华能炉气化技术及工业应用-2016中国国际煤化工论坛及展览会

华能炉气化技术及工程应用陶继业中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 2016-09,中国华能集团公司,中国华能集团公司是经国务院批准成立的国有重要骨干企业中国最大、世界第二大电力企业电力主业发展服务的煤炭、金融、科技研发、交通运输等产业初具规模截至目前，公司在全国30个省、市、自治区及海外拥有全资及控股装机容量超过1.6亿千瓦公司在中国发电企业中率先进入世界企业500强,2,中国华能集团公司,循环流化床锅炉技术部,煤粉锅炉技术部,锅炉系统及设备技术部,锅炉环保技术部,苏州锅炉燃烧及环保技术部,燃料与燃烧试验室,电站性能技术部,汽轮机及热力系统技术部,电站化学技术部,电站水处理技术部,电站水处理药剂技术部,电站材料技术部,电站技术监督部,电站建设技术部,电站调试技术部,电站信息及监控技术部,电站优化检修及软件技术部,现场总线与控制技术部,自动化工程与仿真技术部,北京自动控制技术部,绿色煤电技术部,西安热工研究院有限公司,清洁能源技术研究院有限公司,循环流化床锅炉技术部,绿色煤电技术部,整体划拨,（西安）,（北京）,华能清洁能源技术研究院,3,华能清洁能源技术研究院,定位：中国华能集团直属清洁能源前沿技术研发机构主营业务：煤基清洁发电和转化、可再生能源发电和污染物及温室气体减排等领域的技术研发、技术转让、技术服务、关键设备研制和工程实施。研发专业方向：近零排放燃煤发电、煤气化及煤基清洁转化CO2捕集、利用和封存；大型循环流化床锅炉、低质煤利用；可再生能源发电、发电新材料、能源系统设计优化等。发展目标：成为世界一流清洁能源高技术研发平台，推进清洁能源发电前沿技术的研发和示范，带动产业结构升级与优化，为中国华能集团和中国电力工业的可持续发展提供技术支撑。,4,干煤粉加压气化是煤气化技术最主要的发展方向,5,华能炉干煤粉加压气化技术,引入化学激冷的原理，在二段投入水蒸汽和煤粉，利用一段高温煤气显热，发生煤的裂解和气化反应，从而降低合成气温度，同时生成合成气。,6,分级气化、化学激冷、激冷气循环量降低50%至70%、气化岛自耗功小、 煤气冷却器和除尘器尺寸小,华能炉干煤粉加压气化技术,7,华能炉气化技术工艺流程,8,Wire-Mesh动力学反应器,建立典型煤种气化特性数据库,开展了国内14种典型煤种高温高压、高升温速率条件下粉煤气化反应动力学特性研究，建立了不同煤种气化特征数据库，奠定了不同气化煤种工程设计的基础。,9,10,多煤种气化中试试验结果,低灰熔点煤气化试验,高灰熔点煤气化试验,煤气强化辐射换热技术,建立了高温高压、强还原气氛下CO和H2的辐射及对流传热系数的基础试验数据，提出二段气化喷入煤粉以提高煤气辐射传热系数的方法，进一步提高蒸汽产量和品质，气化热效率高达97%。,11,发明了干煤粉加压气化炉内实时测温方法，突破了现有技术炉温监测不及时、干扰因素复杂的难题，为气化炉操作提供了可靠依据，提高了气化炉煤种适应性和运行稳定性。,开发干煤粉加压气化炉内间接测温方法，开发气化喷嘴冷却罩，根据冷却罩冷却液的温升、气化反应区水冷壁管内的汽水密度变化和炉内辐射传热特性等参数测量炉内即时温度,气化反应区实时测温技术,12,熔渣及排渣技术,13,多支路粉煤加压浓相输送技术,建立了干煤粉加压浓相输送设计理论和控制策略，输送波动幅度从 10%降到 5%，突破了粉煤加压输送系统稳定性差、易堵塞的难题。,14,仿真机培训的照片,干煤粉加压气化装置仿真机,15,华能炉三种结构形式,两段式干煤粉加压气化炉的开发是基于多种国外大型气流床气化技术优缺点，在大型气流床气化技术上最终优选了干粉加压气化，在采用二段化学激冷的基础研究上，开发了三种炉型结构：,废锅结构,半废锅（激冷）结构,小型炉结构,16,秉承干煤粉加压气化煤种适应性优良的传统，对煤种的活性要求不高、能应用较宽范围的煤种、焦炭等原料，在做好原料管理的前提下，几乎可以气化所有煤种；对灰含量要求低，含灰量5%-30%均可气化。采用水平多喷嘴进料方式，反应介质停留时间长，混合充分，碳转化率高，可达99%；气化炉捕渣率高；多喷嘴结构有利于单炉容量放大。气化炉冷煤气效率高，可达8084%，氧耗低。气化热效率高，可副产中压过热蒸汽或饱和蒸汽，采用强化换热技术，废锅回收换热效率高，蒸汽产量比同类技术提高了15%20%。,华能炉干煤粉气化技术特点,17,解决了废锅积灰的问题，通过二段投煤，改变飞灰特性，废锅入口温度可提高至820下运行，不发生积灰问题，比同类技术高出100左右，提高了操作灵活性和可靠性。合成气有效成分含量高，（CO+H2）可达90%；气化炉负荷调节范围50120%。采用水冷壁结构，气化炉设计使用寿命20年，烧嘴不宜磨损。去下游合成气清洁，粉尘含量小于1mg/Nm3，杜绝了合成气带灰、带水对下游工序的影响。环保性能优越，不产生有机废水，黑水处理量和废水排放量仅为激冷工艺的1/31/4，飞灰残炭低，可实现灰渣综合利用。,18,华能炉干煤粉气化技术特点,小试：700kg/d， 1997年,中试：3640t/d（10MWth）2004年,工业装置：2000t/d，2011年,19,国家十二五863课题“千吨级褐煤气化技术开发” 国家十一五863课题“2000吨天级干煤粉加压气化技术开发与示范”，20062009 国家十一五863课题“IGCC 联产系统运行及控制技术”，20062009 国家十一五863课题“2000 t/d煤气冷却器开发与示范”，20072010 国电公司项目“干煤粉加压气化评价装置和粉煤气化特性研究”，19962000 国家国际合作重点项目“干煤粉加压气化技术研究开发”，中国科技部英国贸工部合作项目，20002002 国家“十五”863项目“干煤粉加压气化技术”（前期）（2001AA522020），20012002 国家“十五”863项目“带静电促进的移动颗粒层过滤高温除尘技术研究开发” （2003AA522030），20022004 国家“十五”863重点项目“干煤粉加压气化技术”（中试） （2003AA522030），20022005 国家“十五”863重点项目“干煤粉加压气化技术中试研究”（后续）（2005AA522040），20052006,十年来国家项目的持续支持（部分）,20,煤气化专利（部分）,两段式干煤粉气化炉，发明专利号： ZL01131780.9上行高温煤气激冷装置。专利号：ZL200720031840X。一种干煤粉加压气化激冷装置及激冷工艺，发明专利申请号：200610042718.1；干煤粉气化工艺，专利号：ZL01240407.1一种多支路输送的煤粉加压浓相输送装置，专利号：ZL200520042918.3一种多出料口的粉体加压浓相输送装置，发明专利申请号：200610042619.3。移动颗粒层过滤除尘器，实用新型专利号：ZL 99 2 35010.7一种煤气净化洗涤装置，实用新型专利号：ZL 2008 2 0029293.6干煤粉加压固态排渣气流床气化装置，实用新型专利号：ZL 2007 2 0031839.7多级粉煤携带床固态排渣气化炉，实用新型专利号：ZL 2006 2 0135961.4,21,本技术应用于华能绿色煤电项目（IGCC发电），建成了我国首套具有自主知识产权的2000t/d干煤粉加压气化装置，实现了专利技术、系统设计、工程设计、关键设备制造、安装、调试、运行等自主化。,华能炉气化技术工业应用,22,华能炉气化技术工业应用,23,主要设计参数,气化炉处理煤量： 2000t/d (全废锅流程）煤种：烟煤操作压力：3.0MPa有效气（ CO+H2+CH4）： 137600Nm3/h比氧耗：310 Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）冷煤气效率：83%有效气成份（CO+H2）：91%发电功率: 250MW2012年投产,24,华能绿色煤电示范工程煤种使用情况,本项目属于发电项目，气化原料煤采购多样化，主要采用神华混煤、大柳塔煤、榆家梁煤、大同煤等煤种掺混以及神华单一煤，灰熔点最高，K+Na含量最高接近4%。 气化炉多次经历了单一运行周期内频繁变换煤种的考验，装置运行平稳。 气化煤种波动时，根据气化炉实时测温装置和测温系统，判断炉温波动趋势，提高了气化炉煤种适应性。,25,进行了全厂机组72小时大负荷考核及二段负荷提升试验，试验期间电站机组平均负荷超过260MW，气化装置超负荷运行，最大负荷达到106%，二段投煤量正常运行在8t/h10t/h，基本达到了设计值。,满负荷考核试验,26,气化装置关键参数稳定,27,28,29,30,天津IGCC项目投产报道,2012年11月通过行业考核，2013年配合燃气轮机调试，使IGCC整体达产比国际同类装置节省26年；2014年、2015年累计运行超过5700小时，提前完成全年发电任务，2016年计划装置两次开车，未发生计划外停车，A类运行117天，气化炉无检修运行162天；自动控制投入率达到100%，运行稳定；环保性能突出；投运后第二年达到满负荷；煤种适应性好；达到了设计技术指标。,31,运行总结,专家组认为：运行稳定，安全可靠，达到了设计要求，综合性能优异。,32,现场考核,专家组认为：该项技术与国外同类技术相比，能耗和工程造价低，达到了国际领先水平。,33,鉴定意见：,34,鉴定意见：,专家组认为：该粉煤加压气化技术达到国际先进水平，对我国大型IGCC发电技术和煤气化技术的开发与应用具有重要意义。,华能炉的应用业绩,35,美国宾西法尼亚IGCC项目,36,河北辛集化工煤制乙二醇项目,37,设备供货 气化关键设备的基础设计和工程设计 气化关键设备 气化装置DCS控制系统 气化装置的操作仿真机 气化设备的采购咨询,技术使用和技术服务,技术服务 气化装置的调试和考核 气化装置的运行指