【正文】 (2) HRSG節(jié)點溫差△Tp，是設(shè)計的主要參數(shù)之一，目前典型IGCC的HRSG的節(jié)點溫。這是由于在考慮選擇主蒸汽壓力時，需要綜合考慮以下諸方面的影響：(l)對汽輪機效率的影響；(2)對余熱鍋爐余熱利用率的影響；(3)對汽輪機做功量的影響（通過主蒸汽流量和補汽蒸汽流量的影響來體現(xiàn)）；(4)對汽輪機排汽濕度的影響；(5)對整個聯(lián)臺循環(huán)性能的影響。 由表5可知，在再熱三壓蒸汽循環(huán)系統(tǒng)中，中壓蒸汽的壓力與再熱蒸汽的壓力為相同，這股蒸汽混合后，進入再熱器內(nèi)再熱到設(shè)定的溫度，然后進到汽輪機的中壓缸中去膨脹做功。較先進的燃氣輪機的排氣溫度已增高到593℃，就應(yīng)考慮采用再熱三壓蒸汽循環(huán)方案。 GE公司的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)一般是根據(jù)燃氣輪機的排氣溫度來選擇蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的。美國CE公司生產(chǎn)的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)中蒸汽參數(shù)的選擇如表4和表5所示。在選擇汽輪機低壓補汽的蒸汽溫度時，來自汽輪機外部的蒸汽溫度與汽輪機內(nèi)主流蒸汽混合點的溫度必須予以考慮。 多壓循環(huán)系統(tǒng)與單壓循環(huán)系統(tǒng)一樣，新蒸汽溫度也應(yīng)盡可能地高，但不要太接近燃氣輪機的排氣溫度。前者為了產(chǎn)生高品位的蒸汽，而后者則是要盡可能完全地利用殘余的余熱，這必須在蒸發(fā)壓力相當?shù)蜁r才能完成。選擇高壓和低壓新蒸汽壓力時應(yīng)考慮兩個方面：(1)高壓蒸汽壓力必須相對較高，以使余熱利用的效率較高；(2)低壓蒸汽壓力應(yīng)較低，以使余熱利用的程度較高。也就是說在燃氣輪機確定后，如何使蒸汽部分出力及效率達到最高值是ICCC或聯(lián)合循環(huán)機組設(shè)計的關(guān)鍵，這一點直接體現(xiàn)在汽輪機參數(shù)的確定中。 在改善蒸汽循環(huán)類型的同時、汽輪機主要熱力參數(shù)的選擇是另一個重要的問題。 在改變蒸汽的循環(huán)類型時，汽輪機的循環(huán)效率也在發(fā)生著變化，從而影響聯(lián)合循環(huán)的效率。表3為原ALSTOM公司VECA109F聯(lián)合循環(huán)不同蒸汽循環(huán)類型的性能參數(shù)。，六種汽輪機熱力循環(huán)的聯(lián)合循環(huán)效率的數(shù)據(jù)。 ICCC汽輪機的主要熱力參數(shù)在ICCC中必須合理地選擇汽輪機的循環(huán)類型及主要熱力參數(shù)，盡量充分地利用燃氣輪機的排氣余熱及氣化系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽的熱能，以提高聯(lián)合循環(huán)效率。在滑壓運行條件下，汽輪機不必裝設(shè)部分進汽的調(diào)節(jié)閥和相應(yīng)調(diào)節(jié)級，這提高了汽輪機在部分負荷時的效率，也降低了汽輪機高壓缸人口部分在部分負荷時的熱應(yīng)力。采用滑壓運行方式時，余熱鍋爐在較低的壓力下可以多產(chǎn)生一些主蒸汽，因此汽輪機可以多發(fā)出一些功率。 (7)汽輪機采用滑壓運行或滑壓—定壓復合運行方式。由于兩種燃料的組成、熱值等有較大差異，在燃氣輪機燃料切換前后，余熱鍋爐及汽輪機的熱力參數(shù)會有所變動。這對汽輪機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一些特殊要求。 (4)對同樣型號的燃氣輪機，在IGCC中汽輪機的功率要比燃燒天然氣或液體燃料的常規(guī)聯(lián)合循環(huán)大。即汽輪機為有再熱或無再熱、多壓補汽式汽輪機。 (3)為提高ICCC的能量轉(zhuǎn)換效率，汽輪機及余熱鍋爐經(jīng)歷了從單壓、雙壓至三壓，從無再熱至再熱的發(fā)展過程。對給水進行除氧的功能可在余熱鍋爐的給水加熱系統(tǒng)中完成，也可在凝汽器中完成。余熱鍋爐的排氣溫度越低，燃氣熱能的利用程度就越高。這要求汽輪機低壓缸有較大的通流能力和較長的末級葉片，凝汽器也要有較大的冷卻能力。 (1)一般不從汽輪機中抽取蒸汽去加熟給水，因而在IGCC中由汽輪機的低壓缸排向凝汽器的蒸汽流量要比常規(guī)汽輪機多。IGCC蒸汽系統(tǒng)的汽輪機在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)中對汽輪機的要求可歸結(jié)為：經(jīng)濟性、可靠性、運行靈活性、模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計等。而汽輪機要求蒸汽參數(shù)相對穩(wěn)定，即使在滑壓運行時變動量也不能很大而有一定制約，如汽機末級濕度的限制和非沸省煤器不產(chǎn)生汽化等。 (10) IGCC蒸汽系統(tǒng)的流程，參數(shù)優(yōu)化與各熱源參數(shù)（特別是燃機的排氣參數(shù)），聯(lián)合循環(huán)的汽水系統(tǒng)及蒸汽輪機參數(shù)等密切相關(guān)，與水、水蒸氣和熱源工質(zhì)、參數(shù)，傳熱、傳質(zhì)和煤氣發(fā)生副產(chǎn)汽，熱煤氣廢鍋產(chǎn)汽的蒸汽匯合點匹配優(yōu)化和其它余熱回收系統(tǒng)等綜合優(yōu)化，才能達到經(jīng)濟目的，因而比常規(guī)聯(lián)合循環(huán)蒸汽系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化要復雜得多。 (8)聯(lián)合循環(huán)底部蒸汽輪機，為了充分利用燃機排氣余熱，一般不采用從汽輪機中抽汽回熱給水，不謾給水回熱加熱器，其凝結(jié)水的預(yù)熱和除氧多在HRSG的給水加熱系統(tǒng)（省煤器和低壓蒸發(fā)器產(chǎn)汽加熱除氧）中完成。 (7) HRSG設(shè)計成滑壓運行 為了充分利用燃氣輪機頂部循環(huán)的排氣余熱和使汽輪機后幾級蒸汽濕度不至太高，并盡量增加HRSG的產(chǎn)汽量，提高汽輪機在部分負荷時的效率，一般設(shè)計成滑壓運行方式，即HRSG出口蒸汽參數(shù)將隨燃機負荷變化而變化。一般單壓無再熱余熱鍋爐初壓不宜過高，多采用中壓至次高壓(～6. OMPa)。 (6)當新汽溫度一定時，蒸汽壓力的提高，朗肯循環(huán)效率提高，對汽輪機而言，因通流部分漏損和終濕度增大，內(nèi)效率則降低，由于受到節(jié)點溫差△Tp限制，壓力越高，排煙溫度越高則余熱鍋爐效率越低，所以應(yīng)優(yōu)化配置。如Tg4538℃，一般不用再熱循環(huán)方案，但可以是多壓的循環(huán)型式，以回收更多的余熱，當538 ℃ Tg4590℃時，多采用超高壓蒸汽參數(shù)的雙壓再熱循環(huán)方案來提高蒸汽循環(huán)熱效率，Tg4 590℃時則更多采用超高壓超臨界參數(shù)的多壓再熱循環(huán)方案，進一步提高蒸汽循環(huán)熱效率。在設(shè)計時，多根據(jù)燃氣輪機排氣參數(shù)Tg4。只有當下部循環(huán)為避免燃機功率變化和滿足新蒸汽參數(shù)要求以保證汽輪機安全發(fā)電等需要時，才采用補燃，此時稱它為補燃HRSG。 HRSG（常規(guī)聯(lián)合循環(huán)）通常只利用燃機排氣余熱產(chǎn)汽，不再補加新燃料燃燒提高煙氣溫度與流量，這時稱它為不補燃HRSG。對于高壓比低溫的燃氣輪機，其排氣溫度較低，與其相配的HRSG通常不產(chǎn)生蒸汽而是加熱給水（供熱），稱之為余熱熱水鍋爐。 同時，燃機排氣的流速和溫度極不均勻，其大流量、高流速和高湍流度氣動熱力特性對傳熱是有利的，但也會引起一些其它問題：如煙道擋板和傳熱構(gòu)件的振動、燃氣偏流和傳熱不均、煙道及擋板等熱部件的磨損、熱變形等。所以，應(yīng)經(jīng)技術(shù)分析而定。飽和汽溫與燃機排氣最小點稱節(jié)點溫差△Ts，節(jié)點溫差是設(shè)計HRSG的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)。水在省煤器中升溫至接近飽和汽化溫度之差，稱接近點溫差△瓦（非沸騰省煤器）。而且排氣隨燃機負荷變化而變化。因此，要保持HRSG無輻射受熱面，僅有對流受熱面結(jié)構(gòu)簡單的型式。 HRSG的主要特性 HRSG與常規(guī)火電鍋爐有很大差別，其主要特點有： (l)主熱源 燃機排氣余熱為其主熱源，一般溫度為500—600℃的中溫且大流量(40～150t/h)。一般來說，補燃會使效率稍有降低但可保證汽機的可靠性和調(diào)節(jié)靈活性。 按HRSG補燃與不補燃分 (l)補燃HRSG燃機低負荷時，余熱量降低，為保證無再熱汽機低壓缸末級濕度不超出13%以防止侵蝕，保證安全與出力，在HRSG人口煙道上增設(shè)補燃器補加燃料，提高煙氣溫度與熱能，提高蒸汽溫度與流量。 (2)多壓有再熱的蒸汽循環(huán) 當燃氣輪機在額定功率下排氣溫度大于538℃時，多采用多壓有再熱的蒸汽循環(huán)，其目的提高底部循環(huán)的熱效率和降低汽輪機末級葉片的蒸汽濕度。 所以兩種型式HRSG都有采用，臥式自然循環(huán)虛線右邊為汽水熱力系統(tǒng)部分技術(shù)條件較成熟，安全可靠性高些，機組容量較小的采用較多，而立式強制循環(huán)HRSG的技術(shù)難度高，強制循環(huán)泵在飽和水高溫條件下運行，但它的技術(shù)先進，占地少，多被新型大容量機組采用。 2)因水容量較少，起動時間與負荷應(yīng)答響應(yīng)性好。 ③垂直管束結(jié)垢比水平管束均勻、不易造成塑性變形和事故，同時也解決了因結(jié)垢而使HRSG性能下降的問題等。(3)臥式與立式HRSG的優(yōu)缺點 兩類HRSG各有其優(yōu)缺點和適應(yīng)性，一般認為臥式自然循環(huán)的優(yōu)點有： ①汽包容積較大，當功率變化使燃機排氣熱力波動時的適應(yīng)性和自平衡能力較強，熱流量不易超過臨界值因而操作較安全。在蒸發(fā)段借助循環(huán)泵把水壓入蒸發(fā)器管束，形成強制循環(huán)（圖5），水吸熱汽化后壓人汽包。它通常采用自然循環(huán)（圖3），靠水汽高度差從汽包經(jīng)下降管到下聯(lián)箱，經(jīng)蒸發(fā)管到上聯(lián)箱和上升管后進入汽包，自然流動，吸收熱量，使水變成蒸汽。通?？蓮钠浣Y(jié)構(gòu)、蒸汽參數(shù)和是否補燃方面來對HRSG進行分類。IGCC蒸汽系統(tǒng)的HRSG HRSG的分類 聯(lián)合循環(huán)中的HRSG受燃氣輪機排氣制約。為了提高煤的氣化轉(zhuǎn)換效率，致使高溫粗煤氣顯熱回收變得復雜：煤的氣化劑是蒸汽，除了氣化器的副產(chǎn)蒸汽外（接入水蒸氣系統(tǒng)），為保證氣化劑的安全供應(yīng)，仍由蒸汽系統(tǒng)供應(yīng)，水蒸氣系統(tǒng)變得龐大復雜，如圖1所示。它包括煤的預(yù)處理、空氣系統(tǒng)（空分）、煤氣化、煤氣凈化與處理過程中的顯熱余熱回收利用和燃機排氣底部循環(huán)熱功轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本文所介紹的幾種脫硫方法及硫回收工藝均適用于IGCC粗煤氣的凈化，具體選擇還應(yīng)根據(jù)對產(chǎn)品氣的品質(zhì)和環(huán)保要求，綜合投資及運行經(jīng)濟性比較進行選擇。各種濕法脫硫方式的目的僅在于將H2S氣體富集，形成高濃度的富含H2S氣體的酸性氣。 冷卻水消耗低 252。 硫被回收為商品級的濃硫酸252。其工藝專有催化劑VKWSA，用于將SO2轉(zhuǎn)化為SO3 A. WSA濕法硫酸工藝流程 脫硫系統(tǒng)B. WSA濕法硫酸工藝化學反應(yīng) WSA濕法硫酸工藝特點： 252。沒有被吸收掉的殘氣自吸收塔排出至焚燒爐中焚燒。 (2)環(huán)丁砜濕法脫硫的特點： a. 物理－化學吸收過程 b. 對H2S和CO2的選擇性比較好 c. 與低溫甲醇洗相比，無需冷凍單元 d. 對COS吸收能力強，無需水解單元 e. 熔劑濃度高，硫容量大，能耗低 f. 砜胺溶液是良好的溶劑，會溶解管、閥和設(shè)備的密封材料 硫回收及尾氣處理濕法脫硫系統(tǒng)所富集起來的酸性氣送往硫回收系統(tǒng)進行處理。H CO3 該反應(yīng)強烈地依賴于溫度和壓力。 (1)溶劑性質(zhì)：環(huán)丁砜（sulfolane），學名二氧化四氫噻吩，分子式C4H8SO2，沸點285℃；環(huán)丁砜是硫化物（如H2S、COS、CS2）極好的物理吸收溶劑，對CO重烴、芳香烴的吸收能力較低；環(huán)丁砜溶液中含有約20％～30％的乙醇胺，乙醇胺與硫化氫反應(yīng)可生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物， 化學反應(yīng)方程式：二乙丙醇胺（用R2NH表示） R2NH＋H2S ? R2NH2 （2） Selexol（NHD）流程圖（3）Selexol（NHD）濕法脫硫的特點： a． 物理吸收過程，酸性氣體雜質(zhì)被熔劑吸收 b． 對H2S和CO2的選擇性比較好，無需冷凍單元 d．對COS吸收能力強，無需水解單元e．揮發(fā)性小，不需加裝反洗裝置回收熔劑 f．無毒無腐蝕，設(shè)備可采用碳鋼材料g．熔劑市場上大量供應(yīng)，容易采購 （Sulfinol） 環(huán)丁砜法（Sulfinol）屬物理化學吸收法。（NMP）濕法脫硫的特點： a. 物理吸收過程，酸性氣體雜質(zhì)被熔劑b. 對H2S和CO2的選擇性比較好 c. 與低溫甲醇洗相比，無需冷凍單元，產(chǎn)品氣中夾帶有痕量熔劑,需在吸收部加裝反洗裝置進行脫除 ，容易采購 4. Selexol（NHD） Selexol（NHD）屬物理吸收法，溶劑：Selexol（NHD），中文名：聚乙二醇二甲醚。（甲醇）吸收系數(shù)對比由圖表中可以看出，常溫下，NMP對H2S和CO2的溶解能力比甲醇要高，選擇性也要比甲醇好.(2) NMP（Purisol174。（NMP） 中文名：N－甲基吡咯烷酮(1) 溶劑性質(zhì)：分子式為C5H9NO，沸點206℃， ℃ ，閃點95 ℃，燃點245 ℃，氣化潛熱494KJ/kg；低毒，無腐蝕，火災(zāi)風險低；對H2S和CO2在常溫下有高的溶解性和選擇性；對COS有適當?shù)娜芙舛?；平均損耗： Purisol174。）屬物理吸收法。對于純IGCC發(fā)電廠來說，由于沒有后續(xù)的化學合成工藝，不需要特別高純度的凈化氣，無需采用造價高，運行費用高的低溫甲醇洗工藝。 178。 優(yōu)點：吸收能力大，溶液循環(huán)量小，能耗低；選擇性好，脫硫脫碳在同一個塔內(nèi)分段選擇性吸收，能同時脫除氣體中H2S、COS和CO2，尤其對COS的吸收能力強，并能回收高濃度的H2S和CO2；凈化度高，106并且相當穩(wěn)定。 再生條件： 吸收硫化物和CO2等酸性氣體后的甲醇，在減壓加熱條件下，解析出所溶解的氣體，使甲醇得以再生。吸收溫度一般應(yīng)選擇在70℃～20℃。 216。溶解度隨壓力的提高而增加，幾乎成直線的正比關(guān)系，而在減壓時被吸收的氣體即行放出。（2）根據(jù)甲醇的性質(zhì)決定了工藝的選擇216。 由上圖可見，常溫下甲醇的蒸汽分壓很大。此外，低溫甲醇洗還可以脫除合成氣中的輕質(zhì)油和HCN等。（1）溶劑的性質(zhì)：甲醇的分子式為 CH3OH，熔點－ ℃，℃， ℃ ，自燃點464 ℃ ；甲醇對COH2S等酸性氣體有較大的溶解能力，尤其是低溫下其溶解度更大；HNCO、CHNOx等氣體在甲醇中的溶解度很小，且溫度對他們的溶解度影響也不大。溶劑： Rectisol174。典型的濕法脫硫工藝有低溫甲醇洗法、環(huán)丁砜法、烷基醇胺法、NHD法 。濕法的特點是適合處理含硫量大或氣量大的場合，投資大，運行費用高。濕法脫硫利用液體將硫化物從粗煤氣中分離、富集，然后再氧化轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸。如CLAUS反應(yīng)的催化劑，在國內(nèi)曾使用天然鋁釩土、活性氧化鋁作為催化劑。高溫煤氣脫硫借助于可再生的單一或復合金屬氧化物與硫化氫或其他硫化物的反應(yīng)來完成，操作溫度在400℃ ～1200℃之間，與冷煤氣脫硫相比，不會浪費高溫煤氣中占總值10％～20％的顯熱，提高發(fā)電效率2％以上，但目前技術(shù)還未成熟，不能實現(xiàn)工業(yè)化。這些硫化物的存在不僅會污染環(huán)境，而且會直接對下游工藝及設(shè)備帶來危害，必須進行脫除。2． 濕法洗滌濕法洗滌系統(tǒng)包括文丘里洗滌塔、填充料床式洗滌塔，經(jīng)洗滌后，合成氣中固體含量不超過1mg/Nm3，并除去合成氣中的鹵化物、氨(NH3)及甲酸（HCOOH)。旋風分離器依靠粉塵的慣性離心力來完成，氣速一般為18～25m/s，能分離約90％的粉塵量。干法除塵除去大部分固體顆粒物，濕