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。     

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。     

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。     

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。     

Shell煤气化炉性能的分析

分析了IGCC系统的关键设备Shell炉的气化工艺和技术特点,通过对煤气化炉运行技术经济性常用指标的分析及与常规电站污染物排放指标的对比,表明了采用Shell气化炉的IGCC具有高效、低污染、经济及环保特性,是一种先进洁净煤发电技术。     

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–甲醇多联产系统节能分析

为评价以气流床粉煤气化为基础的整体煤气化联合循环(IGCC)甲醇多联产系统配置方案,采用Aspen Plus软件对多联产系统进行系统模拟。配置方案中气化工艺分别采用废锅流程和激冷流程,IGCC和甲醇合成组合方式分别采用串联和并联,以相对节能率作为指标对所建立的多联产系统进行评价。结果表明:废锅流程节能效果优于激冷流程。废锅并联组合通往甲醇侧的合成气比例增大时,相对节能率随之增大;废锅串联组合合成甲醇循环气与新鲜气的比例增加时,相对节能率增大。采用分摊算法分别计算了IGCC甲醇废锅并联多联产系统的发电和甲醇合成的煤耗。随着通往甲醇合成侧的合成气量的增加,供电的煤耗显著减少,甲醇合成的煤耗略有减少。     

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。     

用可编程控制器(PLC)实现PKM气化炉联锁系统

介绍了用 ＯＭＲＯＮ ＳＹＳＭＡＣ Ｃ１００Ｈ型 ＰＬＣ取代原常规继电器联锁系统实现 ＰＫＭ煤加压气化炉的联锁系统．     

IGCC系统专用单元模型研究

对IGCC的两个特有部件的数学模型进行了研究。在对煤气化过程的化学反应特征分析的基础上,利用反应平衡法建立了气流床煤气化炉气的气化过程数学模型;分析了气体饱和器的工作状态,根据其热力过程建立相应的数学模型,并给出模型的解算方法。     

采用简化PDF模型分析分级气流床气化炉的气化特性

为详细研究分级气化技术的流场特点及气化性能,采用Fluent软件对山西某分级气化炉进行三维数值模拟。计算采用贴体六面体网格划分计算域以降低数值扩散,采用Realizable k-e模型封闭湍流方程,应用离散相模型(dispersed phased model,DPM)和随机轨道模型(stochastic tracking method,STM)分别模拟颗粒气化过程和考察颗粒受湍流脉动的影响;计算根据简化PDF模型建立燃烧表以建立温度、组分等标量同混合分数间的关系,并由此计算同相气化反应过程。除此之外,还引入用户自定义函数改进了焦炭异相反应模型。通过对分级气化炉流场特性和温度等值面特征的分析,发现分级气化炉中由于二次对冲给氧射流的引入,造成了二次卷吸效应以及冲击射流效应,加强了炉内混合过程,有利于碳转化率的进一步提高。     

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。     

IGCC电厂气化装置满负荷试验进展

华能（天津）IGCC（整体煤气化联合循环）示范电厂是中国第一座IGCC电厂,其核心装置为中国自主研发设计的两段式干煤粉气化炉。天津IGCC电厂在解决运行不稳、烧嘴罩泄漏、设备故障等难题和完成机组大负荷试验的基础上,为了对机组进行深度调试,开展了气化装置满负荷试验。通过对比分析,IGCC电厂气化装置满负荷试验验证了系统的稳定性,同时也发现了系统潜在的部分问题,这为以后机组的放大改进积累了宝贵的数据和经验。     

两喷嘴撞击气化火焰结构特性研究

撞击火焰是多喷嘴对置式气流床气化炉的主要特征。文中利用高速摄像仪和计算机图像处理技术，对两喷嘴撞击气化火焰的结构特性进行了研究，通过计算图像灰度相关系数定量描述了两喷嘴撞击气化火焰的结构特征。研究结果表明：在撞击前单股火焰仍能较好地保持其几何结构，但在撞击区内单股火焰的几何结构迅速消失。随着撞击速度的增大，火焰整体分布更为均匀，互相关系数标准差降低；单股火焰的湍流拟序结构分区变得不明显，互相关系数小幅波动的区域增多；撞击区内火焰分布不均匀，互相关系数降低。     

两段式干煤粉加压气化技术中试研究

大型煤气化技术是整体煤气化联合循环发电(IGCC)和煤基多联产系统的核心技术。西安热工研究院有限公司在10多年研究开发的基础上,依靠国家863计划的资助,主持建成了36～40t/d(10MW)的两段式干煤粉加压气流床气化中试装置,并且完成了中试试验研究。结果表明该气化技术具有冷煤气效率高、比氧耗小、煤气有效气成分高等优点,证明了两段式干煤粉气化技术具有良好的煤种适应性、先进的气化指标以及安全稳定的运行性能,为该项技术的大规模工业化发展奠定了坚实的基础。     

激冷室内合成气穿越液池过程流动特性与带水问题

采用三维数值模拟方法对德士古气化炉激冷室内合成气穿越液池过程的流动特性以及合成气带水等关键问题进行了研究，探讨了两管(上升管和下降管)间隙、气流速度以及液膜流速对带液量的影响。模拟结果表明：在进水流量保持一定的条件下，气流的带液量随着两管间隙的增加而减少，随着气流速度的增大而增大，并分别获得了带液量与两管间隙、带液量与气流速度的关系曲线；在两管间隙和气流速度一定的条件下，液膜流速对气流的带液量也存在影响，随着液膜流速的增大带液量先减少后增加。