【正文】 0%～20%進(jìn)行冷激（該點(diǎn)與Shell、Prenflo的循環(huán)沒氣冷激不同），此處的反應(yīng)溫度約1040℃，出口煤氣進(jìn)火管鍋爐回收熱量。這種爐型適合于生產(chǎn)燃料氣而不適合于生產(chǎn)合成氣。　共費(fèi)時(shí)16年，至1988年Shell煤技術(shù)運(yùn)用于荷蘭Buggenum IGCC電站。單爐日處理煤2000t。　爐襯為水冷壁（Membrame Wall），總重500t。煤氣攜帶煤灰總量的20%～30%沿氣化爐軸線向上運(yùn)動，在接近爐頂處通入循環(huán)煤氣激冷，激冷煤氣量約占生成煤氣量的60%～70%，煤器降溫至900℃，熔渣凝固，出氣化爐，沿斜管道向上進(jìn)入管式余熱鍋爐。粉煤由N2攜帶，密相輸送進(jìn)入噴嘴。氣化溫度為1500～1700℃?！hell煤氣化技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：采用干煤粉進(jìn)料，氧耗比水煤漿低15%；碳轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)99%，煤耗比水煤漿低8%；調(diào)解負(fù)荷方便，關(guān)閉一對噴嘴，符合則降低50%；爐襯為水冷壁，據(jù)稱其壽命為20年，噴嘴壽命為1年。迄今為止，世界上已投入運(yùn)行的4座250 MW以上的IGCC電站分別是美國的Wabash River( MW)和Tampa(250 MW)、荷蘭的Demkolec(253 MW)和西班牙的Puertollano(300 MW)。Destec和Texaco是水煤漿加壓氣化的主要代表，而Shell和Prenflo則是干粉進(jìn)料加壓噴流床氣化的主要代表。它們的運(yùn)行狀況直接影響著IGCC的可用率和可靠性，是IGCC電站最關(guān)鍵的技術(shù)之一。表1　　4種氣化爐的技術(shù)特點(diǎn)比較技　術(shù)　項(xiàng)　目TexacoDestec/DynergyShellPrenflo進(jìn)料方式濕法/水煤漿濕法/水煤漿干法/煤粉干法/煤粉反應(yīng)器形式噴流床噴流床噴流床噴流床氧氣純度/%95959585～95噴嘴/個(gè)13(+1)44噴嘴的壽命/h1 4401 440～2 160＞10 000待考檢氣化爐內(nèi)襯耐火磚耐火磚水冷壁+涂層水冷壁+涂層內(nèi)襯的壽命/a23＞10(待考驗(yàn))＞10(待考驗(yàn))冷煤氣效率/%71～7674～7880～8380～83碳轉(zhuǎn)化率/%96～9898＞98＞98單爐最大出力/2 200～2 4002 5002 0002 600示范電站的凈功率/MW最大容量氣化爐的最長運(yùn)行時(shí)間/h＞8 860＞7 500＞10 00040示范電站最長追續(xù)運(yùn)行時(shí)間/h720～1 000＞324＞2 00025示范電站的氣化爐可用率/%80～8590～95 (一開一備)95(待考驗(yàn))組成IGCC示范電站的效率/%設(shè)計(jì)值：(HHV)試驗(yàn)值：(HHV)設(shè)計(jì)值：(HHV)試驗(yàn)值：(HHV)43(LHV)(未公布試驗(yàn)值)45(LHV)(待試驗(yàn))組成的IGCC達(dá)到43%(LHV)效率的　可能性有可能(但必須改進(jìn)全熱回收)容易達(dá)到容易達(dá)到能達(dá)到存在的問題噴嘴、耐火磚壽命短，全熱回收系統(tǒng)和黑水處理系統(tǒng)尚待改進(jìn)噴嘴、耐火磚壽命短，黑水處理系統(tǒng)待改進(jìn)黑水系統(tǒng)待改進(jìn)供料系統(tǒng)待改進(jìn)是否氣化過類似于中國IGCC電站的煤種是否是否目前IGCC電站的造價(jià)低最低較高較高（三）煤氣凈化系統(tǒng)煤氣凈化：脫除煤氣中飛灰、焦油、萘、氨、硫化氫等雜質(zhì)的過程。2．煤氣凈化的目的和要求煤氣凈化的主要目的是為了滿足燃?xì)廨啓C(jī)和環(huán)保的要求，粗煤氣中含有的粉塵、H2S、COS、鹵化物、NH堿金屬及焦油等雜質(zhì)，不但污染環(huán)境，而且對燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐等主要設(shè)備有強(qiáng)的磨損和腐蝕作用z了使IGCC機(jī)組正常運(yùn)行并達(dá)到較高的可靠性，必須在煤氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，對其進(jìn)行凈化處理。一般要求是0～10－1～10um的粉塵含量應(yīng)小于（～）10－大于10um的粉塵顆粒應(yīng)全部除去。3．煤氣凈化的主要流程IGCC電站煤氣除塵IGCC電站除塵通常包括兩部分，干法除塵和濕法洗滌。 1． 干法除塵干法除塵主要采用旋風(fēng)分離器和高溫高壓陶瓷管過濾器串聯(lián)方式來完成。高溫高壓陶瓷管過濾器原理與布袋除塵器相同，采用特殊陶瓷材料做為濾件，經(jīng)過濾后，煤氣中含塵量不超過20mg/Nm3，最低可達(dá)到1－2 mg/Nm3。IGCC電站煤氣脫硫的幾種方法及特點(diǎn)以煤為原料進(jìn)化所產(chǎn)生的粗煤氣，其中所含的硫化物可分為無機(jī)硫和有機(jī)硫，無機(jī)硫主要是H2S，而有機(jī)硫一般為小分子量的COS、CS2和大分子量的硫醇 、硫醚和噻吩等組成。煤氣脫硫的方法主要有高溫煤氣脫硫、干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫利用吸附劑和/或催化劑將硫化物直接脫除或轉(zhuǎn)化后再脫除，按脫硫劑種類可分為鐵系脫硫劑、活性炭系脫硫劑、鋁系有機(jī)硫水解催化劑、鋅系脫硫劑和分子篩系脫硫劑。干法的特點(diǎn)是脫硫精度高，投資低，運(yùn)行費(fèi)用低，幾乎沒有動力消耗，適合進(jìn)口濃度低和處理氣體量少的脫硫要求。從所用溶劑的不同，又可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和物理化學(xué)法等。 IGCC電廠產(chǎn)氣量大，含硫量高，通常采用濕法脫硫。低溫甲醇洗屬物理吸收法。 中文 甲醇。因而通過溫度和其他工藝參數(shù)的改變，甲醇能從原料氣中選擇性吸收H2S、COS和CO2。 酸性氣體在甲醇中的溶解度隨著溫度的降低而增大，尤其是從30℃降到60℃以下時(shí)，溶解度急劇增加。為了減少操作中的溶劑損失，工藝上也應(yīng)選擇低溫吸收。 壓力的選擇： 升高壓力，可以增加硫化物在甲醇中的溶解度。硫化氫在甲醇中的溶解度比二氧化碳還要大，吸收的速度更快，因此可以采用分段吸收和再生的方法來得到高濃度的硫化氫和二氧化碳。 溫度的選擇： 酸性氣體在甲醇中的溶解度隨著溫度的降低而增大，尤其是從30℃降到60℃以下時(shí)，溶解度急劇增加，為減少操作中甲醇損失，應(yīng)采用低溫吸收。216。（3）低溫甲醇洗工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：178。即使生產(chǎn)工況有所波動，凈化氣質(zhì)量仍能保證；操作彈性大：實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，凈化裝置能在30％～110％的范圍內(nèi)操作；吸收過程無副反應(yīng)，溶劑不起泡，不腐蝕設(shè)備。 缺點(diǎn)：甲醇有毒，對工藝、管道、設(shè)備、閥門等的密閉性要求較嚴(yán)；由于在低溫下（30℃～60℃）操作，需要用耐低溫的鋼材；甲醇容易揮發(fā)，故溶劑的蒸發(fā)損失量較大，～ 最后，低溫甲醇洗凈化程度很高，但甲醇有毒，且流程比較復(fù)雜，吸收過程必須在低溫下進(jìn)行，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。NMP（Purisol174。溶劑： Purisol174。（NMP）與Rectisol174。）典型工藝流程圖(3) Purisol174。（1） 溶劑性質(zhì)：分子式為CH3O(C2H4O)nCH3，其中 n 為3～9，冰點(diǎn)22～29℃ ,燃點(diǎn)157℃；對二氧化碳、硫化氫吸收能力強(qiáng)，選擇性好；對有機(jī)硫吸收能力強(qiáng) ；蒸氣壓低，揮發(fā)性小，不需加裝反洗裝置回收熔劑；無毒無腐蝕無臭味；具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。溶劑：環(huán)丁砜（二氧四氫噻吩）和烷基醇胺（一乙醇胺或二乙丙醇胺）的混合液作為吸收劑。HS R2NH＋CO2+ H2O ? R2NH2溫度降低、壓力升高，反應(yīng)向右進(jìn)行并放出熱量；溫度升高、壓力降低時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，溶液中的胺鹽分解，放出硫化氫，溶液恢復(fù)吸收能力。硫回收按最終產(chǎn)品分類可分為：硫磺回收，一般采用CLAUS工藝；硫酸回收，采用WSA濕法硫酸工藝 克勞斯硫回收裝置包括下列單元 （1） 富氧克勞斯單元 燃燒爐中的化學(xué)反應(yīng)：H2S+3/2O2=SO2+H2O 克勞斯化學(xué)反應(yīng)：2H2S+SO2=3S+2H2O （2） 尾氣回收單元 加氫反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)： SO2+3H2＝H2S+2H2O COS+H2O＝H2S+CO2 CS2+2H2O＝2H2S+CO2 所生成的含硫化氫氣體在尾氣回收單元中的吸收塔和再生塔中被吸收富集后，返送會克勞斯單元中再次處理。 （3）WSA濕法硫酸回收 WSA濕法硫酸工藝是丹麥托普索公司于上世紀(jì)八十年代開始研發(fā)并工業(yè)應(yīng)用的濕法催化工藝，最終產(chǎn)品為硫酸。 硫化物回收率超過99％252。 處理各種硫化物，H2S濃度沒有限制，低至小于1％高至大于90％ 252。 沒有廢水、廢固等二次污染物的產(chǎn)生、排放結(jié)論：IGCC電廠與常規(guī)燃煤電廠煙氣凈化的最根本區(qū)別在于IGCC電廠在燃燒前凈化，處理氣量要比常規(guī)電廠煙氣量小很多，硫的污染物以H2S氣體形式存在。在硫回收及尾氣處理單元中，將富含H2S氣體的酸性氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成單質(zhì)硫或硫酸。 （四）空分裝置與空氣側(cè)系統(tǒng)整體化IGCC系統(tǒng)主要由空氣分離系統(tǒng)(簡稱空分系統(tǒng))、氣化系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、燃機(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐和汽輪機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成．這些系統(tǒng)互相影響，可以形成不同的組合．其中有部分研究集中于IGCC系統(tǒng)中空分系統(tǒng)是否應(yīng)該與燃?xì)廨啓C(jī)整體化，以及整體化對系統(tǒng)效率所產(chǎn)生的影響．主要體現(xiàn)為兩種典型的空分系統(tǒng)工藝流程：一是中壓的完全整體化系統(tǒng)，即空分系統(tǒng)所需壓縮空氣完全由燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)提供；二是低壓的獨(dú)立空分系統(tǒng)．有文獻(xiàn)認(rèn)為：采用完全整體化空分的IGCC系統(tǒng)效率高的主要原因是燃?xì)廨啓C(jī)的大型軸流式壓氣機(jī)的效率高，如果與空分耦合起來，可以提高系統(tǒng)效率，只是因?yàn)檎w化IGCC運(yùn)行的靈活度下降，故行業(yè)中對空分與燃?xì)廨啓C(jī)的“整體化度”的選擇有不同的看法．本文采用工業(yè)大型空氣分離器設(shè)備參數(shù)，從基本的熱力學(xué)過程人手，對采用整體化和獨(dú)立空氣分離器這2種做法的優(yōu)劣進(jìn)行計(jì)算分析和比較．其結(jié)果表明，在一定壓比范圍內(nèi)，整體化的做法對IGCC系統(tǒng)效率不會帶來好處．IGCC 系統(tǒng)中空氣分離器設(shè)備的選擇以往的低溫法空氣分離設(shè)備總是在盡可能接近當(dāng)?shù)丨h(huán)境壓力的低壓下實(shí)現(xiàn)氧、氮等產(chǎn)品的最終精餾分離，但不同行業(yè)對空氣分離器氧氣產(chǎn)品的壓力要求不同，例如冶金行業(yè)使用的氧氣設(shè)計(jì)壓力一般為3MPa，而化工行業(yè)使用的氧氣設(shè)計(jì)壓力為60～10 MPa，因此氧氣產(chǎn)品就出現(xiàn)在低壓下生產(chǎn)、在高壓下使用這種狀況，存在氧氣如何加壓的問題．由于對分離產(chǎn)品進(jìn)行升壓的位置不同，因而流程有部分差異，根據(jù)所選取的流程不同，空分設(shè)備可分為外壓縮流程和內(nèi)壓縮流程．外壓縮流程就是空分設(shè)備生產(chǎn)低壓氧氣，然后經(jīng)氧壓機(jī)加壓至所需壓力供給用戶，也稱之為常規(guī)空氣分離器．內(nèi)壓縮流程就是取消氧壓機(jī)，直接從空分設(shè)備的分餾塔生產(chǎn)出中高壓的氧氣供給用戶．該流程與常規(guī)外壓縮流程的主要區(qū)別在于，產(chǎn)品氧的供氧壓力是由液氧在冷箱內(nèi)經(jīng)液氧泵加壓達(dá)到，液氧在高壓板翅式換熱器與高壓空氣進(jìn)行熱交換從而汽化復(fù)熱．簡言之，內(nèi)壓縮流程是用液氧泵加上增壓機(jī)取代了外壓縮流程的氧壓機(jī)．由于內(nèi)壓縮流程不可逆性較大，因此其產(chǎn)品單位能耗高于外壓縮流程．筆者在下面的計(jì)算中，均以外壓縮流程為研究對象，同時(shí)考慮氧壓機(jī)、空壓機(jī)的耗能情況．1．1 空氣分離設(shè)備中的壓縮機(jī)效率在計(jì)算空分行業(yè)中氣體壓縮機(jī)(氧壓機(jī)、空壓機(jī)和氮壓機(jī))功耗時(shí)，由于壓縮過程采用間冷，工業(yè)上對功耗的計(jì)算方法是，通常按照等溫壓縮過程加以處理，得到理想功耗，再采用等溫壓縮效率作為因子，得到實(shí)際功耗，一般工業(yè)用低溫法空分設(shè)備中的壓縮機(jī)效率示于圖1．與空分設(shè)備中空壓機(jī)不同的是，燃機(jī)壓氣機(jī)一般不采用間冷，其壓縮過程在工業(yè)上通常處理為絕熱壓縮，實(shí)際壓縮功耗通過等熵效率來計(jì)算．空分空壓機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)這2種空氣壓縮機(jī)壓縮單位質(zhì)量空氣的壓縮功計(jì)算分別示于式(1)和式(2)．由于空氣分離器中空壓機(jī)的等溫效率約為74 ～76 ，而目前先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的等熵效率大約為88 ，所以從效率數(shù)值上來看，似乎燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)效率高、壓縮功耗少，因而據(jù)此認(rèn)為采用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)來替代空分空壓機(jī)，能減小功耗．實(shí)際上兩者的壓縮過程不同，壓縮效率的定義也不同，不能單純比較效率的表面數(shù)值的大?。畬GCC系統(tǒng)兩種空氣壓縮機(jī)壓縮單位質(zhì)量空氣功耗的比較見圖2，其中空氣進(jìn)口壓力均取0．1 MPa，出口壓力為1．4～1．9 MPa，等溫壓縮效率取72％，等熵壓縮效率取87 ．可以看出，空分空壓機(jī)壓縮單位質(zhì)量空氣的功耗較小，在出口壓力為1．4 MPa時(shí)，比燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)省功19 ．由圖1可知，空分空壓機(jī)的等溫壓縮效率隨著空分規(guī)模的增加而提高，這兩種壓縮功的大小差異將更為明顯．1．2 IGCC系統(tǒng)中獨(dú)立和整體化空氣分離器功耗的比較IGCC整體化具有的另外一個(gè)好處是可以減少氧氣，從而減少壓縮到氣化爐進(jìn)口壓力的壓縮功耗．在完全整體化時(shí)，空分的入口是來自燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的、具有較高壓力的壓縮空氣，采用中壓空分設(shè)備(此處稱為中壓，是按照空分行業(yè)設(shè)備分類的標(biāo)準(zhǔn)，部分關(guān)于IGCC的文獻(xiàn)稱為高壓空分 ，是相對于獨(dú)立的低壓空分而言)使空分氧氣與氮?dú)猱a(chǎn)品出口壓力提高到約0．6 MPa，當(dāng)該出口壓力升壓到氣化爐需要的壓力時(shí)，壓比降低，因而壓縮功耗減少．但是，相對于低壓空分而言，這部分獲得的好處是以將空氣壓縮到更高壓力進(jìn)行液化分離為代價(jià)的，“收益”與“付出”的關(guān)系到底如何?下面對空分與燃機(jī)非整體化(低壓空分)和整體化(中壓空分)2種情況進(jìn)行分析．非整體化時(shí)的流程為：用獨(dú)立驅(qū)動、帶問冷的空壓機(jī)將空氣壓縮到低壓空分的操作壓力(約為0．6 MPa)，得到出口壓力為1O0 kPa的氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品，然后再由相應(yīng)的壓縮機(jī)把氧氣和氮?dú)馍龎旱臍饣癄t操作壓力以上(3．5 MPa)．整體化時(shí)的流程為：采用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮(多數(shù)大型發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的壓縮比為1．4～1．9 MPa，此處取1．4 MPa)，將所得壓縮空氣冷卻后送入空分，由于這部分壓縮空氣壓力較高，因此空分設(shè)備應(yīng)采用中壓空分予以匹配，得到出口壓力為0．65 MPa的氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品．然后，再由相應(yīng)的壓縮機(jī)把氧氣和氮?dú)馍龎旱綒饣癄t操作壓力以上(3．5 MPa)．整體化流程中的空壓機(jī)功耗就是燃機(jī)壓氣機(jī)壓縮供給空分空氣消耗的功．單位質(zhì)量空氣壓縮功的計(jì)算示于式(1)和式(2)，單位質(zhì)量氧氣和輸煤氮?dú)鈮嚎s功的計(jì)算示于式(3)和(4)．單位質(zhì)量氧氣的壓縮功其中氧壓機(jī)、氮壓機(jī)和空壓機(jī)效率分別取0．60．72和0．76(針對處理煤量30