淺談IGCC型潔凈煤發電技術

發布：2018-12-18 | 點擊：人次

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隨著能源技術及環保技術的發展，IGCC型潔凈煤發電技術將會在我國發展起來。文中分析了整體煤氣化燃氣-蒸汽聯合循環的基本原理，并介紹了煤的氣化，凈化裝置和技術。

整體煤氣化燃氣—蒸汽聯合循環（IGCC）是在70年代西方國家石油危機時期開始研究的一種潔凈煤發電技術，它的技術概念和線路是非常清晰的，那就是：煤在氣化爐中氣化成為中熱值煤氣，然后通過處理，把粗煤氣中的灰分、含硫化合物等有害物質除凈，供到煤氣化聯合循環中去燃燒做功，借以達到以煤代油的目的。這樣，就能間接地實現在供電效率很高的煤氣化循環中燃用固體燃料煤的愿望。在這種技術中，燃氣輪機、余熱鍋爐以及蒸汽輪機部分都是常規的成熟技術，所不同的主要是煤的氣化和粗煤氣的凈化設備。人們希望通過這種技術，既能提高煤電站的供電效率，又能解決燃煤所帶來的環境污染問題。

1技術原理

煤的氣化。是指把經過適當處理的煤送入氣化爐，在一定溫度和壓力下通過氣化劑的加入，以一定的方法流動，轉化成燃料氣體，即煤氣。煤的氣化主要產生CO和H2，并在燃燒前由煤氣凈化裝置脫除氣態硫和氮。粗煤氣中的硫化氫，可在煤氣冷卻后通過化學吸收或物理吸附脫除。這些凈化工藝脫除90％的硫。另外，還可在氣化過程中加石灰石固硫，可脫硫90％。煤氣中的氮容易除去，形成氨還可回收利用。

2IGCC中使用的氣化裝置

2．1煤的氣化裝置

煤的氣化裝置分為固定床氣化爐、流化床氣化爐和噴流床氣化爐3種。整體煤氣化燃氣—蒸汽聯合循環對氣化爐的要求是：

a．設備的實用性：要求氣化爐的加工工序要少，工作可靠性和設備的可用性單爐的生產能力大，維修方便，而設備的制造和維護費用低。

b．原料的適應性：要求氣化爐能加了多品種煤，其中包括焦結性煤，并能改用重用和石油焦等其他原料。c．煤氣化處理系統的簡單性：要求氣化爐所產生的煤氣中不含副產品焦油和酚類等有害物質，煤塵的攜帶量也應很少，這樣才能使煤氣的凈化系統簡單化。

d，與發電設備運行工況的匹配性：要求氣化爐具有對不斷變化負荷的適應能力。它既能迅速停爐，又能迅速再啟動。

2.2IGCC中氣化爐性能

IGCC中氣化爐比較（見表1、表2）。

3IGCC中使用的燃氣輪機

在IGCC的聯合循環中可以采用單軸式燃氣輪機作為發電設備的原動機。目前發電用燃氣輪機已經發展比較成熟，但是，由于它必須與IGCC的工藝流程有機地結合成為一個整體，并直接改燒煤氣，因而，必須對現有的燃氣輪機進行適當的改造，才能適應IGCC的工作需要。

由于燃氣輪機與IGCC系統中空氣分離系統連結關系的不同，以及燃用的合成煤氣品種的不同，燃氣輪機的改造內容也就有所差異。下面以燃氣輪機燃用中熱值煤氣為例作簡單介紹。

當煤的氣化爐向燃氣輪機提供中熱值煤氣時，燃氣輪機中的壓氣機和燃氣透平無需進行技術改造，燃氣輪機的燃燒室有必要作適當改造。一方面是為了滿足中熱值煤氣燃燒特性的要求，另一方面則是為了滿足降低排氣中NOx排放量的要求。

實踐表明：當原先燃用天然氣的燃氣輪機改燒中熱值煤氣時，燃燒室的主要幾何尺寸，如火焰管的直徑和長度無需改變，需要改變的是煤氣噴嘴和煤氣供應管道的尺寸。這時火焰管一次燃燒區的空氣分配量變化很少，因而燃燒室的總體尺寸無需作重大變化。

為了降低燃燒過程中NOx的排放量，可采用①在燃燒室前方增設煤氣飽和器。這是一種向煤氣噴射一定數量的水，使煤氣中的水蒸汽達到飽和狀態，從而把燃燒區的溫度控制在1650℃以下，以防止NOX生成的措施。②采取“分級燃燒”把燃燒室改造成為低NOx排放量的新型燃燒室。

4煤氣的凈化技術

煤氣凈化分常溫（小于400℃）和高溫凈化2大類。

4．1常溫煤凈化技術

常溫煤氣除塵是把氣化爐出來的高溫煤氣先經過多次冷卻，使溫度降至200左右，進到旋風除塵器中去進行初次降塵，把粗顆粒的灰塵除去，再用濕式除塵器把細灰除凈。

常溫煤氣脫硫-常用濕式脫硫，又多為化學吸附法。該法采用MDEA（甲基二已醇胺）。

MDEA法，其系統如圖1。

4．2高溫煤氣凈化技術

高溫煤氣凈化技術——目前采用較多的高溫煤氣凈化需先冷卻至400℃以下再凈化，這樣煤氣顯熱損失太大。若采用550-600℃或843℃高溫凈化時，可提高IGCC熱效率。目前高溫陶瓷過濾器發展較快。

高溫煤氣脫硫主要是借助金屬氧化物的粒狀脫硫劑與煤氣中的H2S反應，吸收硫的廢劑進行氧化再生繼續使用。

5展望

煤氣化聯合循環（IGCC）與其它發電方式相比，提高煤氣化聯合循環（IGCC）供電效率的潛力是比較大的，其環保特性也是zui優的，特別是在燃燒含硫量大于3％的高硫煤時，更是如此。當今，還需要經過一段發展和完善的過程，才能在電力工業中獲得一定數量的使用。在我國煤氣化聯合循環的發展是不可能與國際上的發展同步。但是，作為—個燃煤大國，特別是某些生產和燃用高硫煤的省份，污染治理的問題已經是刻不容緩了，而煤氣化聯合循環（IGCC）正是解決高硫煤地區發展經濟、兼顧環保要求的zui佳選擇。

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