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【摘要】世界上建成并運(yùn)行的250MW及以上的IGCC電站是美國(guó)的WabashRiver和Tampa、荷蘭的Demkolec、西班牙的Puertollano。它們采用的煤氣化工藝分別是：Destec、Texaco、Shell和Prenflo加壓噴流床煤氣化工藝。綜合分析了這4種煤氣化工藝的設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及在IGCC電站中的應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】煤氣化工藝煤氣化循環(huán)發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)運(yùn)行分析

CoalGasificationTechnologyinFourLargeIGCCPowerPlantsAbroad

AbstractTherearefour250MWandaboveIGCCpowerplantsbuiltandputintooperationnowintheworld.TheyareU.S.WabashRiverandTampa,DutchDemkolecandSpainPuertollano.ThecoalgasificationprocessesemployedareDestec,Texaco,ShellandPrenflopressurizedjet-flowbedgasificationprocessrespectively.Thisarticlecomprehensivelyanalyzestheequipmenttechnicalfeatures,technicalandeconomicalindexesofthesefourkindsofcoalgasificationprocesses,aswellastheirapplicatiousinIGCCpowerplants.

Keywordscoalgasificationprocesscoalgasificationcombinedcyclepowergenerationtechnicalfeaturesoperationanalysis

迄今為止，世界上已投入運(yùn)行的4座250MW以上的IGCC電站分別是美國(guó)的WabashRiver(260.6MW)和Tampa(250MW)、荷蘭的Demkolec(253MW)和西班牙的Puertollano(300MW)。它們分別采用Destec、Texaco、Shell和Prenflo加壓噴流床煤氣化工藝。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。用于IGCC的4種煤氣化爐容量都達(dá)到2000t/d以上，都是這些氣化爐首次最大容量的工業(yè)應(yīng)用。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。了解這4種氣化爐的設(shè)備和技術(shù)特點(diǎn)及在IGCC電站中的運(yùn)行狀況，對(duì)我國(guó)IGCC電站選擇煤氣化工藝路線具有一定的參考價(jià)值。

1Texaco煤氣化工藝

1.1Texaco氣化工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)制漿系統(tǒng)。煤和水在常規(guī)的煤漿磨中被制成濃度通常是60%～68%的水煤漿，TampaIGCC電站的水煤漿設(shè)計(jì)濃度為68%。對(duì)于一些灰熔點(diǎn)較高的煤或者制漿困難的煤，經(jīng)常在煤漿磨中同時(shí)加入石灰石助熔劑或者煤漿添加劑，使得煤的灰熔點(diǎn)降低或者使煤漿均勻性提高。在煤漿磨的出口有一個(gè)筒形的篩子，合格的煤漿流入煤漿儲(chǔ)罐中，不合格的煤漿溢流到循環(huán)槽中被送回煤漿磨入口。在煤漿儲(chǔ)罐中設(shè)有一個(gè)攪拌器，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果加入一定量的水，使儲(chǔ)罐中的煤漿始終保持在一定濃度下的均勻狀態(tài)。氣化爐所需的煤漿量一般由2級(jí)隔膜泵從煤漿儲(chǔ)罐中抽取并加壓送入氣化爐噴嘴，在氣化爐入口的煤漿輸送管上設(shè)有2級(jí)流量檢測(cè)器，嚴(yán)格控制煤漿的流量，煤漿流量的調(diào)節(jié)全靠隔膜泵來控制。

(2)氣化爐和煤氣冷卻系統(tǒng)。水煤漿和95%純度的氧氣被同時(shí)送入氣化爐噴嘴，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)的溫度一般在1200～1500℃，氣化爐的壓力根據(jù)不同行業(yè)的需要可以是2.5～8.5MPa。TampaIGCC電站的氣化爐壓力為2.8～3.0MPa，氣化區(qū)的溫度為1482℃。水、煤和氧氣在氣化爐中發(fā)生氣化反應(yīng)，主要生成CO、H2、CO2、H2O、CH4、H2S和N2，此外，還有少量的NH3、COS、HCN和飛灰。由于采用水煤漿進(jìn)料，煤氣中的H2O含量較高。

Tampa電站的Texaco氣化爐內(nèi)設(shè)耐火磚(一般為4層)，內(nèi)徑約4.0m，高約3.0m。氣化反應(yīng)的速度很快，粗煤氣在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間一般在2～3s。熱煤氣離開氣化爐進(jìn)入特殊設(shè)計(jì)的輻射式冷卻器，使熱煤氣的溫度降低至700℃，同時(shí)使熱煤氣中的熔融態(tài)渣凝固。冷卻后的粗煤氣進(jìn)入對(duì)流式冷卻器中被進(jìn)一步冷卻到480℃。煤氣中的顯熱在2級(jí)冷卻器中得到回收，產(chǎn)生10.4MPa的高壓飽和蒸汽。氣化爐與輻射式冷卻器做成一體，外徑約5m，高約39m，總重約900t，氣化爐安裝標(biāo)高約106.75m。

(3)排渣和黑水處理系統(tǒng)。氣化爐內(nèi)的熔渣經(jīng)輻射式冷卻器后冷卻凝固成玻璃狀的渣進(jìn)入充滿水的鎖斗系統(tǒng)，鎖斗上下部各有2級(jí)閥門控制渣進(jìn)入和排出。從壓力鎖斗排出的渣落入粗渣糟中，粗渣被分離出來，進(jìn)一步處理或直接銷售。細(xì)渣和水一起被抽入一個(gè)細(xì)灰沉降槽中進(jìn)行重力沉降或過濾，使水和細(xì)渣分離。從洗滌器出來含灰的水也進(jìn)入沉渣槽中，使含碳的飛灰與水分離，從沉渣糟中溢流出來的水一般含非常少量的細(xì)灰，它被再循環(huán)至水洗滌器人口作為洗滌器用水，多余的水送回煤漿制備系統(tǒng)。從沉渣槽底部流出的細(xì)灰進(jìn)入一個(gè)壓濾機(jī)中，將細(xì)灰制成細(xì)灰餅。Tampa電站采用了將細(xì)灰再循環(huán)至煤漿磨的工藝，目的是為了提高碳的轉(zhuǎn)化率。

1.2Texaco氣化工藝的性能和運(yùn)行指標(biāo)分析

Texaco氣化工藝的性能特點(diǎn)：

(1)與干法進(jìn)料相比，水煤漿進(jìn)料系統(tǒng)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、安全可靠、操作靈活、制漿系統(tǒng)的廠用電較小，無煤粉爆炸危險(xiǎn)性，制漿系統(tǒng)無粉塵排放。煤不必進(jìn)行干燥處理，可直接進(jìn)入制漿系統(tǒng)。此外，水煤漿進(jìn)料可處理不同物料(煤、石油焦、其它廢料)，進(jìn)料種類靈活。此外，使用水煤漿進(jìn)料，氣化爐可以在更高的壓力下運(yùn)行(2.5～8.5MPa)，這對(duì)一些化工過程非常必要。

(2)氣化爐采用單噴嘴運(yùn)行，所有的氣化物料都從一個(gè)噴嘴噴入，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于局部熱負(fù)荷較高，流量較大，不可避免地會(huì)發(fā)生過熱損壞或磨損問題。到目前為止，Texaco氣化爐噴嘴的最長(zhǎng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間僅3個(gè)月就需要進(jìn)行檢修更換。

(3)Texaco氣化爐內(nèi)設(shè)耐火磚，沒有水冷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，初投資較小。但由于爐內(nèi)溫度較高，加之磨損和腐蝕，目前Texaco氣化爐向火側(cè)的耐火磚最長(zhǎng)壽命僅2a，靠近爐壁的耐火磚壽命為5～10a。

(4)全廠的灰水可綜合利用，除去大渣和細(xì)灰的水也在制漿系統(tǒng)中循環(huán)使用。

(5)由于煤氣在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間短，Texaco氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率較低，一般在96%～98%。由于水煤漿的水分含量大，氣化過程的O/C比較高，耗氧量大，而且煤氣中的水分含量也較高。與干法進(jìn)料相比，冷煤氣效率較低，熱回收系統(tǒng)復(fù)雜。

(6)與其它氣化爐相比，Texaco氣化爐大容量商業(yè)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和經(jīng)驗(yàn)更豐富。

(7)Tampa電站Texaco氣化爐可用率1996年可達(dá)到57%，1997年達(dá)到78%。1998年的目標(biāo)是85%，根據(jù)電廠介紹此目標(biāo)可望達(dá)到。

1.3TampaIGCC電站中Texaco氣化爐曾出現(xiàn)的主要問題及解決辦法

(1)排渣鎖斗堵塞。后通過調(diào)整運(yùn)行工況及改動(dòng)部分管道基本得到解決。

(2)輻射廢熱鍋爐和對(duì)流廢熱鍋爐的泄漏問題。主要原因可能是由于高溫腐蝕，改進(jìn)的方法是：采取保護(hù)措施，改善氣化爐的運(yùn)行狀況。對(duì)流廢熱鍋爐也曾出現(xiàn)管壁泄漏和積灰堵塞問題。改進(jìn)的方法是：組織好氣化爐的運(yùn)行工況，加強(qiáng)檢查和吹灰。

(3)黑水和灰水系統(tǒng)的磨損問題。目前的辦法是更換耐磨材料、改變管路結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)細(xì)灰的分離，但不能徹底解決。

(4)當(dāng)煤種有變化時(shí)，氣化爐最不適應(yīng)的就是排渣鎖斗系統(tǒng)和細(xì)灰分離系統(tǒng)，容易發(fā)生堵塞。目前的辦法是控制運(yùn)行參數(shù)，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，改善鎖斗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)承受能力。

(5)位于對(duì)流煤氣冷卻器后的4個(gè)氣-氣熱交換器(2個(gè)粗煤氣與凈煤氣，2個(gè)N2與粗煤氣)曾出現(xiàn)積灰堵塞和腐蝕問題，造成管子泄漏，導(dǎo)致灰塵進(jìn)入潔凈煤氣中，使燃?xì)廨啓C(jī)葉片嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)在氮?dú)夂兔簹馔ㄍ細(xì)廨啓C(jī)的Y形濾網(wǎng)也發(fā)現(xiàn)裂紋。主要原因有：設(shè)計(jì)的氣-氣熱交換器入口煤氣溫度偏低、熱交換器的管徑偏小及停機(jī)時(shí)泄漏的水的腐蝕(氯離子腐蝕)等。目前尚無好的解決辦法，不得已取消了這4個(gè)氣-氣熱交換器，改用蒸汽預(yù)熱凈煤氣，這使全廠的凈效率下降1.5個(gè)百分點(diǎn)。

2Destec煤氣化工藝

2.1Destec煤氣化工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Destec氣化爐是2段氧氣氣化、連續(xù)排渣、內(nèi)設(shè)耐火磚的煤氣化工藝。80%的水煤漿(濃度為67%)和純氧(純度為95%)混合后噴入氣化爐第1段，在第1段除對(duì)稱布置2個(gè)水煤漿噴嘴外，在第1段的頂部還有一個(gè)從除塵器回來的飛灰再循環(huán)噴嘴。第1段的氣化溫度為1371～1427℃，氣化壓力為2.76MPa。經(jīng)過第1段反應(yīng)產(chǎn)生的粗煤氣進(jìn)入第2段氣化區(qū)。第2段氣化是一個(gè)垂直的內(nèi)設(shè)耐火磚的壓力容器，20%的水煤漿從第2段噴嘴噴入，與粗煤氣混合并發(fā)生蒸餾、裂解和氣化反應(yīng)，使粗煤氣的熱值進(jìn)一步增加，而溫度降低。在氣化爐頂部的出口，煤氣溫度約為1038℃，故只需要設(shè)置對(duì)流式煤氣冷卻器。WabashRiverIGCC電站安裝了2臺(tái)100%負(fù)荷的氣化爐，1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，煤氣冷卻器只有1套。該電廠的煤氣冷卻器之前有1根與氣化爐高度相當(dāng)?shù)膶?dǎo)流圓筒，垂直布置，內(nèi)設(shè)耐火材料。從導(dǎo)流筒出來的煤氣進(jìn)入對(duì)流式煤氣冷卻器，熱煤氣在管內(nèi)流動(dòng)，水在管外流動(dòng)，產(chǎn)生11.03MPa壓力的飽和蒸汽，流量約90.7～113.4kg/h，這部分蒸汽再進(jìn)入余熱鍋爐過熱。煤氣被冷卻到371℃，然后進(jìn)入煤氣除塵和脫硫系統(tǒng)。該電廠的煤氣冷卻器直徑約3m。

Destec煤氣化工藝的水煤漿制備和黑水處理系統(tǒng)與Texaco工藝基本相似。

2.2Destec煤氣化工藝的性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

(1)截止1997年底，在WabashRiver電廠也已累計(jì)運(yùn)行4656h，氣化了469220t煤，氣化爐的最大負(fù)荷可達(dá)到100%～103%，氣化爐最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)可達(dá)到362h，冷煤氣效率可達(dá)到71%～74%。氣化爐的可用率1996年為84%，1997年達(dá)到98%，1998年也達(dá)到96%。當(dāng)然，這是當(dāng)氣化爐1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用情況下的數(shù)據(jù)，單臺(tái)運(yùn)行時(shí)，尚不能達(dá)到如此高的可用率。氣化爐的噴嘴壽命一般為2～3個(gè)月，耐火磚壽命一般為2～3a，2段耐火磚壽命更長(zhǎng)。

(2)Destec氣化爐采用2段氣化，提高了煤氣的熱值，降低了氧耗，并使煤氣的出口溫度降低，省去了龐大而昂貴的輻射廢熱鍋爐，使氣化爐的造價(jià)降低。而煤氣熱值的提高，也有利于提高IGCC電站的總效率。Desetc氣化爐的煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下熱值約10425.5kJ/m3，而Texaco煤氣熱值一般為8563.8kJ/m3。

(3)采用的火管式對(duì)流冷卻器造價(jià)和安裝費(fèi)用較低，檢修和清洗方便。

(4)Destec氣化爐采用壓力螺旋式連續(xù)排渣系統(tǒng)，泄壓和碎渣設(shè)備的造價(jià)較低。

2.3WabashRiverIGCC電站中Destec氣化爐曾出現(xiàn)過的主要問題及解決辦法

(1)曾出現(xiàn)過2次連續(xù)排渣口堵塞現(xiàn)象。這是由于水煤漿中的粗大顆粒較多，使水煤漿供給波動(dòng)，導(dǎo)致氣化不穩(wěn)定而堵塞。解決的辦法：嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行操作規(guī)程，控制水煤漿質(zhì)量，保證氣化過程穩(wěn)定。

(2)煤氣冷卻器入口管道的灰渣沉積，限制了機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。主要措施是改進(jìn)了對(duì)流冷卻器前煤氣管道的尺寸、形狀，使煤氣流速提高，減輕管道中大塊沉積物的形成，從而避免了這些大塊沉積物隨氣流進(jìn)入煤氣冷卻器，并嚴(yán)格控制氣化爐操作溫度。為了更保險(xiǎn)，在煤氣冷卻器入口管道上裝有濾網(wǎng)，防止有較大的沉積物進(jìn)入煤氣冷卻器。

3Shell煤氣化工藝

3.1Shell煤氣化工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)煤粉制備和送料系統(tǒng)。Shell煤氣化工藝采用干煤粉進(jìn)料系統(tǒng)。原煤的干燥和磨煤系統(tǒng)與常規(guī)電站基本相同，但送料系統(tǒng)是高壓的N2氣濃相輸送。與水煤漿不同，整個(gè)系統(tǒng)必須采取防爆措施。經(jīng)預(yù)破碎后進(jìn)入煤的干燥系統(tǒng)，使煤中的水分小于2%，然后進(jìn)入磨煤機(jī)中被制成煤粉。對(duì)煙煤，煤粉細(xì)度R90一般為20%～30%，磨煤機(jī)是在常壓下運(yùn)行，制成粉后用N2氣送入煤粉倉(cāng)中。然后進(jìn)入2級(jí)加壓鎖斗系統(tǒng)。再用高壓N2氣，以較高的固氣比將煤粉送至4個(gè)氣化爐噴嘴，煤粉在噴嘴里與氧氣(95%純度)混合并與蒸汽一起進(jìn)入氣化爐反應(yīng)。

(2)氣化爐。由對(duì)稱布置的4個(gè)燃燒器噴入的煤粉、氧氣和蒸汽的混合物，在氣化爐內(nèi)迅速發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化爐溫度維持在1400～1600℃，這個(gè)溫度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到氣化爐底部，經(jīng)淬冷后，變成一種玻璃態(tài)不可浸出的渣排出。

粗煤氣隨氣流上升到氣化爐出口，經(jīng)過一個(gè)過渡段，用除塵后的低溫粗煤氣(150℃左右)使高溫?zé)崦簹饧崩涞?00℃，然后進(jìn)入對(duì)流式煤氣冷卻器。在有一定傾角的過渡段中，由于熱煤氣被驟冷，所含的大部分熔融態(tài)灰渣凝固后落入氣化爐底部。

Shell氣化爐的壓力殼內(nèi)布置垂直管膜式水冷壁，產(chǎn)生4.0MPa的中壓蒸汽。向火側(cè)有一層很薄的耐火涂層，當(dāng)熔融態(tài)渣在上面流動(dòng)時(shí)，起到保護(hù)水冷壁的作用。DemkolecIGCC電站的氣化爐直徑約5～6m，高約50多m，標(biāo)高達(dá)到60多m。氣化爐的運(yùn)行壓力約2.6～2.8MPa。

(3)煤氣冷卻器。粗熱煤氣在煤氣冷卻器中被進(jìn)一步冷卻到250℃左右。低溫冷卻段產(chǎn)生4.0MPa的中壓蒸汽，這部分蒸汽與氣化爐產(chǎn)生的中壓蒸汽混合后，再與汽輪機(jī)高壓缸排汽一起再熱成中壓再熱蒸汽。高溫冷卻段產(chǎn)生13MPa的高壓蒸汽，它與余熱鍋爐里的高壓蒸汽一起過熱成主蒸汽。

Demkolec電廠的煤氣冷卻器直徑約4m，高約64m，冷卻器頂部標(biāo)高約74.5m，是氣化島的最高點(diǎn)。冷卻器的壓力外殼里布置有8層螺旋管圈，上下共分成5段，熱煤氣由上而下在螺旋管外流動(dòng)與螺旋管內(nèi)的水換熱。每一層螺旋管圈都有一個(gè)氣動(dòng)錘振打清除積灰。

由于Shell氣化爐組成的IGCC系統(tǒng)采用的是干法除塵，所以，它的黑水和灰水處理系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但其主要的流程與Texaco相似，在此不再贅述。

3.2Shell煤氣化工藝的性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

(1)Shell氣化爐的煤氣中CO和H2含量遠(yuǎn)大于Texaco煤氣，而CO2和H2O卻遠(yuǎn)小于Texaco煤氣。由于可燃?xì)獬煞州^高，其冷煤氣效率較高(約80%～83%)，組成的IGCC電站發(fā)電效率也較高(43%LHV)。而水煤漿進(jìn)料的冷煤氣效率一般僅為74%～77%。組成的IGCC效率也較低(41%LHV)。

(2)由于煤氣中水分含量較少(2.0%)，Shell氣化爐組成的IGCC因常溫凈化而損失的熱煤氣能量較小，而水煤漿進(jìn)料的煤氣中一般都含有16.8%左右的水分，那么當(dāng)熱煤氣冷卻到常溫時(shí)，必然損失大量的顯熱和潛熱。水煤漿進(jìn)料氣化工藝對(duì)高溫凈化的需求更迫切。

(3)Shell氣化爐的噴嘴和水冷壁壽命較長(zhǎng)，在Demkolec電站累計(jì)運(yùn)行10000h以上未見損壞，氣化爐的可用率已達(dá)到95%。

(4)由于采用干法進(jìn)料，氣化過程的氧耗比水煤漿進(jìn)料少，煤氣中的CO2含量也遠(yuǎn)小于水煤漿進(jìn)料的煤氣。對(duì)于相同容量的氣化爐，Shell氣化所需的空分站可小于15%～25%。

(5)采用干灰再循環(huán)，提高了碳的轉(zhuǎn)化率(可達(dá)到99%)。

(6)干法進(jìn)料系統(tǒng)與水煤漿相比要復(fù)雜得多，操作和保護(hù)也要嚴(yán)格得多。進(jìn)料系統(tǒng)的防爆和防泄漏問題十分關(guān)鍵。進(jìn)料系統(tǒng)的占地和造價(jià)比水煤漿大。此外，干法進(jìn)料系統(tǒng)的粉塵排放遠(yuǎn)大于水煤漿進(jìn)料系統(tǒng)。

(7)由于Shell氣化爐采用4個(gè)(或更多)噴嘴運(yùn)行，易于在低負(fù)荷和高負(fù)荷下運(yùn)行，操作的靈活性大，實(shí)現(xiàn)大型化的可能性大。據(jù)介紹，Shell氣化爐的最低負(fù)荷可達(dá)到25%，即一個(gè)噴嘴運(yùn)行。

(8)Shell氣化爐運(yùn)行過程中最重要的控制參數(shù)如下：氣化爐出口溫度；合成氣冷卻器進(jìn)口溫度；煤氣成分；蒸汽的參數(shù)(流量、溫度、壓力)；爐渣的排出量及外觀狀況。

(9)氣化爐的變負(fù)荷率每分鐘大于5%，IGCC的變負(fù)荷率每分鐘接近3%。

3.3DemkolecIGCC電站中shell氣化爐曾出現(xiàn)過的問題及解決辦法

在Demkolec電站運(yùn)行中，Shell氣化爐及其輔助系統(tǒng)的運(yùn)行基本正常，可用率也較高。在運(yùn)行初期出現(xiàn)過以下問題：(1)排渣的鎖斗堵塞；(2)細(xì)微爐渣影響黑水處理系統(tǒng)。上述2個(gè)與氣化工藝有關(guān)問題的原因及解決辦法與前文相同，在此不再贅述。

4Prenflo煤氣化工藝

4.1Prenflo氣化工藝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)制粉和輸送系統(tǒng)。與Shell煤氣化工藝的進(jìn)料系統(tǒng)相似，Prenflo氣化工藝也采用干法進(jìn)料系統(tǒng)。對(duì)制粉系統(tǒng)的要求是：對(duì)煙煤的煤粉細(xì)度R100為25%，且含水量小于2%(Wt)；對(duì)于褐煤要求煤粉細(xì)度R100為25%，且含水量小于6%(Wt)。

(2)氣化爐和煤氣冷卻器。Prenflo煤氣化爐有4個(gè)燃燒器，對(duì)稱布置，從給料系統(tǒng)送來的煤粉與氧氣(85%純度)和水蒸汽一起噴入汽化爐反應(yīng)區(qū)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)的溫度1500℃左右，焰心的溫度高達(dá)2000℃。煤氣中不含過高的碳?xì)浠衔?、焦油和酚。反?yīng)器區(qū)域的爐襯通過水冷壁來冷卻，同時(shí)可產(chǎn)生高壓飽和蒸汽，它與余熱鍋爐的高壓蒸汽相連。

從氣化反應(yīng)區(qū)排出的液態(tài)渣，在集渣器的水槽中冷卻并用碎渣機(jī)破碎大渣，經(jīng)過閘門式鎖斗排出，并與水分離，渣被送入渣場(chǎng)或銷售，水可循環(huán)使用。粗煤氣在下部的反應(yīng)區(qū)里形成后向上流動(dòng)，在進(jìn)入氣化爐上部的煤氣冷卻器之前，采用除塵后的冷煤氣對(duì)熱煤氣進(jìn)行急冷，目的是迫使熱煤氣帶來的熔融態(tài)灰渣凝固而落入氣化爐底部排渣口。被急冷的煤氣繼續(xù)上升進(jìn)入第1級(jí)煤氣冷卻器，煤氣先從冷卻器的中心圓筒上升至氣化爐頂部，然后折轉(zhuǎn)向下，從中心圓筒與爐壁間的環(huán)形對(duì)流冷卻區(qū)域從第1級(jí)冷卻器的底部(即氣化爐的腰部)離開進(jìn)入第2級(jí)對(duì)流冷卻器，第1級(jí)冷卻器的環(huán)形冷卻區(qū)布置有4層螺旋管換熱器，熱煤氣在管外流動(dòng)，水在管內(nèi)流動(dòng)，并產(chǎn)生高壓飽和蒸汽。這是Prenflo與Shell氣化爐的不同之處。

第2級(jí)冷卻器的結(jié)構(gòu)與Shell氣化工藝的對(duì)流冷卻器相似。內(nèi)部也是布置多層的螺旋盤管換熱管束，西班牙PuertollanoIGCC電站中的Prenflo爐第2級(jí)對(duì)流冷卻器螺旋盤管共6層，上下共分3組，熱煤氣經(jīng)過第2級(jí)冷卻器后，一般被冷卻到250℃左右，同時(shí)也能產(chǎn)生飽和蒸汽。

(3)除塵和飛灰再循環(huán)系統(tǒng)。冷卻后的粗煤氣經(jīng)一級(jí)干式除塵器(陶資過濾器或旋風(fēng)分離器使大部分飛灰被收集，經(jīng)鎖斗，用N2送回氣化爐，以提高碳的轉(zhuǎn)化率。粗煤氣再經(jīng)一級(jí)水洗滌器使煤氣中的灰塵含量小于1mg/m3，然后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。

4.2Prenflo氣化工藝的性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

(1)冷煤氣效率可達(dá)到80%～83%，氣化爐的總效率可達(dá)到95%。對(duì)美國(guó)Pittsburgh8號(hào)煤的試驗(yàn)結(jié)果證明85%純度的氧氣做為氣化劑，煤氣的熱值、碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率、總效率與95%純度的氧氣氣化相比相差不大。因此，Prenflo爐采用85%的純度的氧氣做為氣化劑。Prenflo氣化爐在小試驗(yàn)臺(tái)可達(dá)到每分鐘2%～15%的變負(fù)荷率，而此時(shí)煤氣中的CO2以及煤氣壓力幾乎不變。由于也采用4個(gè)燃燒器，當(dāng)50%負(fù)荷時(shí)，只用2個(gè)燃燒器可以很容易地操作。

(2)西班牙PuertollanoIGCC電站中Prnflo爐的運(yùn)行情況。1998年初開始用煤氣發(fā)電，迄今累計(jì)運(yùn)行198h，最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為25h，此時(shí)的負(fù)荷為80%。氣化爐在75%負(fù)荷下曾運(yùn)行了40h。截止1998年9月氣化爐乃至整個(gè)IGCC電廠沒有在100%負(fù)荷運(yùn)行的記錄。50%煤和50%石油焦混燒時(shí)的試驗(yàn)表明實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值非常接近。1998年7～8月機(jī)組大修，主要檢修Siemens的燃?xì)廨啓C(jī)。目前機(jī)組已重新啟動(dòng)。

4.3在Puertollano電站中Prenflo氣化爐曾出現(xiàn)過的主要問題及解決辦法

(1)壓力供料鎖斗下粉不暢。在2級(jí)鎖斗間有一根回流N2的管，由于管徑設(shè)計(jì)太小，使N2排氣不暢而導(dǎo)致煤粉下落不連續(xù)。解決的辦法是在回流管上增加了一個(gè)文丘利抽氣器，以提高N2回流的速度，從而使排氣暢通，煤粉下落連續(xù)而均勻。

(2)黑水和灰水處理系統(tǒng)的細(xì)渣過濾問題。與Demkolec和Tampa電站的問題類似，PuertollanoIGCC電站的氣化島也出現(xiàn)過因細(xì)渣太多，而導(dǎo)致黑水含渣量大，造成黑水系統(tǒng)磨損堵塞的問題，解決的辦法也是采取過濾的辦法將黑水中的細(xì)渣除去，即可解決此類問題。

54種氣化爐的綜合比較

4種氣化爐技術(shù)特點(diǎn)的綜合比較見表1。

表14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/h14401440～2160＞10000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/t.d-12200～2400250020002600

示范電站的凈功率/MW250.0260.6253.0300.0

最大容量氣化爐的最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間/h＞8860＞7500＞1000040

示范電站最長(zhǎng)追續(xù)運(yùn)行時(shí)間/h720～1000＞324＞200025

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：41.6(HHV)

試驗(yàn)值：38.5(HHV)設(shè)計(jì)值：37.8(HHV)

試驗(yàn)值：38.8(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(guó)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

6結(jié)論

6.1美國(guó)的水煤漿進(jìn)料氣化工藝(Texaco和Destec)和歐洲的干法進(jìn)料氣化工藝(Shell和Prenflo)的單爐出力都達(dá)到了2000～2500t/d等級(jí)，并都進(jìn)行了250～300MW等級(jí)的IGCC示范，4種氣化爐都采用氧氣噴流床氣化工藝。這對(duì)于我國(guó)選擇氣化工藝提供了較為全面的選擇范圍。

6.2Texaco氣化爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和已商業(yè)化的臺(tái)數(shù)最多，用于IGCC發(fā)電，氣化爐的可用率也可達(dá)到80%以上。但它的噴嘴和耐火襯里的壽命較短，冷煤氣效率和組成IGCC的效率目前還較低。若IGCC效率設(shè)計(jì)為43%(LHV)，采用Texaco氣化爐，必須使其廢熱鍋爐和全熱回收系統(tǒng)有較大的改進(jìn)，才有可能達(dá)到。

6.3Destec氣化爐雖然也是水煤漿進(jìn)料，但它是2段氣化，冷煤氣效率比Texaco高，而且可省去輻射廢熱鍋爐，加之火管式的對(duì)流冷卻器使造價(jià)大幅度降低。若組成IGCC，許多專家認(rèn)為是能夠達(dá)到43%(LHV)的效率，且造價(jià)較低。但與干法進(jìn)料相比，其噴嘴和耐火磚壽命較短。

6.4Shell氣化爐的可用率已達(dá)到了95%，可以說已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行，其噴嘴和水冷壁的壽命都較長(zhǎng)。冷煤氣效率和組成IGCC效率與濕法進(jìn)料氣化工藝相比較高，對(duì)43%(LHV)的IGCC效率，采用Shell工藝容易達(dá)到。但它的造價(jià)與Texaco和Destec相比較高。

6.5Prenflo氣化爐與Shell氣化爐基本相似，只是冷卻器結(jié)構(gòu)有所不同，由于西班牙Puertollano示范電站的運(yùn)行時(shí)間很短，Prenflo氣化爐的性能尚待時(shí)間檢驗(yàn)。

6.6煤種對(duì)氣化爐的性能有很大影響，對(duì)于我國(guó)IGCC示范電站所選用的煤種，目前只有Texaco和Shell氣化爐有類似煤種的氣化經(jīng)驗(yàn)，這一點(diǎn)對(duì)氣化工藝的選擇也十分重要。

6.7從4座示范電站的運(yùn)行情況看，氣化爐本身的可用率都很高(＞85%)，但與之匹配的輔助系統(tǒng)是制約氣化島和整個(gè)IGCC機(jī)組可用率的最大障礙。其中排渣和黑水處理系統(tǒng)及進(jìn)料系統(tǒng)的問題最多，有些目前尚未解決。這一點(diǎn)在我們選擇氣化工藝承擔(dān)者時(shí)應(yīng)予以高度重視，盡量選擇這一方面的專業(yè)廠商。

6.8根據(jù)世界上4座示范電站的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)于我國(guó)IGCC示范電站在氣化工藝選擇方面應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)原則問題：氣化爐的最大出力是否能達(dá)到要求；是否氣化過類似的煤種；最大容量的氣化爐的運(yùn)行時(shí)間和臺(tái)數(shù)；示范運(yùn)行的可用率；冷煤氣效率及組成IGCC的總效率；目前還存在哪些問題；氣化爐和輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造者是否都是專業(yè)廠商。

7參考文獻(xiàn)

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