第5期(總第188期)山西電力No.5 (Ser.188)2014年10月SHANXI ELECTRIC P0WEROct. 2014適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的國產(chǎn)煤氣化技術(shù)概述丁建軍，楊偉泉(廣東粵電新會發(fā)電有限公司，廣東江門529149)摘要:指出對于中長期以燃煤發(fā)電為主要格局和可持續(xù)發(fā)展要求的中國而言,發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電具有十分重要的意義。論述了整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電作為-種非常重要的潔凈煤發(fā)電技術(shù)受到了各國的青睞，而煤氣化技術(shù)作為煤炭轉(zhuǎn)化的龍頭技術(shù)是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站系統(tǒng)的重要組成部分。在吸收引進國外先進技術(shù)和經(jīng)驗的同時，國內(nèi)開發(fā)了多種大型煤氣化技術(shù)，詳細介紹了這些新技術(shù)，并對它們的技術(shù)特點進行了綜合分析與討論。關(guān)鍵詞:煤氣化;整體煤氣化聯(lián)合循環(huán);氣化爐;潔凈煤技術(shù)中圖分類號: TM611.3文獻標志碼: B文章編號: 1671-0320(2014 )05-0055- -04我國能源結(jié)構(gòu)的特點是富煤少油貧氣，目前我能源價格的走勢。在IGCC涉及的相關(guān)技術(shù)中，核國電力工業(yè)以燃煤發(fā)電為主，火電裝機容量約占心技術(shù)是大型煤氣化技術(shù)，由于其技術(shù)復(fù)雜，只有75%，發(fā)電量約占80%;水電裝機容量約占25%，GE、 SIEMENS和SHELL等少數(shù)國外公司掌握了此發(fā)電量約占20%;核電和新能源發(fā)電所占比例很技術(shù)。隨著我國經(jīng)濟的快速增長以及國家對潔凈煤小。隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和加強環(huán)保等政策的發(fā)電的大力支持，近些年國內(nèi)許多研究院所和高等實施，既能滿足生態(tài)環(huán)保對我國火力發(fā)電的要求、院校開發(fā)了很多具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)并又能高效利用我國豐富的煤炭資源的潔凈煤發(fā)電技在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。術(shù)是我國面臨的唯一選擇， 是中國煤電的未來。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC( Integrated1國產(chǎn)煤氣化技術(shù)簡介Gasification Combined Cycle)發(fā)電技術(shù)，是將煤氣整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的首要問題是煤的氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進模式，是當(dāng)化技術(shù)，煤的氣化泛指各種煤與載氧氣化劑(O2、今國際上最引人注目的高效潔凈發(fā)電技術(shù)之--。H20、CO)之間的一種不完全反應(yīng)， 最終生成由IGCC技術(shù)的研發(fā)始于20世紀70年代石油危機時CO、H2、CO2、 CH4、 N2、H2S、 COS等組成的煤期，目前正逐步從商業(yè)示范階段向商業(yè)應(yīng)用階段過氣。煤氣化技術(shù)種類很多，按爐型可分為三大類，渡，這一過程的快慢受多方面因素制約，如IGCC即固定床、流化床、氣流床。三種爐型中氣流床技技術(shù)的發(fā)展、環(huán)保標準的提高以及石油、天然氣等術(shù)因其氣化溫度與壓力高、單爐處理能力大、污染小等優(yōu)點，成為國內(nèi)外研究的主流煤氣化技術(shù)。在收稿日期: 2014-07-10, 修回日期: 2014-08-20引進吸收國外先進氣化技術(shù)的同時，我國也加強了作者簡介:丁建軍( 1986-),男,山東日照人, 2011年畢業(yè)于中國石自有煤氣化技術(shù)的開發(fā)，形成了一-批具有自主知識油大學(xué)(北京)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，碩士,從事電廠運行及管產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)成果。目前，絕大部分煤氣化工業(yè)里工作;裝置基本都應(yīng)中國煤化士情況看，這楊偉泉(1977-),男,廣東清遠人，1999年畢業(yè)于東南大些氣化技術(shù)都MHCNMHC介紹-下四學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，工程師,從事電廠機務(wù)相關(guān)專種初具規(guī)模的氣流木煤氣化技木，開針對這四種技業(yè)技術(shù)工作。山西電力2014年第5期術(shù)做簡單的比較。361 Nm'O2/kNm’ (CO+H) ，比煤耗548 kg kNm31.1非熔渣 -熔渣分級氣化技術(shù)(CO+H2)，合成氣有效成分CO+H2含量83.06%，非熔渣-熔渣分級氣化技術(shù)由北京達立科科技碳轉(zhuǎn)化率≥97.5%。公司、清華大學(xué)和山西豐喜集團聯(lián)合開發(fā)，是- -種.2 兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)全新的氣化技術(shù)。豐喜集團10萬ta甲醇項目于西安熱工研究院自1994 年開始研究干煤粉氣2003年正式開工建設(shè)，2006年1月23日建成并一流床氣化技術(shù)，1997 年建成1臺0.7 t/d的試驗裝次開車成功，2007年10月23日通過國家72 h連.置, 2004年建成了處理煤量為36~40 t/d的中試裝續(xù)運行考核。該技術(shù)工業(yè)裝置運行穩(wěn)定，開工率置。目前該新型的兩段式干煤粉氣流床氣化爐的規(guī)高，自第一次化工投料始，年運轉(zhuǎn)率達94%，年負模已達到8處理煤量2000t以上，進人到工業(yè)應(yīng).荷率達120%，氣化爐的投資與能力比傳統(tǒng)水煤漿用階段，并廣泛應(yīng)用在電力生產(chǎn)和化工生產(chǎn)中，例氣化爐低20%。2008 年清華爐被“燃氣輪機和煤如華能綠色煤電有限公司250MW級整體煤氣化聯(lián)氣化聯(lián)合循環(huán)國家工程中心”確定為主選技術(shù)，并合循環(huán)發(fā)電(ICCC) 示范電站和內(nèi)蒙世林化工有正在建設(shè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的適合于發(fā)電工藝的廢.限公司年產(chǎn)30萬t甲醇項目都是采用該技術(shù)，另.鍋流程煤氣化裝置。外還有多家國內(nèi)外的公司也都確定采用該技術(shù)。非熔渣-熔渣氣化法采用濕法進料，水煤漿和兩段式干煤粉加壓氣化爐(見圖2)采用水冷大部分氧氣通過噴嘴進入氣化爐第一_段, 第- .段溫壁結(jié)構(gòu)，爐膛分為上下兩段,噴嘴設(shè)在下爐膛側(cè)壁度保持在灰熔點以下;在第二段再補充部分氧氣，上，渣口設(shè)在下爐膛底部高溫段，采用液態(tài)排渣。使第二段的溫度達到煤的灰熔點以上并完成全部的上爐膛內(nèi)徑小，高度長，在側(cè)壁上開有兩個對稱的燃燒過程和氣化過程，氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 .二次煤粉和水蒸汽進口。運行時，下段噴嘴噴入所示。80% ~85%的煤粉量以及氣化用的氧氣和蒸汽，上段噴入15%~20%。級氣化煤氣出口中目中低溫區(qū)二級氣化水汽去汽包.高溫區(qū)二次煤粉+水蒸氣圖1航天爐結(jié)構(gòu)示意圖煤粉+水蒸氣+氧氣采用分級給氧，使氣化爐內(nèi)的溫度分布更加合理，提高了碳轉(zhuǎn)化率，降低了粗渣中的殘?zhí)己?鍋爐進水口→渣池水進口調(diào)整了火焰與噴嘴的距離，降低了噴嘴的端部溫渣池水出口度，二氧化碳作為預(yù)混氣體時又可降低氣化爐上部.溫度50C，多方面創(chuàng)新技術(shù)的組合有助于延長噴圖2兩段式氣化爐結(jié)構(gòu)示 意圖嘴壽命。水煤漿氣化煤氣質(zhì)量好，甲烷含量低，由于氣兩段式干煤粉氣化技術(shù)的優(yōu)點如下?；癄t內(nèi)溫度高，所以不生成焦油、酚等污染環(huán)境的a)煤種適應(yīng)性更廣，覆蓋了從褐煤、煙煤、副產(chǎn)物;氣化系統(tǒng)的水在本系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，外排貧煤到無煙煤中國煤化工熔融性適用廢水很少;爐渣為固態(tài)排放，沒有飛灰，污染小，范圍寬。MHCNMHG爐渣可做建筑材料。各項技術(shù)指標先進:比氧耗b)氣化反應(yīng)溫度1 400~1 600 C，比氧耗298.6.56●2014年10月丁建軍，等:適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的國產(chǎn)煤氣化技術(shù)概述Nm'O/kNm’( C0+H)，比煤耗518 kg/kNm3氣化發(fā)電整合在 一起，不僅繼承了ICCC的環(huán)保優(yōu)(CO+H2)，碳轉(zhuǎn)化率可達98.9%，冷煤氣效率83.2%，勢，還有利于綜合利用煤炭資源，能同時生產(chǎn)甲合成氣有效成分(C0+H) 含量91.7%。醇、尿素等化工產(chǎn)品，多聯(lián)產(chǎn)工藝可以根據(jù)電價和c)“自我修復(fù)式”耐火材料結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)向外依化工產(chǎn)品價格變化有選擇地分配合成氣比例，實現(xiàn)次有液渣、固渣，耐火材料、水冷壁、外保溫層利潤最大化。2005 年10月，兗礦國泰化工有限公等，水冷壁外形成的穩(wěn)定的固渣層，可以達到“以司建設(shè)的單爐日處理原煤1 150t,氣化壓力4.0 MPa渣抗渣”、抵抗氣體的沖刷和熔渣磨損的功效。水的對置式四噴嘴煤氣化爐及配套甲醇項目和冷壁壽命長達20年，燒嘴壽命長達10年，維護量71.8 MW燃氣發(fā)電系統(tǒng)相繼試車成功。這個自主創(chuàng)少，運轉(zhuǎn)周期長，無需備爐。新建成的首座煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)電示d)針對發(fā)電行業(yè)和化工行業(yè)的差別，兩段式范工程，標志著我國先于國外實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。氣化爐后續(xù)工藝可配套廢鍋流程或激冷流程，滿足.4 HT-L航天粉煤加壓氣化技術(shù)不同用戶的需求。中國航天科技集團公司北京航天動力研究所研1.3多 噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)制的HT-L航天粉煤加壓氣化技術(shù)，吸收了當(dāng)今世多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置的開發(fā)是華東理界兩大先進煤氣化技術(shù)的優(yōu)點，采用“粉煤+水激工大學(xué)、兗礦集團有限公司和天辰設(shè)計院共同承擔(dān)冷”流程。2008年 10月，首套HT-L粉煤加壓氣的國家“九五”重點科技攻關(guān)項目。該氣化技術(shù)屬化裝置在濮陽龍宇試車成功。目前該技術(shù)已有兩種于氣流床氣化工藝，煤與水、煤漿添加劑進人磨煤規(guī)格氣化爐，即單臺15~20萬ta (氨或醇)規(guī)模機，制得濃度為60% ~65% (質(zhì)量分數(shù)) 的煤漿，和30~35萬ta (氨或醇)規(guī)模，并正在開發(fā)更大經(jīng)煤漿給料泵加壓和來自空分裝置的氧氣一起進人生產(chǎn)能力的氣化爐。同一水平面的4個工藝燒嘴，氣化爐內(nèi)形成了6個.HT-L航天粉煤加壓氣化技術(shù)包括磨煤、進料特征各異的流動區(qū)，即射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股系統(tǒng)、煤氣化、煤氣洗滌、灰水處理和氣化公用工區(qū)(上下兩股)、回流區(qū)(共6個)、折返流區(qū)和管程6個單元。本技術(shù)為氣流床氣化爐，采用干煤粉流區(qū)(見圖3)。進料，純氧和過熱蒸汽作為氣化劑，加壓氣化，惰性氣體濃相輸送。以粉煤為原料，原料煤可以得到100%利用。與濕法比較，1 kg原料可以減少蒸發(fā)0.35 kg水，節(jié)約2600kJ的能量，折算煤量為0.113kg (23 kJ/kg)，占進煤量的17%。 干煤粉純氧燃燒，燃燒器火焰的中心溫度可達1 800~2 150 C，氣化爐膛溫度1 400~1 900 C，煤的灰熔點可選范圍很寬，比水煤漿氣化冷煤氣效率提高10%，氧耗量降低15% ~25%。有效氣產(chǎn)量提高6%。-A2國產(chǎn)煤氣化技 術(shù)分析及討論1-射流區(qū); 2-撞擊區(qū); 3-撞擊流股區(qū);4- -回流區(qū); 5- 折返流區(qū); 6← -管流區(qū)煤氣化技術(shù)評價標準主要有以下指標:可靠圖3多噴嘴對 置式氣化爐流場示意圖性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、大型化即單爐生產(chǎn)能力、煤種適與單燒嘴相比較，通過四噴嘴形成撞擊的物料應(yīng)性、污染物的排放、氣化效率等。其中氣化效率混合更加成分，霧化效果更好，不僅使?fàn)t內(nèi)氣流場是核心指標，而評價氣化效率的指標主要有碳轉(zhuǎn)化和溫度場分布合理，而且優(yōu)化了氣化效果，減輕了率、熱量利用率、冷煤氣效率等。對于整體煤氣化對耐火襯里的損傷。多噴嘴氣化爐更適合大型化，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電而言，最需要的是進人燃氣輪機的合并且在一對燒嘴跳車時，另外一對可維持系統(tǒng)生成氣的熱值，也就是冷煤氣效率越高，IGCC 發(fā)電產(chǎn)，減少了開、停車的損失，為實現(xiàn)長周期運轉(zhuǎn)創(chuàng)的循環(huán)效率也中國煤化工，國產(chǎn)氣化造了條件。爐的冷煤氣效MHCNMHG以與國外成基于煤氣化的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)把化工產(chǎn)品生產(chǎn)和煤熟的氣化技術(shù)相媲美。.57●山西電力2014年第5期表1氣化技術(shù)工作特性及 性能指標比較爐雖然都是單級氣流床，前者采用的是四個噴嘴對置布置，物料對撞霧化充分;后者只配一個噴嘴,項目清華爐兩段式多噴嘴HT-L但為組合式噴嘴，由- -個主噴嘴、一個點火噴嘴和送料方式水煤漿干煤粉一個開工噴嘴組成,噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計的非常合理、操適用煤種低灰熔點范圍廣作方便可靠，可實現(xiàn)從點火到投煤的連續(xù)性。噴嘴數(shù)1只主噴嘴2只主噴嘴4只噴嘴1只組合氣流床的操作溫度很高，大多在灰分灰熔點以2只氧噴嘴2只副噴嘴噴嘴反應(yīng)形式兩級 氣流床兩級氣流床單級氣流床單級氣流床上，所以氣流床的排渣方式基本都為液態(tài)排渣?；遗旁绞揭簯B(tài)排渣液態(tài)排渣 液態(tài)排渣 液態(tài)排渣分熔融以后可以掛靠在水冷璧和耐火磚表面，形成-層防護層，達到“以渣抗渣”的作用，增加了氣冷煤氣效率1%≥8480~8383~8478-83化爐的使用壽命，提高了裝置的經(jīng)濟型。碳轉(zhuǎn)化率%≥97.598-99≥99雖然國內(nèi)煤氣化技術(shù)的研究起步較晚，但卻厚操作溫度/C 1 400~1700 1 300~1 700 1 300~-1 400 1400~1 900積薄發(fā)，形成“百花齊放、百家爭鳴”的格局，國生產(chǎn)能力(rd-)20002 000工程業(yè)績/套≥19≥10≥15≥33產(chǎn)氣化爐的單爐處理能力和工程業(yè)績都在不斷地刷新紀錄。除了上述的四種氣化技術(shù)外，西北化工研氣流床煤氣化按照進料方式可分為濕法進料.究院的多元料漿氣化技術(shù)，中國科學(xué)院山西煤炭化(水煤漿)氣流床和干法進料(煤粉)氣流床。水學(xué)研究 所的灰熔聚流化床煤氣化技術(shù)等也都有不錯煤漿氣化I藝是自熱式氣化技術(shù),煤的氣化反應(yīng)熱的業(yè)績。是由其自身燃燒所提供的。從經(jīng)濟效益、氣化爐材質(zhì)承受能力以及運行穩(wěn)定性角度來看，原料煤應(yīng)該3結(jié)語具備成漿性能好和低灰熔點(灰熔點小于1 400 C)我國煤炭資源相對豐富，先進的潔凈煤發(fā)電技等特點。干法氣化工藝對原料煤的適應(yīng)性廣，可氣術(shù)是我國電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇,結(jié)合我化褐煤、煙煤、無煙煤及石焦油。對煤的反應(yīng)活性國能源資源和當(dāng)前國內(nèi)制造行業(yè)的發(fā)展情況，發(fā)展幾乎沒有要求，對高灰熔點、高灰分、高水分、高IGCC能很好地解決燃煤發(fā)電效率和污染的矛盾。含硫量的煤種同樣也適應(yīng)。雖然目前國內(nèi)IGCC項目的建設(shè)很少，但以IGCC由于設(shè)計單位設(shè)計風(fēng)格各異，氣化爐的反應(yīng)形系統(tǒng)為基礎(chǔ)的發(fā)電、化工產(chǎn)品、制氫等多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)式不同，采用的噴嘴數(shù)量和形式也不同。清華爐和無疑將是21世紀煤轉(zhuǎn)化工業(yè)的重要方向。煤氣化兩段式干煤粉氣化爐都是兩級氣流床，并且采用多技術(shù)是煤炭潔凈、高效、綜合利用的技術(shù)起點，是個噴嘴，前者的二級噴嘴只是噴人氧氣，后者的二IGCC發(fā)電和煤化工的龍頭技術(shù)，在煤氣化技術(shù)高級噴嘴噴人部分煤粉和氧氣混合物，雖然形式不速發(fā)展與激烈競爭的今天，國內(nèi)開發(fā)的一系列具有同，但是最終目的都是為了改善爐內(nèi)流動及溫度場自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)具有顯著的綜合效益和分布，提高氣化效率。多噴嘴對置式氣化爐和航天重大的戰(zhàn)略意義。The Summarization on Domestic Gasification Technology for IGCC GenerationDING Jian -jun, YANG Wei- -quan( Guangdong Y uedian Xinhui Generation Co, Ltd., Jiangmen, Guangdong 529149, China )Abstract: The development of clean coal power generation has great significance in our country which will be relying on coalburming for a long time. As a very important clean coal technology, the integrated gasification combined cycle (IGCC )generationtechnology is very popular in the world, and gasification technology as the leading techniques of coal conversion is an important part of theIGCC power plant. We have developed a variety of large- -scale coal gasification technology based on absorbing and introducing foreignadvanced technology and experience. This paper describes these new technologies, and their technical features are comprehensivelyanalyzed and discussed.Key words: coal gasification; IGCC; gasifier; clean coal technology中國煤化工MHCNMH G.58●