空分设备在新型发电系统IGCC 的工程应用

空分设备在新型发电系统空分设备在新型发电系统IGCC的工程应用的工程应用更新时间：2010-12-2011:06来源：杭州杭氧股份有限公司作者:毛绍融卢杰何晖李隽胡明辉阅读：3294网友评论0条摘要：要：空分设备是整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统的重要组成部分。本文探讨了不同空分工艺流程及其与IGCC的连接匹配对IGCC整体性能的影响；并对与空分设备连接的IGCC的煤气化部分进行了讨论，通过分析现有工程上不同的煤气化工艺，为IGCC系统方案的优化选择提供依据。关键词：关键词：IGCC,空分设备,煤气化,优化,工程前言整体煤气化联合循环（IntegratedGasificationCombinedCycle，IGCC）发电系统以其高效、低污染等优势，被认为是世界上最具发展前途的洁净煤发电技术之一。它由两大部分组成：煤的气化与净化以及燃气-蒸汽联合循环发电部分。煤的气化与净化部分主要有气化炉、空分装置、煤气净化设备，燃气-蒸汽联合循环发电主要有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。经过几十年研究与发展，一些单项技术如气化炉、空分设备、燃气轮机、蒸汽轮机、煤气脱硫、余热锅炉等有一定的技术基础，但设备与设备之间关联匹配的研究较少。空分设备是IGCC发电系统的一个重要组成部分，它为气化炉提供助燃氧气以及输煤氮气，保证IGCC系统能够长期、安全可靠运行。因此，研究空分工艺流程及其与IGCC的结合，使得空分设备作为IGCC的子系统更加高效的运行，对有效的提高IGCC整体的发电效率具有十分重要的意义。1．IGCC系统对空分设备的要求系统对空分设备的要求IGCC的工艺过程：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料；然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功；燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。可见，煤的气化工艺是IGCC系统的龙头，煤气化炉则是煤气化的核心设备，需要空分设备提供氧气和氮气，其中氧气是媒的气化剂，氮气或污氮气用于稀释煤气，降低煤气的闪点温度以抑制NOx的形成，使废气中的NOx含量低于排放标准。因此，煤气化工艺决定了与之结合的空分设备的工艺参数，目前IGCC各示范工程煤气化炉主要包括：喷流床、流化床、固定床气化炉等。固定床气化炉开发最早，炉子下部为炉排，支承炉体上部的煤层，工作原理与燃煤的层燃炉相似。煤从气化炉的顶部加入，作为气化剂的压力氧气则从炉下部加入，气固两相逆向流动传热与传质。固定床气化炉设计有两个煤气出口，从干燥区上部的出口引出一半的煤气；另一半的煤气则从气化区的顶部引出。在IGCC系统工程上应用的固定床气化炉是鲁奇炉。最初使用的鲁奇固定床是单段固态排渣气化炉，容易造成床体阻塞，煤气质量不稳定。此后在固态排渣鲁奇炉的基础上发展了液态排渣鲁奇炉，提高了煤的氧化速率和碳的转化率，对煤粒直径的要求也比固态排渣炉的要宽，但是液态排渣气化炉排渣的物理热损失大，并且煤气生产能力有限，限制了其在IGCC系统工程上的应用。流化床气化炉改善了固定床气化炉的缺点，床内采用气固两相间的高强度的传热和传质，用氧压力一般在3~8MPa。同时，通过加入脱硫剂，脱除SO2和H2S，进行初级的净化。但在工艺及辅机配套、连续运行时间、负荷、磨损、漏烟、脱硫等技术方面还有待完善，影响了它的工程应用普及，目前市场上只有U－Gas炉，KRW炉、温克勒炉。喷流床气化炉单炉生产能力大，在目前IGCC各示范工程中采用最多，主要有美国的DEXCO炉、GE炉，荷兰的Shell炉，德国的Prenflo炉等。其中Shell和Prenflo是干法进煤的气化炉；DEXCO、GE和CE属于水煤浆进煤的气化炉。近年来，华电半山电厂、兖矿分别与华东理工大学对水煤浆进煤的喷流床气化炉进行了联合研制。喷流床气化炉用氧压力一般在3~8MPa，每公斤煤需要消耗0.82~1.0kg的氧气。氧气纯度为90％~99％；稀释煤气的氮气或污氮纯度为96％~99.9％。由于喷流床气化炉的优点，其在今后发展大容量高效率的IGCC电站中具有强有力的竞争地位。3．空分装置流程的选择与．空分装置流程的选择与IGCC的结的结合方式合方式3.1基于基于IGCC的空分流程形式的空分流程形式IGCC系统用氧量气一般在4~6万立方米氧气范围，只有低温精馏法才能满足IGCC系统大量的工业化用氧。目前单套空分设备已达到制备6万标准立方米氧气以上的水平。空分流程一般分为外压缩、内压缩流程，可以满足IGCC系统对用氧、用氮压力和纯度的要求。外压缩流程通过生产低压氧气，再经过氧压机增压后供给用户。内压缩流程则取消了氧压机，直接从冷凝-蒸发器抽取液氧，由液氧泵加压，复热后供给用户。增压空压机或增压氮压机（氮气循环流程）在