附屬系統(tǒng)采用DCS控制方式。IGCC的各子系統(tǒng)及其輔助工藝系統(tǒng),均采用就地集中加遠程監(jiān)控方式,在相應的輔助車間設就地控制室,使得運行人員能夠在單元控制室內(nèi)完成IGCC電廠各島及輔助車間的集中監(jiān)控。綜上所述,IGCC自動化控制技術主要研究內(nèi)容為:l 機組的啟動、停止,正常運行和事故自動處理系統(tǒng)l 氣化島的安全保護系統(tǒng)l 合成氣燃氣輪機的控制及保護系統(tǒng)l 氣化島、燃機島的子系統(tǒng)與整個IGCC電站的控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制技術 模塊技術集成優(yōu)化模塊技術集成優(yōu)化是氣化島、燃機島、與IGCC相適應的模塊配套島、控制系統(tǒng)之間的集成與優(yōu)化,以及主要設備的技術集成與優(yōu)化。模塊技術集成優(yōu)化主要研究內(nèi)容為:l 氣化島系統(tǒng)參數(shù)及主要設備中的空分裝置、氣化原料制備裝置、氣化爐、廢鍋、凈化裝置等的選擇與優(yōu)化。l 燃機島系統(tǒng)參數(shù)及主要設備中的燃氣輪機、余熱鍋爐、發(fā)電機等的選擇與優(yōu)化。l 與IGCC相適應的模塊配套島系統(tǒng)參數(shù)及主要設備中的余熱鍋爐、廢鍋 、 空分、蒸汽輪機、發(fā)電機等的選擇與優(yōu)化。l 控制系統(tǒng)IGCC電站總系統(tǒng) 、子系統(tǒng)的劃分及控制設備的選擇。l 在各島及主設備裝置技術模塊化后,重點解決各島之間的聯(lián)系以及島內(nèi)各主要設備之間的聯(lián)系。l 效率比較目前,%,%;%,%。%,%??梢?00MWIGCC機組的供電效率遠高于300MW亞臨界機組的供電效率,而與600MW超臨界機組的供電效率大致相當。IGCC發(fā)電機組與常規(guī)燃煤機組的效率比較見表31。表31 電站效率比較表項目IGCC系統(tǒng)亞臨界超臨界超超臨界容量E級200MWF級400MW300MW600MW660MW1000MW發(fā)電效率%52%%%%%廠用電率%15%7%6%%5%供電效率%%%%%%發(fā)電標煤耗g/kWh298270供電標煤耗g/kWh
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