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。     

整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统性能分析

介绍不同型式的整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统。对采用空气气化的IGCC系统进行了概念设计,并对4种采用空气气化型式的IGCC发电系统进行了计算和分析,研究结果表明(1)IGCC燃煤发电系统有较大的综合优势;(2)在相同设计参数下,IGCC系统采用温度较低的流化床气化炉或采用温度较高的气流床气化炉各有优缺点,对配置低温湿法粗煤气净化系统的IGCC系统,建议采用流化床气化炉;(3)在进行IGCC设计时,燃气轮机入口温度应尽量取高值,对应此温度存在一最佳压比值;(4)IGCC系统供电效率比常规电站高5~7个百分点。     

IGCC燃机入口合成气温度低导致跳机问题分析及解决措施

天津IGCC示范电站的燃气轮机采用轻柴油和低热值的合成气为燃料。合成气由气化炉产生,先经过净化脱硫再通过混合加湿系统进入燃气轮机。在合成气切换过程中,经常会出现燃气轮机入口燃料温度波动、燃烧状况不稳定的问题,严重时可直接触发连锁跳机。对影响燃气轮机入口合成气温度的各种因素进行了分析,认为入口管路积水是导致入口合成气温度降低并触发跳机的主要原因。根据分析的结果,通过调整工艺条件、加设管道疏水设备、优化控制系统逻辑等多个方面解决了此类问题的再次发生。     

IGCC电厂的合成气饱和器模拟分析研究

IGCC电厂合成气的组分及热值对燃气轮机和整个IGCC电厂的稳定运行至关重要,合成气热值调整由合成气饱和器及相关系统完成.简述了IGCC电厂的合成气饱和器类型及其它类型的合成气混合和热值调整装置及系统,并对水饱和器进行了模拟分析.总结了合成气水饱和器和蒸汽饱和器的特点及其出口参数的影响因素,并对这2种合成气饱和器进行了比较.结果表明,水饱和器的注水温度和流量影响出口合成气温度和组分,蒸汽饱和器入口合成气的温度和流量对出口合成气的温度和组分有较大影响.     

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。     

IGCC气化炉气化法分类及比较

在一般论述IGCC电站系统用气化炉气化分类的基础上,阐述了气流床气化炉所采用的气化法,重点介绍了其代表炉型以及Shell气化炉和Texaco气化炉的特点,同时比较了3种气化法代表炉型的各项性能指标。     

IGCC气化炉气化法分类及比较

在一般论述IGCC电站系统用气化炉气化分类的基础上,阐述了气流床气化炉所采用的气化法,重点介绍了其代表炉型以及Shell气化炉和Texaco气化炉的特点,同时比较了3种气化法代表炉型的各项性能指标。     

IGCC燃用低热值燃料的燃气轮机运行性能优化

天津IGCC是中国第一座整体煤气化联合循环电站。系统中燃气轮机的燃料为气化炉产生的热值较低的合成气,作为国内第一台应用于IGCC技术的燃气轮机,在运行过程中存在着合成气热值与设计值偏差大、烧嘴过热、燃烧室偏烧等问题。针对存在的问题,首先介绍了IGCC电站燃用低热值燃料的燃气轮机与普通燃气轮机在燃料、燃烧方式、燃烧器结构等方面的区别;然后结合实际运行参数分析,重点对存在的问题提出性能优化方案及措施。对燃用低热值燃料的燃气轮机后续发展具有一定的借鉴意义。     

空分系统降低氧气纯度对IGCC运行影响

空分系统的优化及高效运行对提高IGCC电站整体效率具有重要意义。本文基于华能(天津)煤气化发电有限公司装机容量为250 MW级IGCC示范电站的运行情况,依据最小分离功理论、等温可逆压缩功理论,在空分氧气(纯氧)产量41.7 km~3/h负荷下,研究了降低氧气纯度对空分系统、气化炉及动力岛的影响。结果表明,随空气压缩机出口压力由0.525 MPa降低至0.485 MPa,空分系统氧气纯度由99.5%降低至96.5%;氧气纯度的降低可显著降低系统功耗,实验条件下空分系统功耗降低约4.35%,IGCC厂用电率降低约0.75%;氧气纯度的降低对气化炉运行无显著影响;随着氧气纯度降低,合成气中含氮量增加,可降低燃气轮机注入蒸汽量,提高机组的发电效率。建议新建IGCC电站进一步降低氧气纯度。     

新型顶部多喷嘴气流床气化炉热态数值模拟

针对某新型顶部多喷嘴气流床气化炉,通过物理建模方法建立了该气化炉的数学模型,运用非预混燃烧方法分析了热态运行条件下该炉与单喷嘴气流床气化炉差异,以及变工况条件下该炉合成气成分及温度分布变化规律。结果表明:较单喷嘴气流床气化炉,该炉具有更均匀的流场分布特性和更高的有效成分含量;变工况运行时,随着副喷嘴倾角增大,合成气中有效成分减少,合成气温度降低;随着主喷嘴物料流量比例增大,合成气中有效成分呈先增加后减小趋势,合成气温度逐渐增大。     

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。     

基于Aspen Plus的Texaco气化炉性能研究

基于Aspen Plus软件建立了Texaco气化炉模型,并对其性能进行了模拟研究.研究分析了气化炉的主要参数(水煤浆浓度、氧煤比和氧气浓度)对气化结果的影响,模拟结果表明:水煤浆浓度、氧煤比是粗煤气出口温度和组成的主要影响因素.     

200MW级整体煤气化联合循环系统中燃气轮机的通流匹配特性

解决燃气轮机的通流问题,确定燃用中低热值合成气燃气轮机的最佳运行工况是研究整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle,IGCC）系统的重点内容之一。该文对一台200 MW级IGCC机组进行研究,从系统的角度出发提出燃气轮机通流的3种调整方案,并分析方案变化对燃气轮机特性和IGCC系统性能的影响。结果表明,在一定范围内减小压气机入口空气流量或增大透平通流面积,有利于提高燃用中低热值合成气的燃气轮机特性与IGCC系统性能。合理搭配压气机抽气比例和氮气回注量可提高IGCC的系统效率。3种调节方案都存在最佳值,使燃气轮机和IGCC系统获得最大功率与最高效率。研究结果为燃用中低热值合成气燃气轮机的最佳运行工况的确定以及IGCC电站系统的设计和运行提供参考。     

IGCC电站单一煤种运行试验的研究

整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术是一种清洁、高效的燃煤发电技术,通过气化炉的运行参数可以判断不同煤种运行的稳定性和经济性。2014-2016年,天津IGCC电站分阶段分别在气化炉内进行单一煤种和混煤的对比运行试验。试验表明,从实施单一煤种运行试验以来,气化炉运行稳定,各主要参数正常,挂渣排渣正常,并降低了1400万左右的运行费用。气化炉进行单一煤种运行试验,验证了单一煤种在气化炉中运行的可行性,对以后气化炉特别是IGCC电站气化炉的设计和运行具有一定的借鉴作用。     

两段式水煤浆气化炉负荷变化对IGCC系统性能的影响

采用ThermoFlex软件建立了基于两段式水煤浆气化技术的200MW级整体煤气化联合循环(IGCC)系统模型,研究了气化炉负荷变化对燃气轮机组、汽轮机组和IGCC系统性能的影响。结果表明,气化炉在较高负荷(100%、90%)工况下运行时,提高其二段给煤率γsc可以提高主蒸汽和再热蒸汽温度,降低厂用电率,使系统发电效率和供电效率得到提高;气化炉在低负荷(80%、70%、60%)工况下运行时,其γsc的变化对燃汽轮机(燃机)入口温度、排气温度、燃机发电率的影响较小,IGCC系统发电效率和供电效率随二段给煤率的升高呈先升高后降低的趋势,此时系统性能优势不明显。     

基于无焰氧化的煤粉气化炉模型设计与试验研究

在分析无焰氧化技术的实现条件、形成机制及其实现途径的基础上,提出一种适合双高煤种气化的新型干煤粉气流床气化炉。介绍该气化炉的试验研究系统,以及双高煤干法进料气化试验研究过程与结果。炉内反应图像说明了该气化炉的炉内气化反应具有无焰氧化技术特征,验证了本气化炉的设计方案的可行性;通过炉温的测量、灰渣黏度与灰渣成分的关系分析确定了该双高煤合适的气化工艺参数,并给出了气化工艺参数条件下该气化炉常压下产生的合成气的组分和技术指标。试验数据表明该气化炉可以实现双高煤种的高效气化,达到了预期目的,为后续的中试研究积累了经验。     

IGCC系统不同气化技术的仿真模拟及性能研究

由于THERMOFLEX对热力发电厂和IGCC电厂模拟具有实用方便的优点,因此采用THERMOFLEX软件建立了几类典型气化炉的仿真工艺流程,包括Shell气化炉、Texaco气化炉、E-gas气化炉和U-Gas气化炉,并基于实测工业数据设置相应的仿真气化条件,将各类气化炉的主要合成气成分和比例与工业数据对比分析,逐一验证了每一气化炉仿真模拟结果的准确性。以此为依据,针对同一设计煤种,仿真研究了6种现有气化技术,着重分析对比了它们的主要气化性能指标,并论证了它们用于IGCC系统时的优劣所在,为整体优化IGCC系统奠定了基础。     

CO对碱金属凝结特性影响的试验研究

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)发电技术是洁净煤发电新技术的发展方向之一,但煤气化释放出的碱金属蒸气易在对流废锅中形成污垢,而且会引起燃气轮机叶片的高温腐蚀。该文建立了IGCC系统高温合成气中碱金属凝结特性研究试验台,进行IGCC合成气的碱金属凝结特性试验,研究合成气成分、碱金属盐种类对碱金属蒸气凝结特性的影响,得出以下结论:在还原性气氛下碱金属蒸气的凝结温度在620～720℃之间;水蒸气对碱金属蒸气的凝结温度影响不大;随着CO浓度的增加,碱金属蒸气的凝结温度降低;相同的CO浓度下,当Na+、K+的浓度比较小,碱金属盐为氯盐和硫酸盐时的凝结温度要比碱金属盐仅为氯盐时低。     

整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术研究及应用

本文介绍多个国内外IGCC示范电站和国内在建IGCC示范项目,结合国内IGCC发展现状,对IGCC发电中的一些关键技术(如气化炉的选型和煤气化系统)和IGCC可靠性及经济性能进行了分析和探讨,并对IGCC未来的发展方向做了阐述。     

利用液态CO2提高水煤浆煤水配比对气化效果影响的数值模拟

提高水煤浆气化碳转化率和冷煤气效率，是强化气化过程的必然结果。利用FLUENT软件平台，该文用数值模拟方法模拟了水煤浆气化过程中水煤浆煤、水配比和氧、碳原子比对气化过程和出口煤气成分的影响；尤其是研究了利用添加液态CO2的方法提高水煤浆煤、水配比，对提高气化炉碳转化率和冷煤气效率的影响。模拟结果显示：随着液态CO2浓度的不断升高，煤气成分中CO大幅上升，H2略有降低，CO2浓度升高；气化炉的碳转化率和冷煤气效率都有较大幅度提高，分别达到最大值98.58%、76.74%，比原工况分别提高了3.7%、6.1%；气化炉温度先降低后变化趋缓。结果证明添加液态CO2后强化了气化炉内的二次反应，提高了焦炭燃烧速率。