1、IGCCIGCC发电技术发电技术李振中李振中国家电站燃烧技术研究中心国家电站燃烧技术研究中心2008-8-22008-8-2IGCCIGCC概述概述关键技术与关键设备关键技术与关键设备我国我国IGCCIGCC发展情况发展情况典型系统分析典型系统分析 IGCC是煤气化多联产技术领域中的重要部分是煤气化多联产技术领域中的重要部分先将煤转化为先将煤转化为煤气，经净化后进入燃气轮机发电，再进入余热锅炉产生蒸煤气，经净化后进入燃气轮机发电，再进入余热锅炉产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电的整体煤气化联合发电技术。汽，推动蒸汽轮机发电的整体煤气化联合发电技术。原煤制原煤制备备气化气化除除尘尘和脱硫和脱硫燃气燃气轮
2、轮机机余余热锅热锅炉炉蒸汽蒸汽轮轮机机空分空分 发电发电机机O2N2烟气蒸汽47亿美元5200万美元20亿美元10亿美元CCT19861993PPII20012002CCPI20022012FutureGen20032012开发可应用于工程实施的发电新技术，并极大改善火力发电的排放水平，以满足当时的环保标准要求电厂的污染控制，废物的处理及副产品的利用近期目标：开发和应用技术经济可行的环境控制技术，解决现存环境污染问题。长远目标：开发具有CO2捕集功能的发电和清洁燃料零排放的能源系统。建设一座以煤气化为基础，发电/制氢/液体燃料联产，并考虑与CO2捕集封存相结合，实现CO2近零排放的新一代清洁能
3、源示范电站n第一代第一代IGCCIGCC技术技术 以八十年代中期建成的以八十年代中期建成的Cool WaterCool Water电站为代表，该电站的供电站为代表，该电站的供电效率为电效率为31.2%31.2%；n 第二代第二代IGCCIGCC技术技术以九十年代建成的美国以九十年代建成的美国TampaTampa电站和荷兰电站和荷兰BuggenumBuggenum电站电站 为为代表。这两座电站采用湿法常温的煤气净化工艺配合一代表。这两座电站采用湿法常温的煤气净化工艺配合一 定程定程度的干法净化，更先进的燃气轮机和多压的蒸汽系统，度的干法净化，更先进的燃气轮机和多压的蒸汽系统， 再热式再热式汽轮机
4、。在合成气显热回收、空分装置的配置等方面进行了优汽轮机。在合成气显热回收、空分装置的配置等方面进行了优化。两座电站的供电效率分别达到化。两座电站的供电效率分别达到41%41%和和43%43%。n第三代第三代IGCCIGCC技术技术： 1 1、研发新型气化炉及气化工艺，进一步提高气、研发新型气化炉及气化工艺，进一步提高气化炉燃料适应性、可用率和转换效率。化炉燃料适应性、可用率和转换效率。 2 2、采用干式高温合成气净化、采用干式高温合成气净化, ,包括干式高温除尘包括干式高温除尘和脱硫。和脱硫。 3 3、采用更加先进的燃气轮机。、采用更加先进的燃气轮机。 4 4、采用更高参数和更为优化的蒸汽系统
5、。、采用更高参数和更为优化的蒸汽系统。 美国已经完成了第三代美国已经完成了第三代IGCCIGCC技术的设计与招标，技术的设计与招标，GEGE技术获得了非政府资助的技术获得了非政府资助的IGCCIGCC项目。项目。年限年限效率效率造价造价第一代第一代IGCC1985-199432% - 42%3000 -1500美元美元/kW第二代第二代IGCC1995-200045%1200美元美元/kW第三代第三代IGCC2000-201052%1050美元美元/kW与超超临界常规燃煤技术相比：与超超临界常规燃煤技术相比：燃料适应性广燃料适应性广, ,尤其是储量巨大的烟煤和褐煤尤其是储量巨大的烟煤和褐煤;
6、;具有较高的热效率具有较高的热效率, ,第三代第三代IGCCIGCC电站效率将达到或超过电站效率将达到或超过52%;52%;对环境污染小，废物回收利用的条件好对环境污染小，废物回收利用的条件好; ; 实现实现SOSO2 2、 NOxNOx和粉尘的近零排放，其中粉尘排放量小于和粉尘的近零排放，其中粉尘排放量小于10mg/Nm10mg/Nm3 3。温室气体温室气体CO2CO2排放减少排放减少40405050 ； 节约水资源，由于大部分能源用于燃气轮机发电，耗水节约水资源，由于大部分能源用于燃气轮机发电，耗水量减少了量减少了1/22/3;1/22/3; 可实现供电、冷、热、城市煤气和工业蒸汽等的多联
7、供，可实现供电、冷、热、城市煤气和工业蒸汽等的多联供，以及甲醇、氢、硫酸和建材等的多联产。以及甲醇、氢、硫酸和建材等的多联产。空分技术空分技术煤气化技术煤气化技术煤气净化技术煤气净化技术燃机岛技术燃机岛技术常规岛技术常规岛技术 空分系统是为氧气气化的煤气化炉提供气化剂空分系统是为氧气气化的煤气化炉提供气化剂氧气而设置的空氧气而设置的空气分离系统。主要分为以下几类：气分离系统。主要分为以下几类：低温精馏法：低温精馏法：是先将气体混合物冷凝为液体，然后再按各组分蒸发温是先将气体混合物冷凝为液体，然后再按各组分蒸发温度的不同将他们予以分离。精馏的方法适用于被分离组分沸点相近的度的不同将他们予以分离。
8、精馏的方法适用于被分离组分沸点相近的情况，如氧和氮的分离、氧和氩的分离等情况，如氧和氮的分离、氧和氩的分离等 分凝法分凝法：是利用各组分沸点的差异进行分离，与低温精馏不同的是不：是利用各组分沸点的差异进行分离，与低温精馏不同的是不将全部组分冷凝，而是使某一组分或某几个组分冷凝，其他组分仍保将全部组分冷凝，而是使某一组分或某几个组分冷凝，其他组分仍保持气态，也是一种低温分离方法。这种方法适用于被分离组分沸点相持气态，也是一种低温分离方法。这种方法适用于被分离组分沸点相距较远的情况，如氮和氢的分离、氖和氦的分离等。距较远的情况，如氮和氢的分离、氖和氦的分离等。 吸收法吸收法：用某种液态吸收剂在适当
9、的温度、压力条件下吸收气体混合：用某种液态吸收剂在适当的温度、压力条件下吸收气体混合物中某些组分，以达到分离的目的。吸收过程根据其吸收机理不同可物中某些组分，以达到分离的目的。吸收过程根据其吸收机理不同可分为物理吸收和化学吸收，主要用于吸收二氧化碳等。分为物理吸收和化学吸收，主要用于吸收二氧化碳等。 常温分子筛净常温分子筛净化增压膨胀空化增压膨胀空分流程是目前分流程是目前国内外广泛采国内外广泛采用的低温精馏用的低温精馏法空分工艺法空分工艺 。吸附法：吸附法：利用多孔性的固体吸附剂对气体混合物中某些组利用多孔性的固体吸附剂对气体混合物中某些组分具有选择吸附的机理。以达到气体分离的目的。在空分分具
10、有选择吸附的机理。以达到气体分离的目的。在空分设备中一般用分子筛除去空气中的水分及二氧化碳。设备中一般用分子筛除去空气中的水分及二氧化碳。 薄膜渗透法：薄膜渗透法：是利用高分子聚合物薄膜的渗透选择性从气是利用高分子聚合物薄膜的渗透选择性从气体混合物中将某种组分分离出来的一种方法。该法分离过体混合物中将某种组分分离出来的一种方法。该法分离过程不需要发生相态变化，不需低温，设备简单，操作方便。程不需要发生相态变化，不需低温，设备简单，操作方便。但目前容量不大但目前容量不大 。由以上分析可知：成熟的低温精馏法仍将由以上分析可知：成熟的低温精馏法仍将是目前是目前IGCCIGCC系统制氧的可靠选择系统制
11、氧的可靠选择 能耗指标：主要包括蒸汽和电的消耗指标。能耗指标：主要包括蒸汽和电的消耗指标。噪音指标；噪音指标；机组寿命和连续运行周期；机组寿命和连续运行周期；压缩机机械性能保证值压缩机机械性能保证值 。整体化空分系数整体化空分系数名称名称整体化空分系统整体化空分系统独立空分系统独立空分系统部分整体化空分系统部分整体化空分系统形式形式空分所用压缩空气空分所用压缩空气是由燃气轮机压气是由燃气轮机压气机出口抽取的。机出口抽取的。空分所用的压缩空空分所用的压缩空气是与燃机无关的气是与燃机无关的独立压缩机供给的。独立压缩机供给的。空分所用的空气一部分来空分所用的空气一部分来自于燃气轮机压缩机抽取，自于燃
12、气轮机压缩机抽取，另一部分由单独的空压机另一部分由单独的空压机供给。供给。特点特点能耗较低能耗较低;收益不大收益不大;问题较多。问题较多。耗能较多耗能较多;便于电厂的综合控便于电厂的综合控制制;给电厂调试运行带给电厂调试运行带来好处。来好处。供电效率略低供电效率略低;运行调节性好运行调节性好;净输出功率较大净输出功率较大.整体化空分系数（整体化空分系数（Xas）定义为从燃气轮机的压气机所抽空气量占空分）定义为从燃气轮机的压气机所抽空气量占空分装置所需空气量的比例。独立空分系统的装置所需空气量的比例。独立空分系统的Xas=0； 整体空分系统的整体空分系统的 Xas=1；部分整体化空分系统的；部分
13、整体化空分系统的Xas介于介于0与与1之间。之间。 根据其与燃气轮机根据其与燃气轮机的配合关系分为如下三种：的配合关系分为如下三种：煤的气化是一个在高温条件下使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，煤的气化是一个在高温条件下使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。气化炉中的气化反应主要是煤中的气化炉中的气化反应主要是煤中的C C与气化剂中的与气化剂中的O O2 2、H H2 2O O、COCO2 2和和H H2 2的的反应，也有反应，也有C C和产物以及产物之间进行的反应。主要发生以下反应：和产物以及产物之间进行的反应。主要发生以
14、下反应： 1 1）煤的裂解和挥发份的燃烧）煤的裂解和挥发份的燃烧 水煤浆和氧气进入高温气化炉后水煤浆和氧气进入高温气化炉后, ,水份迅速蒸发为水蒸汽。煤粉发水份迅速蒸发为水蒸汽。煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物及挥发份在高温、高氧浓度下迅生热裂解并释放出挥发份。裂解产物及挥发份在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧速完全燃烧, ,同时煤粉变成煤焦同时煤粉变成煤焦, ,放出大量的反应热。放出大量的反应热。1422342526CoalCHHCOCOH OChar1ii2 2）燃烧及气化反应）燃烧及气化反应煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反应应
15、, ,生成生成COCO、COCO2 2 等气体等气体, ,放出反应热放出反应热; ;另一方面另一方面, ,煤焦煤焦又和水蒸汽、又和水蒸汽、COCO2 2 等发生化学反应等发生化学反应, ,生成生成COCO、H H2 2。 3 3）气化反应）气化反应水煤气反应：水煤气反应：甲烷重整反应：甲烷重整反应：21 29.25/COCOMJ kg2214.37/CCOCOMJ kg2210.94/CH OCOHMJ kg1242()3219.3OkmolCOHCHHMJ222CO+H OCOH41MJ/kmol分类方式分类方式按照供热式分类按照供热式分类按气化剂分类按气化剂分类按照固体燃料和运按照固体燃料
16、和运动状态分类动状态分类种类种类1.自热式气化法自热式气化法2.间接供热气化法间接供热气化法3.煤的水蒸气气化煤的水蒸气气化 和加氢气化相结合和加氢气化相结合4.热载体供热热载体供热1.空气蒸汽气化空气蒸汽气化2.氧气蒸汽气化氧气蒸汽气化3.氢气气化氢气气化1.移动床（固定床）移动床（固定床）气化法气化法2.流化床气化法流化床气化法3.气流床气化法气流床气化法气流床气化法气流床气化法：粉煤由气化剂夹带入炉，进行并流式燃烧和气：粉煤由气化剂夹带入炉，进行并流式燃烧和气化反应。采用气体和水作为介质，在一定压力下喷入气化炉煤化反应。采用气体和水作为介质，在一定压力下喷入气化炉煤粉与同时喷入的氧化剂在
17、短时间内接触，在高温高压下气化过粉与同时喷入的氧化剂在短时间内接触，在高温高压下气化过程瞬间完成。气流床工艺按照进料方式不同分为水煤浆和干粉程瞬间完成。气流床工艺按照进料方式不同分为水煤浆和干粉进料两种进料两种 冷煤气效率冷煤气效率 1 1 显然，提高显然，提高 1 1就是把煤中的化学能，更多地变成煤气就是把煤中的化学能，更多地变成煤气的化学能，去燃气轮机系统做功。用干法供煤、提高气化温度、采的化学能，去燃气轮机系统做功。用干法供煤、提高气化温度、采用两段气化炉等，均可提高冷煤气效率。性能良好的气化炉的用两段气化炉等，均可提高冷煤气效率。性能良好的气化炉的 1 1可可达达80808888。热效
18、率热效率 ：1100%生成合成气的化学能燃料的化学能100%t合成气的化学能气化剂显热燃料的化学能t碳转化率碳转化率: : 指煤中所含碳元素在气化炉中转化成指煤中所含碳元素在气化炉中转化成为煤气成分中含碳量的百分数。对于性能良好的为煤气成分中含碳量的百分数。对于性能良好的气化炉，采用干法供煤、氧气气化，可使煤的转气化炉，采用干法供煤、氧气气化，可使煤的转化率达化率达9999以上。以上。比氧耗比氧耗 ：每生产：每生产1000Nm1000Nm3 3 (CO+H (CO+H2 2) )所能消耗的纯所能消耗的纯氧量，称为比氧耗，单位：氧量，称为比氧耗，单位：NmNm3 3/1000Nm/1000Nm3
19、 3。比煤耗：比煤耗： 每生产每生产1000Nm1000Nm3 3 (CO+H (CO+H2 2) )所能消耗的干所能消耗的干煤量，称为比煤耗，单位：煤量，称为比煤耗，单位：kg/1000Nmkg/1000Nm3 3。产气率：气化炉干煤气中有效气（产气率：气化炉干煤气中有效气（CO+HCO+H2 2）产量）产量（NmNm3 3/h/h）和气化炉入炉干基原料量（）和气化炉入炉干基原料量（kg/hkg/h）的比）的比值值 ，单位：，单位：NmNm3 3/kg/kg水煤浆气化工艺进料设备及系统简单；水煤浆气化工艺进料设备及系统简单；运行、计量方便，运行经验比干粉进运行、计量方便，运行经验比干粉进料更
20、多，运行安全可靠，易于升高压料更多，运行安全可靠，易于升高压力，进料灵活，容易转换成油或其它力，进料灵活，容易转换成油或其它废料的气化；废料的气化；磨煤、制浆、燃烧器均比干粉进料简磨煤、制浆、燃烧器均比干粉进料简单；水煤浆制备飞灰少，环境好，国单；水煤浆制备飞灰少，环境好，国内也有一定的研究和应用基础；内也有一定的研究和应用基础；水煤浆气化工艺冷煤气效率、热煤气水煤浆气化工艺冷煤气效率、热煤气效率和煤气热值低于干法进料的气化效率和煤气热值低于干法进料的气化炉，电站的供电效率一般较干法供料炉，电站的供电效率一般较干法供料的气化工艺低的气化工艺低1.51.52 2个百分点。水煤个百分点。水煤浆气化
21、工艺在国内应用经验较多。浆气化工艺在国内应用经验较多。GE Energy (Chevron-Texaco) ConocoPhillips E-Gas典型的水煤浆气化炉典型的水煤浆气化炉干粉气化工艺进料在煤的干粉气化工艺进料在煤的制备、干燥、加压及输送制备、干燥、加压及输送过程中，系统复杂，设备过程中，系统复杂，设备较多；较多；但煤气热值高，冷煤气效但煤气热值高，冷煤气效率高，可气化含灰量较高率高，可气化含灰量较高的煤；的煤；燃烧喷嘴的寿命长，组成燃烧喷嘴的寿命长，组成的的IGCCIGCC电站效率较高，运电站效率较高，运行的安全性（加压防爆）行的安全性（加压防爆）等不及水煤浆进料气化工等不及水煤
22、浆进料气化工艺，初投资相对较高。艺，初投资相对较高。废热锅炉是煤加压气化岛中的一个重大关废热锅炉是煤加压气化岛中的一个重大关键设备，它承担着复杂工况下一系列繁重键设备，它承担着复杂工况下一系列繁重的工艺任务，该设备的运行情况直接影响的工艺任务，该设备的运行情况直接影响IGCCIGCC可用率及可靠性，是可用率及可靠性，是IGCCIGCC电站的关键电站的关键技术之一，也是技术之一，也是IGCCIGCC电站主要难点之一。电站主要难点之一。我们所说的我们所说的IGCCIGCC电站中装备的废热锅炉并电站中装备的废热锅炉并非是一个孤立的设备，它必须满足其前置非是一个孤立的设备，它必须满足其前置气化工艺和后
23、续工艺的要求。气化工艺和后续工艺的要求。辐射废锅与气化炉之间由喉部相连，用来回收气化炉出口煤辐射废锅与气化炉之间由喉部相连，用来回收气化炉出口煤气的显热。熔渣和粗合成气从气化炉流向辐射废锅，熔融渣气的显热。熔渣和粗合成气从气化炉流向辐射废锅，熔融渣从辐射废锅出口流出，合成气经过受热面换热以后从辐射废从辐射废锅出口流出，合成气经过受热面换热以后从辐射废锅底部排除到对流废锅，这是提高系统效率的重要方法。辐锅底部排除到对流废锅，这是提高系统效率的重要方法。辐射废锅应用于水煤浆气化系统的技术在国内还没有经过工业射废锅应用于水煤浆气化系统的技术在国内还没有经过工业化应用，国内缺乏应用于水煤浆气化工艺的辐
24、射废锅的设计化应用，国内缺乏应用于水煤浆气化工艺的辐射废锅的设计和制造经验。和制造经验。辐射废锅形式一：内部的水冷壁的高度要根据温度场的计算确定，合成气辐射废锅形式一：内部的水冷壁的高度要根据温度场的计算确定，合成气到达该处的灰渣温度要小于到达该处的灰渣温度要小于T1温度温度.辐射废锅辐射废锅方案一辐射废锅形式二：外部的水冷壁的折弯处高度要根据温度场的计算确定，辐射废锅形式二：外部的水冷壁的折弯处高度要根据温度场的计算确定，合成气到达该处的灰渣温度要小于合成气到达该处的灰渣温度要小于T1温度。温度。方案二辐射废锅形式辐射废锅形式三：三：辐射废锅内水冷壁的高度通过计算得到。辐射废锅内水冷壁的高度
25、通过计算得到。 方案三对流废锅可以选择火管式和水管式两种形式。对流废锅可以选择火管式和水管式两种形式。火管式对流废锅具有传热效率高，体积小，造价火管式对流废锅具有传热效率高，体积小，造价低的优势，其缺点是系统吹灰困难容易造成积灰。低的优势，其缺点是系统吹灰困难容易造成积灰。TampaTampa电厂水煤浆气化电厂水煤浆气化IGCCIGCC系统采用的火管式对流系统采用的火管式对流废锅的积灰问题比较严重，影响机组的可用率，废锅的积灰问题比较严重，影响机组的可用率，目前已经停止使用。目前已经停止使用。水管式对流废锅具有吹灰和受热面布置容易的特水管式对流废锅具有吹灰和受热面布置容易的特点，但是缺点是传热
26、效率不如火管式，设备体积点，但是缺点是传热效率不如火管式，设备体积庞大，造价要高于火管式废锅。庞大，造价要高于火管式废锅。 气化炉出来的合成气中的气化炉出来的合成气中的KaKa、NaNa等碱金属盐是以等碱金属盐是以气态形式进入辐射废锅，由于其结晶温度在气态形式进入辐射废锅，由于其结晶温度在600600700700之间，故在辐射废锅内不会沉积，但在对之间，故在辐射废锅内不会沉积，但在对流废锅里就容易沉积，根据以往的垃圾焚烧锅炉流废锅里就容易沉积，根据以往的垃圾焚烧锅炉和秸杆焚烧锅炉经验，解决办法是避开此温度区，和秸杆焚烧锅炉经验，解决办法是避开此温度区，如采用空腔膜式水冷壁，降低气体温度，使其在
27、如采用空腔膜式水冷壁，降低气体温度，使其在进入对流受热面时，温度已低于进入对流受热面时，温度已低于600600。在对流废。在对流废锅的设计中充分考虑锅的设计中充分考虑KaKa、NaNa盐的结晶问题，在入盐的结晶问题，在入口段设置膜式水冷壁，此段内不布置对流受热面，口段设置膜式水冷壁，此段内不布置对流受热面，使合成气经过此段膜式水冷壁后温度降到使合成气经过此段膜式水冷壁后温度降到600600以以下。下。在在IGCCIGCC系统中，合成气净化工艺必不可少。系统中，合成气净化工艺必不可少。通常合成气中除通常合成气中除COCO、H H2 2、CHCH4 4、COCO2 2外，还有外，还有H H2 2S
28、 S、COSCOS、粉尘、卤化物、粉尘、卤化物、NHNH3 3、碱金属及、碱金属及焦油蒸汽等杂质，这些杂质对燃气轮机及焦油蒸汽等杂质，这些杂质对燃气轮机及后续的其它系统有腐蚀和磨损的危害，为后续的其它系统有腐蚀和磨损的危害，为了使了使IGCCIGCC机组正常运行并达到较高的可靠机组正常运行并达到较高的可靠性，必须在合成气进入燃气轮机之前，对性，必须在合成气进入燃气轮机之前，对其进行净化处理。其进行净化处理。 常温湿法的净化系统已经是相当成熟的技术，而常温湿法的净化系统已经是相当成熟的技术，而高温干法的净化技术则正在开发之中。高温干法的净化技术则正在开发之中。从气化炉出来的粗煤气中总是含有一定数
29、量的粉从气化炉出来的粗煤气中总是含有一定数量的粉尘，它的含尘量则因气化炉类型的不同和原煤含尘，它的含尘量则因气化炉类型的不同和原煤含灰量之不同而差别很大。灰量之不同而差别很大。在气流床气化炉中，在燃烧含灰量大于在气流床气化炉中，在燃烧含灰量大于20%20%的煤种的煤种时，大约有时，大约有10%15%10%15%的含灰量将以粉尘的形式被煤的含灰量将以粉尘的形式被煤气带出气化炉。当煤的含灰量为气带出气化炉。当煤的含灰量为10%10%时，粉尘的携时，粉尘的携带量将增至带量将增至50%50%。对于流化床气化炉来说，粉尘的。对于流化床气化炉来说，粉尘的携带量还会更多。携带量还会更多。除尘工艺主要分为除尘
30、工艺主要分为: :干法湿法洗涤除尘、湿法洗干法湿法洗涤除尘、湿法洗涤除尘。涤除尘。 主要包括以下过程主要包括以下过程：干法除尘干法除尘：来自合成气冷却器的粗煤气先进入旋风分离：来自合成气冷却器的粗煤气先进入旋风分离器进行除尘，而后再进入高温高压陶瓷过滤器中进一步器进行除尘，而后再进入高温高压陶瓷过滤器中进一步的过滤，使得进入脱硫系统之前合成气最大含尘量不高的过滤，使得进入脱硫系统之前合成气最大含尘量不高于于1 12mg/Nm2mg/Nm3 3。 湿式洗涤湿式洗涤：经干法除尘后的煤气进入洗涤塔，在洗涤塔：经干法除尘后的煤气进入洗涤塔，在洗涤塔中除去合成气中的氯化氢和氟化氢，并进一步除尘和冷中除去
31、合成气中的氯化氢和氟化氢，并进一步除尘和冷却，进入水解和脱硫工序。却，进入水解和脱硫工序。 COSCOS水解转换水解转换：合成气离开洗涤塔后进入：合成气离开洗涤塔后进入COSCOS催化水解塔，催化水解塔，在催化剂作用下将原气中的有机硫转化为易脱除的无机在催化剂作用下将原气中的有机硫转化为易脱除的无机硫，即分别将硫，即分别将COSCOS转化成转化成H H2 2S S。其反应式如下： COSH2 2OH2 2SCO2 2合成气首先经过文丘里洗涤器，使得灰尘与水充合成气首先经过文丘里洗涤器，使得灰尘与水充分的结合，然后送入合成气洗涤塔。洗涤塔的洗分的结合，然后送入合成气洗涤塔。洗涤塔的洗涤包括涤包括
32、3 3个步骤：（个步骤：（1 1）首先在水面下对灰渣进行）首先在水面下对灰渣进行收集；（收集；（2 2）然后是凝结水洗涤盘对合成气进行清）然后是凝结水洗涤盘对合成气进行清洗；（洗；（3 3）最后是合成气洗涤塔顶部的除雾器将合）最后是合成气洗涤塔顶部的除雾器将合成气中的水滴去除。成气中的水滴去除。出口的合成气的含尘量小于出口的合成气的含尘量小于4mg/Nm4mg/Nm3 3。合成气洗涤。合成气洗涤塔底部水和辐射废锅底部含灰水（黑水），被送塔底部水和辐射废锅底部含灰水（黑水），被送到黑水闪蒸系统处理到黑水闪蒸系统处理 。脱硫工艺主要分为以下两种脱硫工艺主要分为以下两种: : 常温湿法脱硫系统常温湿
33、法脱硫系统高温干法脱硫系统高温干法脱硫系统 由于高温脱硫目前还处于研究开发和试验由于高温脱硫目前还处于研究开发和试验阶段，所以通常采用常温湿法煤气脱硫方阶段，所以通常采用常温湿法煤气脱硫方式。式。 物理吸收法物理吸收法 ：适用于：适用于IGCCIGCC工程的主要有工程的主要有NHD NHD （Selexol Selexol ）法即聚乙二醇二甲醚法。美国的）法即聚乙二醇二甲醚法。美国的Cool Water IGCC Cool Water IGCC 示范电站在用。示范电站在用。化学吸收法化学吸收法 ：适用于：适用于IGCCIGCC工程的主要有工程的主要有MDEAMDEA法即法即甲基二乙醇胺。美国的
34、甲基二乙醇胺。美国的TampaTampa、Wabash River Wabash River 和和西班牙的西班牙的Puertollano IGCC Puertollano IGCC 示范电站在用。示范电站在用。物理物理化学吸收法化学吸收法 ：适于：适于IGCCIGCC的方法主要有环丁的方法主要有环丁砜（砜（SulfinolSulfinol）法。）法。 荷兰荷兰Demkolec IGCC Demkolec IGCC 示范电示范电站在用。站在用。直接转化法（又称氧化法）直接转化法（又称氧化法） 煤气常温湿法脱硫已得到广泛使用，国外的煤气常温湿法脱硫已得到广泛使用，国外的IGCCIGCC电站中采电站
35、中采用较多的是用较多的是MDEAMDEA法、法、SelexolSelexol法和环丁砜法（法和环丁砜法（SulfinolSulfinol）。）。国内开发的国内开发的MNHDMNHD工艺技术是一种物理溶剂吸收的气体脱硫工艺技术是一种物理溶剂吸收的气体脱硫脱碳净化方法，所用的吸收溶剂是以聚乙二醇二甲醚为主脱碳净化方法，所用的吸收溶剂是以聚乙二醇二甲醚为主的混合物，可在常温下脱除合成气中所含的的混合物，可在常温下脱除合成气中所含的H H2 2S S、COCO2 2、COSCOS、RSHRSH、RHRH及及CnHnSCnHnS等杂质，且吸收溶剂对等杂质，且吸收溶剂对H2SH2S的吸收能力远的吸收能力远
36、大于大于COCO2 2，即对，即对H H2 2S S的选择性更好。的选择性更好。 燃机岛主要燃机岛主要由湿饱和器、由湿饱和器、净燃气加热净燃气加热器、阀站、器、阀站、燃气轮机及燃气轮机及其辅助设备其辅助设备组成。组成。 燃气轮机由压气机、燃燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平组成。烧室和燃气透平组成。空气由压气机的入口进空气由压气机的入口进入压气机，经过压缩提入压气机，经过压缩提高压力后进入燃烧室，高压力后进入燃烧室，与进入燃烧室的燃料混与进入燃烧室的燃料混合燃烧，提高燃烧所产合燃烧，提高燃烧所产生燃气温度后进入透平，生燃气温度后进入透平，高温，高压的燃气在透高温，高压的燃气在透平里膨胀，将燃气
37、的热平里膨胀，将燃气的热能和压力能先转变成燃能和压力能先转变成燃气高速运动的动能，随气高速运动的动能，随后再进一步转变成机械后再进一步转变成机械功功燃气轮机压气机燃气透平空气燃料排气热效率热效率：当工质完成一个循环时，把外界加给工：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能，转化为机械能的百分数。热效率有以质的热能，转化为机械能的百分数。热效率有以下几种表示形式：下几种表示形式： 1 1）简单循环效率：）简单循环效率： 2 2）燃机发电效率：）燃机发电效率： 3 3）燃机供电效率（净效率）：）燃机供电效率（净效率）：c燃气透平的膨胀功压气机的压缩功燃料量 燃料低位发热量GcMgtGgtc燃气轮
38、机的机械传动效率发电机效率NGcc(1)厂用电耗率热耗率热耗率：每产生：每产生1KWh1KWh的电功所需消耗的燃料的的电功所需消耗的燃料的热能，即热能，即比功比功：进入燃气轮机压气机的：进入燃气轮机压气机的1kg1kg空气，在燃空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械功（或电功），或净功。功（或电功），或净功。压缩比压缩比：压气机出口空气与入口空气压力的比：压气机出口空气与入口空气压力的比值。值。燃气初温燃气初温：进入燃气透平的燃气温度：进入燃气透平的燃气温度T T3 3排气温度排气温度：燃气透平出口的气体温度：燃气透平出口的气体温度T T4
39、4燃烧室温度燃烧室温度eNc3600q压气机吸入口的压力保持系数：压气机吸入口的压力保持系数：压气机与燃气透平之间的压力保持系数压气机与燃气透平之间的压力保持系数: : 燃气透平排气侧的压力保持系数：燃气透平排气侧的压力保持系数：r燃气透平入口处燃气的压力压气机出口处空气的压力y压气机吸入口的压力外界大气压力t燃气透平排气的压力外界大气压力压气机的等熵压缩效率：压气机的等熵压缩效率：工质在理想的绝热压缩工质在理想的绝热压缩过程中所需吸收的压缩功与在实际压缩过程中的过程中所需吸收的压缩功与在实际压缩过程中的压缩功的比值；压缩功的比值；燃气透平的等熵膨胀效率燃气透平的等熵膨胀效率: : 工质在透平
40、的实际膨工质在透平的实际膨胀过程中，能够发出的实际机械功，与工质在按胀过程中，能够发出的实际机械功，与工质在按照理想绝热膨胀过程进行膨胀，而达到一个终态照理想绝热膨胀过程进行膨胀，而达到一个终态压力时，所能发出的理想机械功的比值；压力时，所能发出的理想机械功的比值；燃烧室的燃烧效率燃烧室的燃烧效率双燃料喷嘴、火焰筒立体图燃料成分不同燃料成分不同：合成气的主要成分是合成气的主要成分是COCO，还有一定量，还有一定量H H2 2；天然气的主要成分是天然气的主要成分是CHCH4 4。燃烧方式不同燃烧方式不同：天然气燃机一般采用预混燃烧方式；而合：天然气燃机一般采用预混燃烧方式；而合成气燃机成气燃机一
41、般采用扩散燃烧防止因为可燃组分，特别是一般采用扩散燃烧防止因为可燃组分，特别是H H2 2含量的变化发生回火。含量的变化发生回火。TexacoShellCO54%65.1%H234%25.6%CO211%0.8%CH40.01%0.01%稀释燃烧方式稀释燃烧方式 ：为了控制：为了控制NOxNOx排放，合成气燃气排放，合成气燃气轮机要采用稀释燃烧方式。常用的稀释剂有轮机要采用稀释燃烧方式。常用的稀释剂有N N2 2和和水蒸气。水蒸气。 1 1）N N2 2回注回注将空分所得的非纯净氮气再用氮将空分所得的非纯净氮气再用氮气压缩机增压后，与洁净合成气掺混在一起，返气压缩机增压后，与洁净合成气掺混在一
42、起，返回到燃气轮机系统中去参与循环过程，这样，就回到燃气轮机系统中去参与循环过程，这样，就可以增加做功的工质流率，并可以降低燃烧室内可以增加做功的工质流率，并可以降低燃烧室内火焰的温度，有利于减少火焰的温度，有利于减少NOxNOx的排放量的排放量 。 2 2）加湿饱和）加湿饱和对合成气在进入燃机之前进行对合成气在进入燃机之前进行加湿饱和，进而达到降低加湿饱和，进而达到降低NOxNOx排放的目的。排放的目的。压气机与燃气透平的比率不同：压气机与燃气透平的比率不同： COCO的燃烧的燃烧速度比速度比CHCH4 4低的多，在相同的输入热功率下，低的多，在相同的输入热功率下，合成煤气的流量要比天然气大
43、的多，因此合成煤气的流量要比天然气大的多，因此改烧合成气并且采用稀释燃烧技术后，通改烧合成气并且采用稀释燃烧技术后，通过燃气透平的工质流量增加约过燃气透平的工质流量增加约8 81010，导，导致压气机背压略有增高，输出功率增加，致压气机背压略有增高，输出功率增加，燃机偏离设计点工作。采用燃机压气机出燃机偏离设计点工作。采用燃机压气机出口抽气可以解决该问题。口抽气可以解决该问题。在在IGCCIGCC中余热锅炉是回收燃气轮机的排气中余热锅炉是回收燃气轮机的排气余热，借以产生推动蒸汽轮机发电所需蒸余热，借以产生推动蒸汽轮机发电所需蒸汽的换热设备。汽的换热设备。从循环角度分析，余热锅炉是将燃气循环从循
44、环角度分析，余热锅炉是将燃气循环与蒸汽循环联结起来的一个热力部件，起与蒸汽循环联结起来的一个热力部件，起着承上启下的作用，是系统整体化和各子着承上启下的作用，是系统整体化和各子系统匹配的一个关键所在。系统匹配的一个关键所在。余热锅炉的当量效率：余热锅炉的当量效率：节点温差：余热锅炉中蒸发器入口处燃气的温度与节点温差：余热锅炉中蒸发器入口处燃气的温度与饱和水温度之间的差值。即饱和水温度之间的差值。即接近点温差：余热锅炉中省煤器出口的水温与相应接近点温差：余热锅炉中省煤器出口的水温与相应压力下饱和水温之间的差值。即压力下饱和水温之间的差值。即排烟温度排烟温度高温端差高温端差h燃气轮机的排气温度-余
45、热锅炉的排气温度燃气轮机的排气温度-大气温度xg7stTTwsw7tTTn目前，目前，IGCCIGCC系统中都采用无补燃的余热锅炉，系统中都采用无补燃的余热锅炉，它们可以是自然循环的方式，也可以是强制循它们可以是自然循环的方式，也可以是强制循环方式。传热面都采用鳍片管。为了方便制造环方式。传热面都采用鳍片管。为了方便制造和安装，均采用模块结构。和安装，均采用模块结构。n余热锅炉的汽水循环方式有单压、双压、双压余热锅炉的汽水循环方式有单压、双压、双压再热、三压、三压再热汽轮机以及配套设置。再热、三压、三压再热汽轮机以及配套设置。在在IGCCIGCC中一般不从蒸汽轮机中抽取蒸汽去加热中一般不从蒸汽
46、轮机中抽取蒸汽去加热给水，因而蒸汽轮机的低压缸排向凝汽器的蒸给水，因而蒸汽轮机的低压缸排向凝汽器的蒸汽流量要比常规的蒸汽轮机多。汽流量要比常规的蒸汽轮机多。 在在IGCCIGCC中蒸汽轮机必须适应快速启动的要求，中蒸汽轮机必须适应快速启动的要求，这就要求在蒸汽轮机的结构上采取必要的措这就要求在蒸汽轮机的结构上采取必要的措施施 。在在IGCCIGCC中蒸汽轮机一般采用滑压运行。中蒸汽轮机一般采用滑压运行。蒸汽轮机功率；蒸汽轮机功率；相对内效率：相对内效率：排气干度：排气干度：100%排气总质量-排气中液态水份的质量排气干度=排气总质量=100%实际焓降相对内效率理想焓降叶顶损失：叶顶损失：叶片的
47、端部损失。叶片的端部损失。叶根损失：叶根损失：叶片的根部损失。叶片的根部损失。级效率：级效率：又称级的相对内效率，指级的有效焓降又称级的相对内效率，指级的有效焓降 与级的理想可用能量之比。与级的理想可用能量之比。发展发展IGCCIGCC的必要性及意义的必要性及意义发展现状发展现状发展趋势发展趋势n继超超临界燃煤发电技术之后，继超超临界燃煤发电技术之后，IGCCIGCC是世界上极有发展是世界上极有发展前途的一种洁净煤发电技术。前途的一种洁净煤发电技术。n我国经济发展水平与和谐社会的建设为我国经济发展水平与和谐社会的建设为IGCCIGCC的发展提出的发展提出了要求和物质基础。了要求和物质基础。nI
48、GCCIGCC作为燃煤发电或结合多联产，具有效率高、环境友作为燃煤发电或结合多联产，具有效率高、环境友好、特别是好、特别是COCO2 2减排等优势，代表未来电力技术的发展方减排等优势，代表未来电力技术的发展方向。向。nIGCCIGCC是多项科学技术汇合组成的新型高效洁净煤发电技是多项科学技术汇合组成的新型高效洁净煤发电技术，将推动我国化工、机械、能源、环保产业及城市建术，将推动我国化工、机械、能源、环保产业及城市建设、综合利用等方面的发展。设、综合利用等方面的发展。我国发展我国发展IGCC的目的与意义的目的与意义IGCCIGCC发电列入发电列入国家中长期科学和技术发展规划国家中长期科学和技术发
49、展规划纲要纲要；国家发改委将国家发改委将IGCCIGCC发电列为发电列为“十一五十一五”期间的重期间的重点项目和重点产业；点项目和重点产业；国家科技部将国家科技部将IGCCIGCC发电列为国家发电列为国家“十一五十一五”重大重大专项；专项；国家计划在全国范围内，计划建设国家计划在全国范围内，计划建设1313个单机容量个单机容量为为400MW 400MW 的的IGCC-IGCC-多联产项目多联产项目 。华能天津IGCC华电半山IGCC东莞IGCC新建200MWe级干煤粉气化技术E级燃机新建200MWe级水煤浆气化技术130MW级燃机120MWe级节油工程粉煤加压密相输运床气化技术40MW级燃机2
50、00MWe级粉煤加压密相输运床气化技术130MW级燃机山西潞安油电联产示范工程兖矿榆林油电联产示范工程百万吨级合成油/60MWe级电联产4台低温费托合成反应器40MW级燃机16万吨/年合成油/60MWe级电联产单机费托合成反应器40MW级燃机（1 1）建立以煤基气化为基础的）建立以煤基气化为基础的IGCCIGCC氢能发电技氢能发电技术及术及COCO2 2脱除关键单元技术以及系统集成技术脱除关键单元技术以及系统集成技术的试验系统和研究平台，进行上述单元技术及的试验系统和研究平台，进行上述单元技术及其系统集成技术的研究，为近零排放的煤电技其系统集成技术的研究，为近零排放的煤电技术工程化提供经济与技
