最干净的燃煤锅炉

Alexandria2020

最干净的燃煤锅炉

1 IGCC的组成

IGCC（整体煤气化联合循环）由两大部分组成, 即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。

第一部分的主要包括:煤气化系统、煤净化系统(包括硫的回收装置)和空分系统等;第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉和蒸汽轮机发电系统。

典型的IGCC发电系统工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气, 经过净化, 除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物, 变为清洁的气体燃料, 然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧, 加热气体工质以驱动燃气透平做功, 燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水, 产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。

2 煤气化系统

利用高压煤气化技术生产合成煤气, 以取代天然气作为燃料, 是发展IGCC技术的一个重要内容。目前IGCC采用的气化炉主要有三种型式:喷流床、流化床和固定床。

它们各有优缺点。对发电用途的气化炉, 主要要求是高的碳转化率和冷煤气效率、大容量(尽可能做到单炉电站)以及与发电设备运行的匹配性好等。

(1)喷流床气化炉

a、采用高压纯氧和富氧氧化的喷流床气化炉, 单炉容量最大(2000 ～ 3000t/d), 且由于反应温度高达1500 ～ 2000 ℃, 碳的转化率很高(97%以上), 特别是干法供煤并采用未反应炭粒再循环措施时。

b、采用水煤浆供料喷流床的气化炉。

(2)固定床气化炉, 由于煤在炉内停留时间很长, 反应温度也高,因而碳的转化率最高, 可达99.5%, 但煤气的生产能力最低, 不能满足电站大型化需要, 且含焦油、酚类数量多, 难以处理。

(3)流化床气化炉,碳的转化率仅91% ～97%, 比前两种要低很多。另外, 以空气做为气化剂时, 可省去复杂空分系统, 但煤气热值低, 不利于燃烧, 且气化炉容量小, 不利于电站大型化;而采用纯度高的氧气要比用空气为气化剂时冷煤气效率高, 但却增大了厂用电率, 这要综合考虑。

3 煤气净化系统

从气化炉产生的粗煤气含有大量有害杂质,无法满足燃气轮机安全可靠运行和环保法规的要求, 必须预先净化处理, 以除去粗煤气中的硫化物、粉尘、氮化物以及碱金属与卤化物等有害物质。

现多采用常温湿法除尘脱硫工艺, 相对成熟。由于在净化前, 先要将高温煤气冷却降温, 虽然可以回收部分煤气显热, 但由于能量的品位降低, 必将影响到IGCC整体的效率。

因此, 人们正致力于研究开发高温干法脱硫技术, 它与煤气低温净化技术相比能使IGCC的净效率提高0.7 ～ 2.0个百分点。

4 空分系统

为了供给气化炉所需的纯氧或高浓度富氧的气化剂, 需设置制氧空分系统。

对于不同空分系统利用不同的压力等级(高压或低压), 但目前对各种压力等级空分系统大多采用深度冷冻方法分离空气以制取氧气。

如对独立空分系统, 常用低压(0.6 MPa)流程, 一般需把空气冷却到-172℃左右才能进入制氧过程。由于空分系统中氧气和氮气的压缩耗功很大, 采用上述常规空分工艺流程的IGCC的厂用电耗率较高, 因此人们正在研究使液氮和液氧先增压, 后气化的空分制氧流程。

IGCC中空分系统和燃气轮机系统组成的空气侧系统的整体综合优化对IGCC系统的热力性能、投资费用以及运行可靠性等都有很大影响。从空分系统的空气来源看, 空气侧整体化有独立空分、完全整体化和部分整体化三种一体化方式。

独立空分会使厂用电率增大, 但它运行灵活;完全整体化方式的厂用电率低, 但运行不灵活。随着IGCC空分整体化程度的提高, IGCC的经济性也相应提高, 但是完全整体空分方式IGCC运行的灵活性却受到限制。因此, 目前IGCC电站较多倾向于采用部分整体化方式。

5 余热锅炉及蒸汽轮机系统

性能先进的IGCC离不开高效率的蒸汽底循环, 余热锅炉和蒸汽轮机系统不可避免要与煤气化、净化系统等进行质量、能量交换, 因此IGCC蒸汽系统的联结、匹配与优化要比一般的联合循环复杂得多、也重要得多。

为了充分地吸收各子系统的余热、废热, 目前IGCC系统中, 一般根据燃气轮机排气温度, 合理地选择蒸汽循环流程, 当燃气轮机排气温度T4低于538 ℃时, 不采用再热循环方案;当高于580 ℃时, 采用多压再热方案。

另外, 一般不从汽轮机排汽加热给水, 同时尽可能提高蒸汽初温和初压, 如Buuggenum电站采用双压再热方案(12.9 MPa/511℃, 2.9 MPa/511℃)。

随着燃气轮机初温的提高, IGCC中蒸汽循环完全有可能采用更高蒸汽参数, 现在有学者在研究设计亚临界、甚至超临界的IGCC蒸汽系统。

内容来源：电力圈