IGCC電站氣化系統(tǒng)及灰水系統(tǒng)優(yōu)化

1、第卷第期年月華電技術電站氣化系統(tǒng)及灰水系統(tǒng)優(yōu)化俞駱，金向陽， （杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江杭州）（，）摘要：對整體式煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠氣化系統(tǒng)和灰水系統(tǒng)進行了簡要介紹，分析了半山整體式煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程的氣化和灰水系統(tǒng)工藝流程，著重論述了多噴嘴對置式水煤漿工藝流程、灰水處理工藝的選擇、氣化參數(shù)的優(yōu)選、初步凈化工序和渣水處理工序。關鍵詞：整體式煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術；氣化系統(tǒng)；灰水系統(tǒng)；高效環(huán)保；發(fā)展前景中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（）：（），：（）；整體式煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程系統(tǒng)整體式煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（以下簡稱）是將煤炭氣化和燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有機集成的一種潔凈煤發(fā)

2、電技術。在系統(tǒng)中，采用原料煤作為燃料，經(jīng)過氣化爐將其轉(zhuǎn)化為煤氣，并經(jīng)除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為潔凈的煤氣供給燃氣輪機燃燒做功。燃氣輪機排出的高溫煙氣經(jīng)余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電，從而實現(xiàn)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電過程。具有高效、清潔、節(jié)水、適應燃料性廣、易于實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點。浙江半山發(fā)電示范工程是基于“十一五”國家高技術研究發(fā)展計劃（計劃）級關鍵技術研究開發(fā)與工業(yè)示范課題研究的收稿日期：依托工程，該工程擬在“十一五”期間建成投產(chǎn)。系統(tǒng)氣化島工藝流程系統(tǒng)氣化島根據(jù)流程可以劃分為個單元。）氣化爐單元，包括制漿和氣化。（）合成氣高溫冷卻單元，包括輻射廢熱鍋爐和對流廢熱鍋爐。）除塵單元

3、。（）合成氣低溫冷卻單元，包括合成氣顯熱和其中水蒸汽潛熱的回收。）脫硫單元，包括硫的脫出和回收。（）渣水處理單元。（）空分單元。系統(tǒng)氣化島工藝流程如圖所示。 圖氣化島工藝流程框圖多噴嘴對置式水煤漿氣化技術及工藝比單純文氏管好。通過水洗塔和蒸發(fā)熱水塔對粗合本文主要研究氣化爐單元的工藝系統(tǒng)選擇和參數(shù)選擇。工藝流程空分來的高壓氧氣和煤漿槽內(nèi)的煤漿經(jīng)臺煤漿給料泵加壓后分別送至氣化爐的個工藝燒嘴，在氣化爐燃燒室內(nèi)進行部分氧化反應，生成的粗合成氣、熔渣及未完全反應的碳，沿氣化爐耐火表面向下流到氣化爐出口進入輻射式廢熱鍋爐。高溫的粗煤氣和液態(tài)渣進入輻射式廢熱鍋爐后，通過輻射傳熱將熱量傳遞給水冷壁，產(chǎn)生高壓蒸

4、汽，合成氣的流速選擇和結構設計使得熔渣在沖擊到冷卻面之前得到足夠的冷卻，固化失去粘結性從而保證不污濁受熱面。在輻射式廢熱鍋爐的底部，粗灰渣和部分細灰渣被收集在水槽中，大塊的渣被碎渣機碾碎并通過鎖斗系統(tǒng)排出氣化爐。工藝燒嘴在高溫下工作，為了保護燒嘴，在端部裝有冷卻盤管和水夾套，進入的冷卻水連續(xù)循環(huán)流動以冷卻燒嘴，防止高溫損壞。從對流式廢熱鍋爐來的煤氣經(jīng)過混合器、旋風分離器、水洗塔洗滌除塵后送凈化系統(tǒng)。水洗塔中部含固量較低的洗滌黑水經(jīng)黑水循環(huán)泵加壓后分為路：一路送入氣化爐洗滌冷卻環(huán)；另一路送入混合器作為洗滌潤濕水。水洗塔底部排出的黑水，通過流量控制經(jīng)減壓進入含渣水處理工序。含渣水處理工序再生的灰水

5、，經(jīng)過蒸發(fā)熱水塔預熱返回水洗塔?；宜幚砉に囘x擇新型多噴嘴對置式水煤漿氣化技術的灰水處理系統(tǒng)與水煤漿氣化技術相比，作了較大改進，采取分級凈化、蒸發(fā)分離、直接換熱的灰水處理流程。若采用混合器先對粗合成氣中灰渣顆粒進行預先充分潤濕混合，使進入旋風分離器中大部分灰渣顆粒可先期分離移出系統(tǒng)，盡量少帶入后續(xù)系統(tǒng)。效果成氣進一步洗滌除灰，灰水改間接換熱為直接換熱，消除換熱器易結垢堵塞的問題，提高熱傳遞效率，充分回收能量，系統(tǒng)阻力相對較小?；宜幚砗笫勾趾铣蓺膺M入氣體脫硫凈化單元，其成分工況見表。表粗合成氣成分工況洗滌塔出口粗合成氣成分壓力（）溫度質(zhì)量流量（·）體積流量（·）氣化參數(shù)的優(yōu)

6、化選擇氣化壓力氣化技術按氣化爐操作壓力的不同可分為常壓氣化和加壓氣化。由于加壓氣化具有生產(chǎn)強度高、對燃氣輸配和后續(xù)化學加工具有明顯的經(jīng)濟性等特點，所以，近現(xiàn)代氣化技術十分注重加壓氣化技術的開發(fā)。目前，將氣化壓力在以上的氣化統(tǒng)稱為加壓氣化技術。氣化壓力的提高，具有以下優(yōu)點：（）有利于體積縮小的反應的進行，煤氣中的和含量增加，煤氣的熱值提高；（）氣體比容小，氣化爐管路系統(tǒng)的流通尺寸小，減少了金屬消耗量和投資費用。由于燃機進氣所需壓力大約為（），如果氣化壓力太高，至燃機側(cè)的燃氣還需經(jīng)減壓才能經(jīng)驗表明：比煤耗越低，消耗的干煤量越少，經(jīng)進入燃機，造成能量的浪費?？紤]到系統(tǒng)內(nèi)設備和管路的壓降：合成氣高溫冷

7、卻單元（）、除塵單元（）、合成氣低溫冷卻單元（）、脫硫）、前置模塊單元（），浙江半山單元（發(fā)電示范工程氣化壓力采用（）。氣化溫度由于氣流床采用高溫氣化，因此，提高氣化溫度是增大氣化反應速度、提高生產(chǎn)能力和改善煤氣質(zhì)量的最有效的手段。若提高氣化溫度，可提高參加反應的各種物質(zhì)的高溫化學活性，以提高碳轉(zhuǎn)化率；濟性就越高；比氧耗越低，消耗的氧量越少，空分系統(tǒng)的容量可以減小，投資額度可以降低；碳轉(zhuǎn)化率高，則氣化反應充分，氣化效率就高；冷煤氣效率高，則煤中的化學能更多的轉(zhuǎn)化成煤氣的化學能，有利于提高循環(huán)系統(tǒng)的供電效率。根據(jù)熱平衡計算結果，浙江半山發(fā)電示范工程采用設計煤種滿世煤時，比煤耗為，比氧耗為，碳轉(zhuǎn)化

8、率為。也可以通過提高氣化劑中的氧濃度和氣化劑溫度的辦法來提高氣化溫度。氣化溫度的提高主要受煤灰熔點的制約。對于液態(tài)排渣氣化爐來說，氣化爐的操作溫度一般都要在灰的流動溫度以上，這樣，高溫爐渣就會以熔融狀態(tài)排出氣化爐。操作溫度的提高，有利于灰渣的流動，但爐磚侵蝕剝落程度會加快。根據(jù)有些廠家的經(jīng)驗，當操作溫度在以上每增加時，耐火磚熔蝕速率將增加倍。溫度偏低灰渣黏度升高，渣流動不暢，容易堵塞渣口。只有在最佳黏度范圍內(nèi)操作才能在爐磚表面形成一定厚度的灰渣保護層，這樣，既延長了爐磚壽命又不堵塞渣口。液態(tài)排渣氣化最佳操作溫度視灰渣的黏溫特性而定，一般推薦高于煤灰熔點。根據(jù)設計煤種的煤質(zhì)條件，氣化溫度的選擇原

9、則是在氣化煤種的灰渣流動溫度（）基礎上增加約。經(jīng)計算，氣化爐操作溫度確定為。氣化系統(tǒng)其他主要指標通過討論可知，氣化指標有氣化爐操作壓力、操作溫度、生產(chǎn)能力、粗煤氣產(chǎn)量及組成，此外，下列個主要工藝參數(shù)也用于評價煤種的氣化特性。（）產(chǎn)氣率單位時間生產(chǎn)的有效氣（）單位時間內(nèi)消耗的干煤量（）。（）比煤耗單位時間內(nèi)消耗的干煤量單位時間生產(chǎn)的有效氣量（）（）。（）比氧耗單位時間內(nèi)消耗的氧量單位時間生產(chǎn)的（）量（）。（）碳轉(zhuǎn)化率工藝氣體中碳總量入爐總碳量×。（）冷煤氣效率（氣化效率）煤氣的高位熱值原煤的高位熱值×。（）氣化強度單位時間內(nèi)產(chǎn)生的干氣量氣化爐燃燒室容積（·）。水煤漿

10、制備工序粒度為以下的碎煤，在控制流量的情況下連續(xù)送入煤倉，在煤倉中儲存可供的用量。煤倉中的煤經(jīng)煤稱重給料機計量后送入磨煤機。磨煤機中還加入煤漿添加劑，以穩(wěn)定煤漿，降低煤漿粘度。添加劑槽底部設有蒸汽盤管，添加劑經(jīng)添加劑給料泵送入磨煤機。制漿用水為含渣水處理工序的冷凝液和濾液，由磨煤水泵送入磨煤機，原水作為補充水。煤、水、添加劑在磨煤機濕磨至所要求的粒度分布，制得煤漿。磨煤機溢流煤漿經(jīng)一級滾筒篩濾去大顆粒后，依靠重力溢流至磨煤機出口槽，由磨煤機出口槽泵送氣化工序。氣化、廢熱鍋爐熱回收及煤氣初步凈化工序由磨煤機出口槽泵來的煤漿經(jīng)二級滾筒篩后送入煤漿槽。煤漿槽有一定的標高，提供煤漿給料泵所需的入口壓頭

11、。來自煤漿槽的煤漿，由臺煤漿給料泵加壓后，分別經(jīng)煤漿切斷閥進入工藝燒嘴。投料前，煤漿經(jīng)煤漿循環(huán)閥循環(huán)回煤漿槽?？辗盅b置來的純氧分流成路，分別經(jīng)氧氣流量調(diào)節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進入工藝燒嘴的中心通道和外通道。水煤漿和氧氣通過個對稱布置在同一水平面的工藝燒嘴同軸射流進入氣化爐內(nèi)，氣化反應的條件為、。燃燒室內(nèi)襯用耐火磚；生成的粗煤氣為，及水蒸汽等的混合物；煤中的未轉(zhuǎn)化組分與煤灰形成灰渣，粗煤氣與灰渣一起向下，進入輻射式廢熱鍋爐。熔渣冷卻并凝固后，落入輻射式廢熱鍋爐渣池。粗煤氣出輻射式廢熱鍋爐，經(jīng)對流式廢熱鍋爐后，去煤氣初步凈化工序。輻射式廢熱鍋爐、對流式廢熱鍋爐中粗煤氣降溫，顯熱用于產(chǎn)生蒸汽。輻射式廢

12、熱鍋爐渣池底部含渣水，通過液位調(diào)節(jié)連續(xù)送入含渣水處理工序。輻射式廢熱鍋爐的粗渣經(jīng)靜態(tài)破渣器、破渣機破渣后排入鎖斗，然后定時排放。在氣化爐預熱期間，利用頂置的預熱燒嘴進行升溫，直到氣化爐內(nèi)溫度達到要求的溫度為止。預熱燒嘴有其單獨的燃料供給和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對流式廢熱鍋爐出口氣體經(jīng)開工抽引器排入大氣。工藝燒嘴是在高溫狀態(tài)下工作的，為了保護燒嘴，在端部裝有冷卻盤管和水夾套，使通入的冷卻水連續(xù)循環(huán)流動而冷卻燒嘴，以防止高溫損壞燒嘴。從對流式廢熱鍋爐來的煤氣經(jīng)噴水后，進入混熱灰水，自身大部分冷凝。熱水室的熱水經(jīng)高溫熱水泵進入水洗塔中部。熱水室未冷凝的蒸汽進酸氣冷凝器，冷凝后，氣液兩相進酸氣分離器，氣相至火炬放

13、空，冷凝液進灰水槽。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室底部被濃縮的黑水經(jīng)液位調(diào)節(jié)由底側(cè)部排出，進入真空閃蒸器內(nèi)進行真空閃蒸，大量溶解的氣體釋放出來，黑水進一步濃縮，含固量增大，溫度進一步降低。真空閃蒸器底部的黑水經(jīng)液位控制依靠重力送至靜態(tài)混合器，與絮凝劑混合后流入澄清槽。澄清槽上部澄清水溢流，依靠重力進入灰水槽，經(jīng)低壓灰水泵合器，進一步與高溫熱水泵來的灰水混合，使煤氣夾帶的固體顆粒完全濕潤，以便從煤氣中快速除去。水煤氣的混合物進入旋風分離器，氣相中的大部分細灰進入液相，連續(xù)排出旋風分離器，進入含渣水處理工序。出旋風分離器的煤氣進入水洗塔的下部，煤氣向上穿過塔盤與塔中部加入的蒸發(fā)熱水塔加熱的循環(huán)灰水和塔上部加入的

14、來自下游工序的變換高溫冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒。伴隨著煤氣減濕、相變及灰水升溫等過程，煤氣在水洗塔頂部經(jīng)過旋流板除沫器，除去夾帶在氣體中的霧沫，將基本上不含細灰的工藝氣送出水洗塔，煤氣中含塵量應小于。在水洗塔出口管線設置在線分析儀，分析，。從水洗塔底部排出的黑水，通過流量控制經(jīng)減壓進入含渣水處理工序，含渣水處理工序再生的灰水，經(jīng)過蒸發(fā)熱水塔預熱后再返回水洗塔。含渣水處理工序含渣水處理工序的作用是將多噴嘴對置式氣化、廢鍋熱回收及煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水所含的固體和溶解的氣體分離出來并回收黑水所含的熱量。進入含渣水處理工序的黑水共有條路線：輻射式廢熱鍋爐渣池排放、旋風分離器排放、水

15、洗塔排放及鎖斗排放。來自輻射式廢熱鍋爐渣池、旋風分離器及水洗塔底部的黑水分別經(jīng)過減壓送入蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室。在蒸發(fā)熱水塔的蒸發(fā)室中，一部分水蒸發(fā)為蒸汽，連同少量溶解氣體進入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室與低壓灰水泵來的灰水直接接觸，加到蒸發(fā)熱水塔循環(huán)使用。為防止溶解固體在黑水系統(tǒng)中的累積，需向界外連續(xù)送出一部分灰水進行處理。結束語本文介紹了浙江半山發(fā)電示范工程的氣化和灰水系統(tǒng)的特點。氣化技術擬采用我國自主研發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術。根據(jù)工程容量及設計煤種（天津港滿世）的煤質(zhì)條件，水煤漿氣化爐容量為（干煤）。根據(jù)設計煤種（天津港滿世）的煤質(zhì)條件，氣化溫度暫按考慮；根據(jù)氣化系統(tǒng)的經(jīng)濟性和操作安全性以及系統(tǒng)的管路