喷流床气化技术选择对IGCC系统能量利用效率的影响

气化炉是整体煤气化联合循环(integrated gasificationcombined cycle,IGCC)中的核心设备之一,气化技术的选择会对系统发电效率产生重要影响。文中采用GT Pro软件,分别对以壳牌(Shell)炉、德士古(GE/Texaco)炉(分激冷流程和废锅流程)和三菱(MHI)空气气化炉为合成气气源的4种IGCC系统进行流程模拟,并在此基础上探讨气化技术对IGCC系统能量利用效率的影响和内在机制。计算结果表明,整体系统的能量转化和分配受气化岛的进料形式、氧化剂选择和合成气显热回收方式等因素的影响。在采用Shell气化炉的IGCC系统中,煤炭能量更多地转化为合成气的化学能,易获得较高的系统效率;而采用GE废锅流程和空气气化炉,煤炭能量中转化为合成气物理显热的比例增加,并以蒸汽形式回收利用。     

整体煤气化联合循环系统气化岛特性模拟研究

气化岛是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统中较为复杂的关键单元,对整个系统性能有较大的影响。利用Thermoflex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统角度出发,对直接激冷式、除尘系统前带有气/气热交换器和取消气/气热交换器的3种IGCC系统进行比较,结果表明取消气/气热交换器的IGCC系统同样具有较高的效率,且系统更加安全可靠。对此系统中空分单元的氮气回注系数、气化炉单元的氧煤质量比,以及对流废锅出口粗合成气温度进行计算。计算结果表明:在空分系数为30%时,系统最佳氮气回注系数为70%;综合多种因素考虑,所研究煤种的最佳的氧煤质量比约为0.91;系统效率随着对流废锅(convective syngas cooler,CSC)合成气出口温度的增加而下降,当辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)粗合成气出口温度为700℃,对流废锅出口合成气温度取350℃,系统效率较高。     

基于大容量F级燃气轮机的IGCC热力系统集成方案研究与总体性能分析

围绕IGCC技术发展趋势与热点,针对不同配置流程的F级IGCC热力系统模拟和计算,得出各系统方案总体性能参数,比较不同配置流程的F级IGCC系统在热力性能上的差异。研究结果表明:F级IGCC系统净输出功率达350~450 MW,采用湿法气化、激冷流程的系统供电效率为38%左右,采用干法气化、显热回收流程的系统供电效率为48%左右;带CO2捕捉符合低碳经济的发展趋势,但集成捕捉装置后IGCC热力性能下降明显,F级IGCC供电效率下降8百分点以上;"二拖一"IGCC方案相比单机方案热力性能提高,且有益于单位造价的降低,符合大规模IGCC系统的发展方向。     

煤与生物质共气化并联型液体燃料-动力多联产系统能量利用特性分析

为了研究煤与生物质共气化条件下多联产系统能量利用特性与煤炭节省率,建立了煤与生物质共气化并联型FT合成油-IGCC多联产系统。进料量为3 000 t/d,FT合成侧合成气分流比设为0.2、0.4、0.6、0.8。结果显示:当生物质掺混质量分数为0.2时,在每一个设定的分流比下系统均能获得最大热效率,分别为46.39%、46.51%、46.59%、47.49%。生物质质量分数小于0.2时,在每个设定分流比下具有较优的煤炭节省率;生物质质量分数超过0.2时,FT合成侧合成气分流比对煤炭节省率影响更为明显。因此,在特定生物质质量分数下可通过增加FT合成侧合成气分流比来提高多联产系统煤炭节省率。     

CO_2捕集对输运床气化炉IGCC系统煤气冷却方式选择的影响

对于整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统,CO2捕集的引入将对系统煤气冷却方式的选择产生重要的影响。该文分别构建了不捕集及捕集CO2的输运床氧气及空气气化IGCC系统流程,分析激冷及煤气余热锅炉2种煤气冷却方式的引入对系统热力性能及经济性的影响。结果表明,不捕集CO2时,无论是对输运床氧气还是空气气化IGCC,煤气余热锅炉冷却方案热力性能及经济性均明显好于激冷冷却方案;考虑CO2捕集后,尽管采用煤气余热锅炉冷却的输运床氧气气化IGCC系统的供电效率比采用激冷冷却的系统高约1.38个百分点,而2种方案发电成本相当;考虑CO2捕集后的输运床空气气化IGCC系统的热力性能及经济性仍明显好于激冷冷却方案。此外,该文还分析了煤气冷却方式投资对系统经济性的影响,得到2种冷却方式下,输运床氧气气化系统发电成本相同时的气化炉单元临界投资比。其中,对输运床空气气化系统的分析表明,无论是否考虑CO2捕集,均应采用煤气余热锅炉冷却方式。     

IGCC中气化系统显热回收优化研究

气化系统显热回收量的多少直接影响着废锅所生成的饱和蒸汽热能和进入到蒸汽轮机的主蒸汽热能,从而影响着IGCC系统供电效率。为提高IGCC系统效率,本着能量梯级利用的目的,对气化系统的显热回收方式和回收程度进行优化研究。研究表明,采用全热回收方式和降低对流废锅出口合成气温度,都有利于提高系统净功率和供电效率。     

IGCC多联产系统工艺路线选择研究

以煤气化为核心的IGCC多联产系统集成了联合循环发电和化工品的生产,具有高效、环保等优势,得到广泛关注。由于系统的复杂程度及化工品生产和燃机发电对合成气的要求并不完全一致,多联产系统工艺路线的选择必须兼顾考虑。分析了IGCC多联产系统与常规IGCC电站的不同,并分别对IGCC及其多联产系统的气化技术、煤气净化技术、空分配置的选择原则进行分析,最后以实际IGCC多联产项目为例,给出了系统工艺路线的选择方案。     

整体煤气化联合循环系统显热回收流程的优化研究

在IGCC系统中,气化炉出口的合成气具有较高的温度,这部分热量的合理利用将有利于提高整个IGCC系统的效率。通过对现有煤气化废热锅炉的运行现状分析,提出了采用半显热流程回收粗合成气显热的路线,并应用Aspen Plus软件,建立了包含有全显热、半显热和激冷流程的IGCC系统流程模型,通过模拟分析,得出了半显热回收流程对系统效率的影响规律,并对这三种流程对IGCC系统效率的影响进行了评价。     

甲醇/电联产系统能耗特性

以一次能源消耗为统一基准推导了联产系统相对分产系统的相对收益、相对节能率和节能判据关系式。得到以化电比和联产系统效率表达的节能分区图,可以清楚地展示和比较国内外文献中多联产系统的节能效果。根据联产系统中合成气的不同利用途径,定义了联产气和非联产气,并据此建立了联产系统化电分摊的理论模型。以并联液相富CO一次通过多联产系统为例,对联产系统的节能原因进行了分析。结果表明：全系统的热量耦合是联产系统节能的主要原因。     

热电冷联产系统的能耗特性

从系统基础能源消耗角度建立联产系统相对于分产系统节能判断关系式，并以实际热电机组为例进行计算验证，探讨了热电比、热效率、性能系数等参数对联产系统能耗特性的影响，研究发现：热电联产及在此基础上的热电冷联产的节能需满足一定的条件，相对来讲，冷电联供节能条件较热电联产更为苛刻。热电比、热效率和性能系数对联产系统节能影响程度明显不同；在联产系统中多效吸收机的应用并不总能使联产系统节能率增加，即使满足节能条件，对系统节能率的提升数量级也很小；热电冷联产系统相对于分产系统不一定节能，但从能的梯级利用原理讲，联产与分产系统相比火用 损的减少是绝对的，而这一部分火用 损的差值是联产的收益，也是热电联产的本质所在，据此建立了新的热电分摊理论模型。     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

基于能值的不同煤基发电系统的可持续性评价

传统的煤基发电系统评价是对其效率、经济性、环境影响等单一指标进行。在可持续发展的背景下,需要对煤基发电系统与经济系统、环境系统和社会系统的作用关系进行分析,建立与三者紧密联系的统一评价的客观尺度进行可持续性评价。文中针对煤基发电系统存在废物的特点,运用能值分析理论建立了能反映煤基发电系统特性的可持续性评价指标。对不同的煤基发电系统:多联产能源系统(以甲醇-电力多联产能源系统为例)、整体煤气化联合循环(IGCC)、增压循环流化床联合循环(PFBC—CC)、超临界火电厂进行了可持续性分析。结果表明:该能值可持续性评价指标能比较全面地度量煤基发电系统及其可持续性,多联产能源系统的可持续性较煤粉发电厂、PFBC—CC,IGCC电厂显著提高; IGCC电厂、PFBC—CC电厂的可持续性较煤粉发电厂也有不同程度的提高。     

火电厂余热利用系统相变换热节能改造的探讨

火电厂生产过程中,锅炉排烟热损失在锅炉热损失中占比最大,部分燃煤锅炉由于设计原因或燃烧煤质偏离设计值较大,普遍存在排烟温度过高、排烟热损失较大、锅炉热效率较低等问题,采用余热回收系统可有效解决上述问题。介绍了相变换热余热回收装置的原理、回收方式及性能特点,根据电厂锅炉长期运行经验及烟气余热利用改造实践,总结了烟气余热系统安全、稳定、经济运行的方式。同时,对燃煤锅炉中利用相变换热余热回收技术回收锅炉烟气余热产生的节能效益进行了分析。     

两段式干煤粉加压气化技术的研究开发

大型煤气化是煤气化联合循环发电及多联产系统的核心技术，介绍了大容量化的先进的干煤粉加压气化技术。我国目前尚不具备设计、制造大型干煤粉加压气化炉的能力，为此，西安热工研究院开发出了具有自主知识产权的两段式干煤粉加压气流床气化技术，并进行了试验研究。结果表明两段式干煤粉加压气化炉的冷煤气效率比国外的技术可提高2～3个百分点,比氧耗减小，自耗功大幅度降低，煤气冷却器及净化系统的设备尺寸减小，造价降低。36～40t/h的半工业性装置的多煤种试验已累计运行2000h，为该技术的工业化奠定了基础。并介绍了目前正在开发中的1000t/d气化炉，将于2008年建成投运。     

400 MW整体煤气化联合循环机组脱硝方案比较

整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle,IGCC）电厂是我国洁净煤发电的主要方向之一.为了合理选择NOx排放方案,基于流程模拟软件Thermoflex建立了400 MW级IGCC系统模型,采用回注氮气或蒸汽法降低燃气轮机燃烧温度以减少热力型NOx排放,回注所需稀释剂不足时结合余热锅炉＋选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）法,保证各脱硝方案下排烟中NOx含量均为50 mg/m3;在燃气轮机功率为286 MW工况下比较各系统的热力性能,并结合工程实际计算各方案初始投资.结果表明：回注氮气脱硝效果不如注蒸汽,但回收利用来自气化岛氮气可提高能量利用效率,增加燃气轮机出力,系统效率有所提高;在目前IGCC电厂关键设备的技术水平下,增大SCR脱硝比例可改善ICCC系统热力性能,而IGCC电厂单位投资和运行成本也将增加.随着IGCC系统关键技术的提升,回注氮气法将会是最具环保节能潜力的脱硝方案.     

利用低压省煤器实施300MW CFB锅炉排烟余热利用改造

云南大唐红河公司的循环流化床锅炉是国内第一台采用低压省煤器技术回收烟气余热的300 MW机组。目前国内电煤供应形势紧张,火电机组燃用煤种已偏离设计煤种,导致锅炉排烟温度偏高、辅机出力不足等问题。为降低锅炉排烟热损失,回收排烟余热,云南大唐红河公司的300 MW循环流化床锅炉采用了低压省煤器技术,成功地实现了余热回收,提高了锅炉尾部烟道设备的可靠性。半年的连续运行时间表明,该系统运行稳定,节能效果显著。介绍300 MW等级的循环流化床锅炉采用低压省煤器改造的背景、技术方案及节能效果。     

气流床煤气化技术与IGCC发电

分析了典型气流床气化技术的优缺点及其在IGCC发电系统上的应用,提出带显热回收的二段式干煤粉加压气流床气化技术是今后IGCC煤气化的主要发展方向,指出随着大规模煤气化技术的发展,IGCC技术具有广阔的应用前景。