2020年国外4座大型IGCC电站的煤气化工艺论文.doc

国外4座大型IGCC电站的煤气化工艺论文 世界上建成并运行的250MW及以上的IGCC电站是美国的WabashRiver和Tampa、荷兰的Demkolec、西班牙的Puertollano。它们采用的煤气化工艺分别是：Destec、Texaco、Shell和Prenflo加压喷流床煤气化工艺。综合分析了这4种煤气化工艺的设备技术特点和技术经济指标及在IGCC电站中的应用情况。CoalGasificationTechnologyinFourLargeIGCCPowerPlantsAbroadAbstractTherearefour250MWandaboveIGCCpowerplantsbuiltandputintooperationnowintheworld.TheyareU.S.WabashRiverandTampa,DutchDemkolecandSpainPuertollano.ThecoalgasificationprocessesemployedareDestec,Texaco,ShellandPrenflopressurizedjet-flowbedgasificationprocessrespectively.Thisarticleprehensivelyanalyzestheequipmenttechnicalfeatures,technicalandeconomicalindexesofthesefourkindsofcoalgasificationprocesses,aswellastheirapplicatiousinIGCCpowerplants.Keywordscoalgasificationprocesscoalgasificationbinedcyclepowergenerationtechnicalfeaturesoperationanalysis迄今为止，世界上已投入运行的4座250MW以上的IGCC电站分别是美国的WabashRiver(260.6MW)和Tampa(250MW)、荷兰的Demkolec(253MW)和西班牙的Puertollano(300MW)。它们分别采用Destec、Texaco、Shell和Prenflo加压喷流床煤气化工艺。Destec和Texaco是水煤浆加压气化的主要代表，而Shell和Prenflo则是干粉进料加压喷流床气化的主要代表。用于IGCC的4种煤气化炉容量都达到2000t/d以上，都是这些气化炉首次最大容量的工业应用。它们的运行状况直接影响着IGCC的可用率和可靠性，是IGCC电站最关键的技术之一。了解这4种气化炉的设备和技术特点及在IGCC电站中的运行状况，对我国IGCC电站选择煤气化工艺路线具有一定的参考价值。1Texaco煤气化工艺1.1Texaco气化工艺的结构特点(1)制浆系统。煤和水在常规的煤浆磨中被制成浓度通常是60%68%的水煤浆，TampaIGCC电站的水煤浆设计浓度为68%。对于一些灰熔点较高的煤或者制浆困难的煤，经常在煤浆磨中同时加入石灰石助熔剂或者煤浆添加剂，使得煤的灰熔点降低或者使煤浆均匀性提高。在煤浆磨的出口有一个筒形的筛子，合格的煤浆流入煤浆储罐中，不合格的煤浆溢流到循环槽中被送回煤浆磨入口。在煤浆储罐中设有一个搅拌器，并根据检测结果加入一定量的水，使储罐中的煤浆始终保持在一定浓度下的均匀状态。气化炉所需的煤浆量一般由2级隔膜泵从煤浆储罐中抽取并加压送入气化炉喷嘴，在气化炉入口的煤浆输送管上设有2级流量检测器，严格控制煤浆的流量，煤浆流量的调节全靠隔膜泵来控制。(2)气化炉和煤气冷却系统。水煤浆和95%纯度的氧气被同时送入气化炉喷嘴，在气化炉内进行气化反应，反应区的温度一般在12001500，气化炉的压力根据不同行业的需要可以是2.58.5MPa。TampaIGCC电站的气化炉压力为2.83.0MPa，气化区的温度为1482。水、煤和氧气在气化炉中发生气化反应，主要生成CO、H2、CO2、H2O、CH4、H2S和N2，此外，还有少量的NH3、COS、H和飞灰。由于采用水煤浆进料，煤气中的H2O含量较高。Tampa电站的Texaco气化炉内设耐火砖(一般为4层)，内径约4.0m，高约3.0m。气化反应的速度很快，粗煤气在气化炉内的停留时间一般在23s。热煤气离开气化炉进入特殊设计的辐射式冷却器，使热煤气的温度降低至700，同时使热煤气中的熔融态渣凝固。冷却后的粗煤气进入对流式冷却器中被进一步冷却到480。煤气中的显热在2级冷却器中得到回收，产生10.4MPa的高压饱和蒸汽。气化炉与辐射式冷却器做成一体，外径约5m，高约39m，总重约900t，气化炉安装标高约106.75m。(3)排渣和黑水处理系统。气化炉内的熔渣经辐射式冷却器后冷却凝固成玻璃状的渣进入充满水的锁斗系统，锁斗上下部各有2级阀门控制渣进入和排出。从压力锁斗排出的渣落入粗渣糟中，粗渣被分离出来，进一步处理或直接销售。细渣和水一起被抽入一个细灰沉降槽中进行重力沉降或过滤，使水和细渣分离。从洗涤器出来含灰的水也进入沉渣槽中，使含碳的飞灰与水分离，从沉渣糟中溢流出来的水一般含非常少量的细灰，它被再循环至水洗涤器人口作为洗涤器用水，多余的水送回煤浆制备系统。从沉渣槽底部流出的细灰进入一个压滤机中，将细灰制成细灰饼。Tampa电站采用了将细灰再循环至煤浆磨的工艺，目的是为了提高碳的转化率。1.2Texaco气化工艺的性能和运行指标分析Texaco气化工艺的性能特点：(1)与干法进料相比，水煤浆进料系统工艺相对简单、安全可靠、操作灵活、制浆系统的厂用电较小，无煤粉爆炸危险性，制浆系统无粉尘排放。煤不必进行干燥处理，可直接进入制浆系统。此外，水煤浆进料可处理不同物料(煤、石油焦、其它废料)，进料种类灵活。此外，使用水煤浆进料，气化炉可以在更高的压力下运行(2.58.5MPa)，这对一些化工过程非常必要。(2)气化炉采用单喷嘴运行，所有的气化物料都从一个喷嘴喷入，它具有结构简单的优点，但由于局部热负荷较高，流量较大，不可避免地会发生过热损坏或磨损问题。到目前为止，Texaco气化炉喷嘴的最长累计运行时间仅3个月就需要进行检修更换。(3)Texaco气化炉内设耐火砖，没有水冷系统，结构简单，初投资较小。但由于炉内温度较高，加之磨损和腐蚀，目前Texaco气化炉向火侧的耐火砖最长寿命仅2a，靠近炉壁的耐火砖寿命为510a。(4)全厂的灰水可综合利用，除去大渣和细灰的水也在制浆系统中循环使用。 世界上建成并运行的250MW及以上的IGCC电站是美国的WabashRiver和Tampa、荷兰的Demkolec、西班牙的Puertollano。它们采用的煤气化工艺分别是：Destec、Texaco、Shell和Prenflo加压喷流床煤气化工艺。综合分析了这4种煤气化工艺的设备技术特点和技术经济指标及在IGCC电站中的应用情况。CoalGasificationTechnologyinFourLargeIGCCPowerPlantsAbroadAbstractTherearefour250MWandaboveIGCCpowerplantsbuiltandputintooperationnowintheworld.TheyareU.S.WabashRiverandTampa,DutchDemkolecandSpainPuertollano.ThecoalgasificationprocessesemployedareDestec,Texaco,ShellandPrenflopressurizedjet-flowbedgasificationprocessrespectively.Thisarticleprehensivelyanalyzestheequipmenttechnicalfeatures,technicalandeconomicalindexesofthesefourkindsofcoalgasificationprocesses,aswellastheirapplicatiousinIGCCpowerplants.Keywordscoalgasificationprocesscoalgasificationbinedcyclepowergenerationtechnicalfeaturesoperationanalysis迄今为止，世界上已投入运行的4座250MW以上的IGCC电站分别是美国的WabashRiver(260.6MW)和Tampa(250MW)、荷兰的Demkolec(253MW)和西班牙的Puertollano(300MW)。它们分别采用Destec、Texaco、Shell和Prenflo加压喷流床煤气化工艺。Destec和Texaco是水煤浆加压气化的主要代表，而Shell和Prenflo则是干粉进料加压喷流床气化的主要代表。用于IGCC的4种煤气化炉容量都达到2000t/d以上，都是这些气化炉首次最大容量的工业应用。它们的运行状况直接影响着IGCC的可用率和可靠性，是IGCC电站最关键的技术之一。了解这4种气化炉的设备和技术特点及在IGCC电站中的运行状况，对我国IGCC电站选择煤气化工艺路线具有一定的参考价值。1Texaco煤气化工艺1.1Texaco气化工艺的结构特点(1)制浆系统。煤和水在常规的煤浆磨中被制成浓度通常是60%68%的水煤浆，TampaIGCC电站的水煤浆设计浓度为68%。对于一些灰熔点较高的煤或者制浆困难的煤，经常在煤浆磨中同时加入石灰石助熔剂或者煤浆添加剂，使得煤的灰熔点降低或者使煤浆均匀性提高。在煤浆磨的出口有一个筒形的筛子，合格的煤浆流入煤浆储罐中，不合格的煤浆溢流到循环槽中被送回煤浆磨入口。在煤浆储罐中设有一个搅拌器，并根据检测结果加入一定量的水，使储罐中的煤浆始终保持在一定浓度下的均匀状态。气化炉所需的煤浆量一般由2级隔膜泵从煤浆储罐中抽取并加压送入气化炉喷嘴，在气化炉入口的煤浆输送管上设有2级流量检测器，严格控制煤浆的流量，煤浆流量的调节全靠隔膜泵来控制。(2)气化炉和煤气冷却系统。水煤浆和95%纯度的氧气被同时送入气化炉喷嘴，在气化炉内进行气化反应，反应区的温度一般在12001500，气化炉的压力根据不同行业的需要可以是2.58.5MPa。TampaIGCC电站的气化炉压力为2.83.0MPa，气化区的温度为1482。水、煤和氧气在气化炉中发生气化反应，主要生成CO、H2、CO2、H2O、CH4、H2S和N2，此外，还有少量的NH3、COS、H和飞灰。由于采用水煤浆进料，煤气中的H2O含量较高。Tampa电站的Texaco气化炉内设耐火砖(一般为4层)，内径约4.0m，高约3.0m。气化反应的速度很快，粗煤气在气化炉内的停留时间一般在23s。热煤气离开气化炉进入特殊设计的辐射式冷却器，使热煤气的温度降低至700，同时使热煤气中的熔融态渣凝固。冷却后的粗煤气进入对流式冷却器中被进一步冷却到480。煤气中的显热在2级冷却器中得到回收，产生10.4MPa的高压饱和蒸汽。气化炉与辐射式冷却器做成一体，外径约5m，高约39m，总重约900t，气化炉安装标高约106.75m。(3)排渣和黑水处理系统。气化炉内的熔渣经辐射式冷却器后冷却凝固成玻璃状的渣进入充满水的锁斗系统，锁斗上下部各有2级阀门控制渣进入和排出。从压力锁斗排出的渣落入粗渣糟中，粗渣被分离出来，进一步处理或直接销售。细渣和水一起被抽入一个细灰沉降槽中进行重力沉降或过滤，使水和细渣分离。从洗涤器出来含灰的水也进入沉渣槽中，使含碳的飞灰与水分离，从沉渣糟中溢流出来的水一般含非常少量的细灰，它被再循环至水洗涤器人口作为洗涤器用水，多余的水送回煤浆制备系统。从沉渣槽底部流出的细灰进入一个压滤机中，将细灰制成细灰饼。Tampa电站采用了将细灰再循环至煤浆磨的工艺，目的是为了提高碳的转化率。1.2Texaco气化工艺的性能和运行指标分析Texaco气化工艺的性能特点：(1)与干法进料相比，水煤浆进料系统工艺相对简单、安全可靠、操作灵活、制浆系统的厂用电较小，无煤粉爆炸危险性，制浆系统无粉尘排放。煤不必进行干燥处理，可直接进入制浆系统。此外，水煤浆进料可处理不同物料(煤、石油焦、其它废料)，进料种类灵活。此外，使用水煤浆进料，气化炉可以在更高的压力下运行(2.5