整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC

1、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）目錄一、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的工作過(guò)程二、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的特點(diǎn)三、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展四、在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的主要設(shè)備五、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展趨勢(shì) 六、對(duì)我國(guó)發(fā)展IGCC技術(shù)的若干啟示一、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的工作過(guò)程 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)。它由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備（包括硫的回收裝置

2、），第二部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。IGCC的工藝過(guò)程如下：煤經(jīng)氣化成為中低熱值煤氣，經(jīng)過(guò)凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶鞴?，燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。其原理圖見(jiàn)下圖：二、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的特點(diǎn) IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際上最引人注目的新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一。該技術(shù)以煤為燃料，通過(guò)氣化爐將煤轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹?，?jīng)過(guò)除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為潔凈的煤氣供給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒做功，燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱經(jīng)余熱鍋爐加熱給

3、水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電過(guò)程。 IGCC發(fā)電技術(shù)把聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)與煤炭氣化和煤氣凈化技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，具有高效率、清潔、節(jié)水、燃料適應(yīng)性廣，易于實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，符合二十一世紀(jì)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。 1、IGCC將煤氣化和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，提高了采用燃煤技術(shù)的發(fā)電效率。目前國(guó)際上運(yùn)行的商業(yè)化IGCC電站的供電效率最高已達(dá)到43%，與超超臨界機(jī)組效率相當(dāng)。當(dāng)采用更先進(jìn)的H系列燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，IGCC供電效率可以達(dá)到52%。2、IGCC對(duì)煤氣采用“燃燒前脫除污染物”技術(shù)，煤氣氣流量小(大約是常規(guī)燃煤火電尾部煙氣量的1/10)，

4、便于處理。因此IGCC系統(tǒng)中采用脫硫、脫硝和粉塵凈化的設(shè)備造價(jià)較低，效率較高，其各種污染排放量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可以與燃燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)電廠相媲美。目前常規(guī)燃煤電廠脫硫主要采用尾部脫硫的方法，脫硫所產(chǎn)出的副產(chǎn)品是石膏。IGCC一般采用物理/化學(xué)方式脫硫，其脫硫效率可達(dá)99%以上，脫硫產(chǎn)物是有用的化工原料-硫磺。常規(guī)燃煤電廠目前沒(méi)有有效的脫除CO2的方法，IGCC具有實(shí)現(xiàn)CO2零排放的技術(shù)潛力。在IGCC系統(tǒng)中可以對(duì)煤氣中的CO進(jìn)行變換，生成H2和CO2，H2可以作為最清潔的燃料 （如燃料電池），CO2可以進(jìn)行分離、填埋回注等，以實(shí)現(xiàn)CO2零排放。3、IGCC的燃料適應(yīng)性廣，褐煤

5、、煙煤、貧煤、高硫煤、無(wú)煙煤、石油焦、泥煤都能適應(yīng)。采用IGCC發(fā)電技術(shù)，可以燃用我國(guó)儲(chǔ)量豐富、限制開(kāi)采的高硫煤，使燃料成本大大降低。4、IGCC機(jī)組中蒸汽循環(huán)部分占總發(fā)電量約1/3，使IGCC機(jī)組比常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電水耗大大降低，約為同容量常規(guī)燃煤機(jī)組的1/22/3左右。 5、IGCC的一個(gè)突出特點(diǎn)是可以拓展為供電、供熱、供煤氣和提供化工原料的多聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)方式。IGCC本身就是煤化工與發(fā)電的結(jié)合體，通過(guò)煤的氣化，使煤得以充分綜合利用，實(shí)現(xiàn)電、熱、液體燃料、城市煤氣、化工品等多聯(lián)供。從而使IGCC具有延伸產(chǎn)業(yè)鏈、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 三、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展 1972年在德國(guó)Ltin

6、en酌斯蒂克電站投運(yùn)了世界上第一個(gè)以增壓鍋爐型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)為基礎(chǔ)的IGCC電站，該電站的發(fā)電功率為170MW，實(shí)際達(dá)到的供電效率為34%，采用以空氣為氣化劑的燃煤的固定床式的Lurgi氣化爐。顯然，這個(gè)電站開(kāi)創(chuàng)了煤在燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)中應(yīng)用的先例。但是由于Lurgi爐的運(yùn)行不甚正常，加上粗煤氣中含有數(shù)量較多的煤焦油和酚，甚難處理，最后迫使該項(xiàng)示范工程夭折了。 世界上公認(rèn)的真正試運(yùn)成功的IGCC是于1984年5月建成于美國(guó)加州Daggett的“冷水”(Coal Water)電站，它是以余熱鍋爐型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)為基礎(chǔ)的，該電站的凈功率為93MW，供電效率為31.2(HHV)。采用以99%

7、純氧為氣化劑的Texaco噴流床氣化爐。該電站成功地運(yùn)行了4年，歷時(shí)共25000h。它相當(dāng)徹底地解決了燃煤電站固有的污染物排放嚴(yán)重的問(wèn)題，同時(shí)證明IGCC發(fā)電方式具有足夠高的運(yùn)行可用率和負(fù)荷因素?！袄渌彪娬镜脑囼?yàn)成功向世界宣布了這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)和方向，即：IGCC是一種有相當(dāng)發(fā)展前途的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，它可能是21世紀(jì)中，除了增殖反應(yīng)堆之外的、最有發(fā)展前途的一種燃煤的友電方式。 此外，在“冷水”電站試運(yùn)行的過(guò)程中，美國(guó)在Louisiana州Plaquemine的DOW化學(xué)工廠內(nèi)也建設(shè)了一座IGCC的示范工程（LGTI），燃?xì)廨啓C(jī)的功率為110MW，余熱鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽用于化工廠的生產(chǎn)工藝流程。按當(dāng)

8、量折算，IGCC的總功率為160MW，采用原為Destec公司專有的兩段式水煤漿加煤的氣化爐。該裝置自1987年4月開(kāi)始運(yùn)行后到1994年3月止，累計(jì)運(yùn)行了33637h，1991-1992年度內(nèi)其平均運(yùn)行可用率為80%。 以上這兩臺(tái)IGCC的示范運(yùn)行運(yùn)行成功，為上一世紀(jì)90年代開(kāi)始的較大規(guī)模地研究和規(guī)劃發(fā)展IGCC電站的計(jì)劃增添了動(dòng)力。那時(shí)在世界范圍內(nèi)擬建設(shè)的IGCC示范電站的數(shù)量有10座以上。它們研發(fā)的目標(biāo)是： 迅速增高IGCC的單機(jī)功率和供電效率，力求其供電效率能超過(guò)目前燃煤的超臨界參數(shù)的蒸汽輪機(jī)電站； 較大幅度地降低其比投資費(fèi)用，力求降低到$1000-1200/kW的水平； 提高全廠的運(yùn)

9、行可用率，力求達(dá)到90%-92%的水平； 降低發(fā)電成本，力求在電網(wǎng)中能與燃煤的有FCD裝置的發(fā)電成本相競(jìng)爭(zhēng)； 積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但是較大規(guī)模地示范運(yùn)行ICCC的工作進(jìn)展得并不順利，到目前為止，實(shí)際建成并在運(yùn)行和調(diào)試的，純粹以發(fā)電為目的IGCC電站只有5座，它們的概況如表1所示。 在這些電站的調(diào)試過(guò)程中都遇到過(guò)許多技術(shù)故障，并經(jīng)不斷改進(jìn)后才取得進(jìn)展。有關(guān)這些電站的調(diào)試過(guò)程以及所克服的故障，作者已在參考文獻(xiàn)中作過(guò)詳細(xì)的分析，在此不再重復(fù)?？偟慕Y(jié)論是： 目前供電效率僅達(dá)到42%-43%左右，并未實(shí)現(xiàn)45%的預(yù)定目標(biāo)，倘若熱煤氣顯熱的回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)（像美國(guó)的Tampa電站那樣），供電效率則有可能下滑到3

10、7%左右的低水平； 電站運(yùn)行的可用率一般能夠達(dá)到80%左右，主要的停運(yùn)原因來(lái)自氣化爐； 電站的比投資費(fèi)用還比較高，一般都高于$1500/kW： 由于比投資費(fèi)用高、運(yùn)行可用率僅80%左右，因而發(fā)電成本還不能與目前燃煤的超臨界參數(shù)的蒸汽輪機(jī)電站相媲美； 改燒低熱值的合成煤氣時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的然燒室不僅需要作很大的改動(dòng)，而且要修改壓氣機(jī)與透平通流部分的匹配關(guān)系，以適應(yīng)燃燒低熱值煤氣時(shí)燃?xì)赓|(zhì)最流率較大幅度增長(zhǎng)的需要。相對(duì)于燃燒天然氣的燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)而言，改燒低熱值煤氣后，聯(lián)合循環(huán)的功率大約會(huì)增大10%=20%； 必須慎重地選擇燃?xì)廨啓C(jī)的型號(hào)，燃燒室必須具備兼燒低熱值煤氣的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不允許發(fā)生振蕩燃燒現(xiàn)

11、象。目前9F等級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)在改燒低熱值煤氣時(shí)可以使IGCC的單機(jī)容量達(dá)到300MW以上： 對(duì)于以純發(fā)電為目的的ICCC電站來(lái)說(shuō)，采用噴流床式的、以氧氣為氣化劑的氣化爐是比較合適的，它能提高碳的轉(zhuǎn)化率，并有利于提高IGCC電站的單機(jī)容量。通常，干法供煤的噴流床氣化爐的冷煤氣效率有可能達(dá)到78%-84%，它要比水煤槳供煤的噴流床氣化爐者(70%-74%)高，有利于改善IGCC電站的供電效率。目前，噴流床氣化爐的單爐耗煤量已經(jīng)達(dá)到2000-3000t/日，足以與300MW等級(jí)的IGCC電站相匹配； 屆前，以空氣為氣化劑的流化床式的氣化爐以及干法除灰脫硫系統(tǒng)還未試驗(yàn)成功，尚需進(jìn)一步探索； 目前采用的深

12、冷法制氧設(shè)備的耗功量是比較大的，為了減少?gòu)S用電耗率，設(shè)法探索新的制氧方法是刻木容緩的事； 一般來(lái)說(shuō)，在IGCC的整套設(shè)備中，燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行可用率總是在95%以上，是比較可靠的，但在GE公司和Siemens公司供貨的燃?xì)廨啓C(jī)中也都發(fā)生過(guò)部分壓氣機(jī)葉片斷裂的故障，在運(yùn)行中必須嚴(yán)加檢查，以防發(fā)生大事故； IGCC的污染物排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NSPS標(biāo)準(zhǔn)，完全能夠在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，滿足21世紀(jì)初、中期的需要。當(dāng)IGCC方案進(jìn)一步改進(jìn)后，可以大幅度地減少C02的排放量，可滿足環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是它會(huì)使IGCC的供電效率相應(yīng)地降低68個(gè)百分點(diǎn)。 當(dāng)然，以上5座IGCC示范電站還將長(zhǎng)期地運(yùn)行下去，以便充分暴露

13、和解決諸多設(shè)備中可能存在的技術(shù)問(wèn)題、積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并在氣化爐中試燒多種燃料、探索氣化過(guò)程的參數(shù)優(yōu)化。特別是在美國(guó)的Tracy電站中，需要不斷地改進(jìn)以空氣為氣化劑的流化床氣化爐的結(jié)構(gòu)，使之能保持穩(wěn)定地運(yùn)行，并解決高溫燭狀過(guò)濾器的斷裂以及脫硫劑粉化失效的問(wèn)題。 總之，目前人們已經(jīng)掌握了設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行單機(jī)容量為300-400MW IGCC電站的技術(shù)，但須采用以氧氣為氣化劑的噴流床氣化爐和濕法除灰脫硫系統(tǒng)。當(dāng)采用熱煤氣全熱回收系統(tǒng)時(shí)，電站的供電效率可以達(dá)到42%-43%；運(yùn)行可用率為80%左右；比投資費(fèi)用則不低于$1500/kW;發(fā)電成本尚不能與有FGD的燃煤電站抗衡(初步估計(jì)發(fā)電成本大于￥0.5/

14、kWh)。這就是說(shuō)，目前燃煤的ICCC電站尚未具備取代有FGD的燃煤蒸汽電站以及燒天然氣的余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)的條件，它必須在進(jìn)一步提高供電效率、降低比投資費(fèi)用和發(fā)電成本，以及提高整個(gè)電站的運(yùn)行可用率方面做許多工作?？偟膩?lái)說(shuō)：以純發(fā)電為目的的IGCC電站的發(fā)展速度比人們?cè)谏弦皇兰o(jì)中期預(yù)計(jì)的要緩慢得多。四、在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的主要設(shè)備（一）燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng) 走馬燈是燃?xì)廨啓C(jī)的雛形我國(guó)在11 世紀(jì)就有走馬燈的記載，它靠蠟燭在空氣燃燒后產(chǎn)生的上升熱氣推動(dòng)頂部風(fēng)車及其轉(zhuǎn)軸上的紙人馬一起旋轉(zhuǎn)。15世紀(jì)末，意大利人列奧納多·達(dá)芬奇設(shè)計(jì)的煙氣轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，其原理與走馬燈相同。燃?xì)廨啓C(jī)（Gas Turbin

15、e）是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)、把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，包括壓氣機(jī)、加熱工質(zhì)的設(shè)備（如燃燒室）、透平、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備等。燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理：原理圖燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程：壓氣機(jī)(即壓縮機(jī))連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)鉁u輪中膨脹作功，推動(dòng)渦輪葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖鞴δ芰︼@著提高，因而燃?xì)鉁u輪在帶動(dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。燃?xì)廨啓C(jī)由靜止起動(dòng)時(shí)，需用起動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨(dú)立運(yùn)行后，起動(dòng)機(jī)才脫開(kāi)。 燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程是最簡(jiǎn)單的，稱為簡(jiǎn)單循環(huán)；此外，還有回?zé)嵫?/p>

16、環(huán)和復(fù)雜循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)來(lái)自大氣，最后又排至大氣，是開(kāi)式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃?xì)廨啓C(jī)與其他熱機(jī)相結(jié)合的稱為復(fù)合循環(huán)裝置。 燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)的壓縮比，是影響燃?xì)廨啓C(jī)效率的兩個(gè)主要因素。提高燃?xì)獬鯗?，并相?yīng)提高壓縮比，可使燃?xì)廨啓C(jī)效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達(dá)到31；工業(yè)和船用燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗刈罡哌_(dá)1200左右，航空燃?xì)廨啓C(jī)的超過(guò)1350。燃?xì)廨啓C(jī)的三大部件：壓氣機(jī)、燃燒室、透平：1 、壓氣機(jī)（1）壓氣機(jī)簡(jiǎn)介：壓氣機(jī)（ compressor ），燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片給空氣作功以提高空氣壓力的部件。壓氣機(jī)由渦輪驅(qū)動(dòng)，其主要性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速、空氣流

17、量、增壓比和效率等。壓氣機(jī)有兩種類型離心式和軸流式。我們著重講軸流式壓: <1> 空氣在軸流式壓氣機(jī)中主要沿軸向流動(dòng)。它由轉(zhuǎn)子（又稱工作輪，圖2有色部分）和靜子（又稱整流器，圖2 無(wú)色部分）兩部分組成。由一排轉(zhuǎn)子葉片和一排靜子葉片組成一級(jí)，單級(jí)的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都采用如圖所示的多級(jí)結(jié)構(gòu)。空氣在壓氣機(jī)中被逐級(jí)增壓后，密度和溫度也逐級(jí)提高。<2>軸流式壓氣機(jī)的空氣流量為幾公斤每秒到二百公斤每秒，單級(jí)增壓比一般約為1.12.0，效率約為0.850.88。多級(jí)軸流式壓氣機(jī)的增壓比可達(dá)25以上。軸流式壓氣機(jī)的面積小，增壓比和效率都高，已廣泛用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

18、中。(2)工作原理渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)按照“工作循環(huán)”工作。它從大氣中吸進(jìn)空氣，經(jīng)壓縮和加熱    軸流式壓氣機(jī)的主要部件這一過(guò)程之后，得到能量和動(dòng)量的空氣以高達(dá)2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(shí)(2253公里/小時(shí))的速度從推進(jìn)噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)壓氣機(jī)和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，維持“工作循環(huán)”。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械布局比較簡(jiǎn)單，因?yàn)樗话瑑蓚€(gè)主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機(jī)和渦輪，還有一個(gè)或者若干個(gè)燃燒室。然而，并非這種發(fā)動(dòng)機(jī)的所有方面都具有這種簡(jiǎn)單性，因?yàn)闊崃蜌鈩?dòng)力問(wèn)題是比較復(fù)雜的。這些問(wèn)題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過(guò)壓氣機(jī)和渦輪葉片而不

19、斷變化著的氣流、以及排出燃?xì)獠⑿纬赏七M(jìn)噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作造成的 2 、燃燒室(1) 燃燒室簡(jiǎn)介：燃燒室是燃料或推進(jìn)劑在其中燃燒生成高溫燃?xì)獾难b置。它是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件。(2)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的構(gòu)成及工作原理：燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室由外殼（套）、火焰筒、噴（油）嘴、渦流器、點(diǎn)火裝置等組成。由壓氣機(jī)擴(kuò)散段出來(lái)的高壓空氣分成兩股：一股（約占1/42/5）進(jìn)入火焰筒前部，與噴嘴噴出來(lái)的燃油混合形成油氣混合氣，經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后燃燒。另一股（占3/43/5）從火焰筒與外套間流過(guò)，對(duì)火焰筒壁面進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入火焰筒與高溫燃?xì)鈸交?，使燃?xì)鉁囟冉档?，達(dá)到渦輪所要求的溫

20、度。通常要求燃燒室具有燃燒穩(wěn)定、燃燒效率高、點(diǎn)火范圍寬、流動(dòng)阻力小以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、安全可靠和壽命長(zhǎng)等特性。 燃燒室 燃燒室的渦流器一般作成葉片式的，它使氣流按要求方向流動(dòng),以利于點(diǎn)火和燃燒,并使燃燒得以延續(xù)。點(diǎn)火裝置只在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)工作，一旦油氣混合氣點(diǎn)燃后，即停止工作。噴嘴用來(lái)將燃料（航空煤油）以極小的油珠噴入火焰筒,使燃料在吸熱后能很快蒸發(fā)成為油氣,與空氣組成極易燃燒的可燃混合氣。常用的噴嘴有離心噴嘴、蒸發(fā)噴嘴、氣動(dòng)噴嘴等。在一些小型發(fā)動(dòng)機(jī)中，還采用高速旋轉(zhuǎn)的甩油盤將燃油甩進(jìn)燃燒室?；鹧嫱彩怯蜌饣旌蠚膺M(jìn)行燃燒的地方。這里溫度最高，一般采用耐高溫的鎳基合金板料或冷軋成型的帶料焊接而成，

21、也有采用鍛件機(jī)械加工的。火焰筒一般采用氣膜冷卻方式降低筒壁溫度（見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻）。 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室按氣流在燃燒室中流動(dòng)的方向分為三種：直流式：氣流在燃燒室中沿軸向流動(dòng)。多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種燃燒室。折流式：氣流由壓氣機(jī)流出后，折成兩路流入火焰筒。一般與甩油盤配合使用?；亓魇剑簤簹鈾C(jī)出口的空氣由燃燒室的后端流入火焰筒頭部。燃燒的燃?xì)鈩t向前形成回流。后兩種形式氣流流動(dòng)損失大，但能縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度，一般用于采用離心式壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)中。燃燒室按結(jié)構(gòu)形式又分為管形燃燒室、環(huán)形燃燒室和環(huán)管形燃燒室。管形燃燒室中的每個(gè)管形火焰筒有單獨(dú)的外套，組成一個(gè)單管燃燒室。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可以有若干個(gè)單管燃燒室，沿周向裝在

22、發(fā)動(dòng)機(jī)上，其中幾個(gè)燃燒室裝有點(diǎn)火裝置。各燃燒室之間通過(guò)聯(lián)焰管來(lái)傳焰和均壓。管形燃燒室易調(diào)試，強(qiáng)度與剛性好、裝拆與維護(hù)方便，多用于早期的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及空氣流量很小的發(fā)動(dòng)機(jī)上。環(huán)形燃燒室中的火焰筒為一整體的環(huán)形腔。同心地裝在環(huán)形的殼體內(nèi)。這種燃燒室空間利用率高，迎風(fēng)面積、重量、壓力損失、火焰筒表面積和長(zhǎng)度都小，所需的冷卻空氣量少，出口流場(chǎng)沿周向分布均勻，廣泛用于各種新型發(fā)動(dòng)機(jī)中。環(huán)管形燃燒室有若干個(gè)管形火焰筒沿圓周均勻地裝在一個(gè)共同的環(huán)形殼體內(nèi)。各火焰筒間裝有聯(lián)焰管。它的結(jié)構(gòu)介于管形燃燒室與環(huán)形燃燒室之間。5060年代的發(fā)動(dòng)機(jī)多采用這種結(jié)構(gòu)。3、 燃?xì)馔钙剑?）燃?xì)馔钙胶?jiǎn)介：燃?xì)廨啓C(jī)中把高溫高

23、壓燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的部件，又稱燃?xì)鉁u輪。燃?xì)馔钙揭部捎糜谄渌b置中作為利用高溫壓力氣體來(lái)作功的設(shè)備。燃?xì)馔钙揭话悴捎幂S流式,僅在燃?xì)饬髁亢苄?例如100千瓦以下的燃?xì)廨啓C(jī)中)時(shí)才較多采用向心式。軸流式燃?xì)馔钙街饕伸o子和轉(zhuǎn)子組成。靜子中裝有靜葉片，轉(zhuǎn)子上裝有動(dòng)葉片。從燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室來(lái)的葉片中膨脹加速后流入動(dòng)葉片，對(duì)動(dòng)葉片產(chǎn)生作用力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，把燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)化為機(jī)械功，使燃?xì)馔钙侥軒?dòng)負(fù)荷和壓氣機(jī)運(yùn)行。由一列靜葉片和一列動(dòng)葉片組成的透平級(jí)的轉(zhuǎn)換能量有限，故常用多個(gè)級(jí)來(lái)完成能量轉(zhuǎn)換。在燃?xì)馔钙街幸话銥?5級(jí)。為達(dá)到高效率，燃?xì)馔钙街卸疾捎门まD(zhuǎn)葉片，并在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)。此外，燃?xì)?/p>

24、透平出口裝有擴(kuò)壓器，使排氣擴(kuò)壓降速，以減少出口速度損失。因此，燃?xì)馔钙叫士蛇_(dá)到較高水平，一般為8591。 （2）結(jié)構(gòu)：燃?xì)馔钙剑▓D ）由于在高溫下工作，熱膨脹、熱應(yīng)力、熱腐蝕和冷卻等問(wèn)題突出，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求很高。從燃燒室來(lái)的燃?xì)?，?jīng)過(guò)進(jìn)氣蝸殼、3個(gè)透平級(jí)和擴(kuò)壓器后排出。它的靜子由機(jī)匣（又稱氣缸）、持環(huán)和靜葉片等組成，靜葉片裝在持環(huán)上，持環(huán)再裝在機(jī)匣上，是一種雙層結(jié)構(gòu)的靜子。在機(jī)匣與持環(huán)之間有絕熱材料，還通以空氣（從壓氣機(jī)中引來(lái)，其他部位用的冷卻空氣也由此引來(lái)）冷卻，因而機(jī)匣的工作溫度較低。由拉桿螺栓將輪盤等聯(lián)接而成的組合式轉(zhuǎn)子，能減少熱應(yīng)力。動(dòng)葉片以承載能力強(qiáng)的樅樹(shù)形葉根裝在輪盤上。轉(zhuǎn)子中

25、也通以冷卻空氣，以降低輪盤等的工作溫度。(3)優(yōu)點(diǎn)：雙層靜子和組合式轉(zhuǎn)子有顯著的優(yōu)點(diǎn)，在燃?xì)馔钙街械玫狡毡閼?yīng)用。在進(jìn)口燃?xì)獬鯗睾芨叩娜細(xì)馔钙街?，持環(huán)與燃?xì)庖哺糸_(kāi)，形成多層結(jié)構(gòu)的靜子。通常冷卻后輪盤的溫度最高不超過(guò) 550，以便采用熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)高且較便宜的珠光體鋼來(lái)做輪盤。機(jī)匣則能在更低的溫度（例如 400左右）下工作，以便能用球墨鑄鐵等較普通的材料來(lái)制造。 燃?xì)馔钙降撵o葉片較多地用抗熱疲勞性能好的鈷基高溫材料制作，動(dòng)葉片則廣泛用鎳基高溫材料制作。為增強(qiáng)抗熱腐蝕的能力，葉片表面較普遍地采用防腐蝕的保護(hù)措施，例如防腐蝕涂層和表面滲鋁等。 葉片冷卻 采用由空氣從內(nèi)部冷卻的空心葉片后，可使葉

26、片在實(shí)際溫度高于材料許可值的燃?xì)獍鼑?，本身溫度仍低于材料的許可值而安全工作。這樣就能在已有的高溫材料基礎(chǔ)上更多地提高燃?xì)獬鯗?，從而有效地提高燃?xì)廨啓C(jī)效率。因此，發(fā)展冷卻葉片和提高冷卻效果，是提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的一條重要途徑。圖2中，對(duì)流、沖擊、氣膜和綜合冷卻是常用的幾種葉片冷卻方式。綜合冷卻是前三者的聯(lián)合應(yīng)用，能有效地提高冷卻效果，并使冷卻后葉片的溫度趨于均勻。發(fā)散冷卻的效果比綜合冷卻好得多，用水來(lái)冷卻葉片也能達(dá)到很好的效果，這兩種冷卻方式尚處于試驗(yàn)階段。（二）煤氣化系統(tǒng)   煤氣化技術(shù)是以煤炭為原料，采用空氣、氧氣、CO2。和水蒸氣為氣化劑，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行煤的氣

27、化反應(yīng)，可以生產(chǎn)出不同組分不同熱值的煤氣。為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強(qiáng)度，改善環(huán)境，70年代以來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家加快了新一代煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和工業(yè)化進(jìn)程?？偟姆较?，氣化壓力由常壓向中高壓（8.5MPa）發(fā)展；氣化溫度向高溫（15001600）發(fā)展；氣化原料向多樣化發(fā)展；固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。固態(tài)床、流化床、氣流床等幾種不同類型的煤氣化技術(shù)均取得了較大的進(jìn)展和較好的效果。1 固定床   固定床（慢移動(dòng)床），常見(jiàn)有間歇式氣化（UGI）和連續(xù)式氣化（魯奇Lurgi）2種。前者用于生產(chǎn)合成氣時(shí)一定要采用白煤（無(wú)煙煤）或焦碳為原料，以降低合成氣中CH4含量，國(guó)內(nèi)有數(shù)千臺(tái)這

28、類氣化爐，弊端頗多；后者國(guó)內(nèi)有22臺(tái)爐子，多用于生產(chǎn)城市煤氣；如以煙煤為原料用于生產(chǎn)合成氣，CH4蒸汽轉(zhuǎn)化工段（例如山西潞城引進(jìn)裝置）。該技術(shù)所含煤氣初步凈化系統(tǒng)極為復(fù)雜，不是公認(rèn)的首選技術(shù)。1.1 固定床間歇式氣化爐（UGI）    以塊狀無(wú)煙煤或焦炭為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑，在常壓下生產(chǎn)合成原料氣或燃料氣。該技術(shù)是30年代開(kāi)發(fā)成功的，投資少，容易操作，目前已屬落后的技術(shù)，其氣化率低原料單一、能耗高，間歇制氣過(guò)程中，大量吹風(fēng)氣排空，每噸合成氨吹風(fēng)氣放空多達(dá)5000m3，放空氣體中含CO、CO2、H2、H2S、SO2。、NOx及粉灰；煤氣冷卻洗滌塔

29、排出的污水含有焦油、酚類及氰化物，造成環(huán)境污染。中國(guó)中小化肥廠有900余家，多數(shù)廠仍采用該技術(shù)生產(chǎn)合成氫原料氣。隨著能源政策和環(huán)境的要來(lái)越來(lái)越高，不久的將來(lái)，會(huì)逐步為新的煤氣化技術(shù)所取代。1.2 魯奇氣化爐    30年代德國(guó)魯奇（Lurgi）公司開(kāi)發(fā)成功固定床連續(xù)塊煤氣化技術(shù)，此后在世界各國(guó)得到廣泛應(yīng)用。氣化爐壓力（2.54.0）MPa，氣化反映溫度（800900），固態(tài)排渣，氣化爐已定型（MK-1MK5），其中MK5型爐，內(nèi)徑4.8m，投煤量（7584）t/h，粉煤氣產(chǎn)量（1014）萬(wàn)m3/h。用煤氣中除含CO和H2外，含CH4高達(dá)10%12%，可作

30、為城市煤氣、人工天然氣、合成氣使用。缺點(diǎn)是氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐內(nèi)設(shè)有破粘和煤分布器、爐篦等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，制造和維修費(fèi)用大；入爐煤必須是塊煤；原料來(lái)源受一定限制；出爐煤氣中含焦油、酚等，污水處理和煤氣凈化工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)、設(shè)備多、爐渣含碳5%左右。針對(duì)上述問(wèn)題，1984年魯奇公司和英國(guó)煤氣公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了直徑為2.4m的溶渣氣化爐（BGL），將固體燃料全部氣化生產(chǎn)燃料氣和合成氣。2.流化床氣化爐    流化床，常見(jiàn)有溫克勒（Winkler）、灰團(tuán)聚（U-Gas）、循環(huán)流化床（CFB）、加壓流化床（PFB是PFBC的氣化部分）等。UGas在上海焦化廠（120t煤/d

31、o臺(tái)）1994年11月開(kāi)車，已6年，迄今運(yùn)轉(zhuǎn)仍不正常；陜西城固正利用中科院山西煤化所的技術(shù)建設(shè)150t煤/d（常壓）裝置；CFB、PFB可以生產(chǎn)燃料氣，但國(guó)際上尚無(wú)生產(chǎn)合成氣先例；Winkler已有用于合成氣生產(chǎn)案例，但對(duì)粒度、煤種要求較為嚴(yán)格，甲烷含量較高（0.7%2.5%），更兼設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度較低，已不代表發(fā)展方向。2.1 循環(huán)流化床氣化爐CFB    魯奇公司開(kāi)發(fā)的循環(huán)流化床氣化爐（CFB）可氣化各種煤，也可以用碎木、樹(shù)皮、城市可燃垃圾作為氣化原料，水蒸氣和氧氣作氣化劑，氣化比較完全，氣化強(qiáng)度大，是移動(dòng)床的2倍，碳轉(zhuǎn)化率高（97%），爐底排灰中含碳2

32、%3%，氣化原料循環(huán)過(guò)程中返回氣化爐內(nèi)的循環(huán)物料是新加入原料的40倍，爐內(nèi)氣流速度在（57）m/s之間，有很高的傳熱傳質(zhì)速度。氣化壓力0.15MPa。氣化溫度視原料情況進(jìn)行控制，一般控制循環(huán)旋風(fēng)除塵器的溫度在（8001050）之間。魯奇公司的CFB氣化技術(shù)，在全世界已有60多個(gè)工廠采用，正在設(shè)計(jì)和建設(shè)的還有30多個(gè)工廠，在世界市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。    CFB氣化爐基本是常壓操作，若以煤為原料生產(chǎn)合成氣，每公斤煤消耗氣化劑水蒸氣1.2kg，氧氣0.4kg，可生產(chǎn)煤氣 （l.92.0）m3。煤氣成份COH275%，CH4含量2.5%左右， CO215%低于德

33、士古爐和魯奇MK型爐煤氣中CO2含量，有利于合成氨的生產(chǎn)。在未取得用于氨廠的工業(yè)化成功經(jīng)驗(yàn)之前，應(yīng)慎重從事。2.2 灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)    灰熔聚煤氣化技術(shù)以小于6mm粒徑的干粉煤為原料，用空氣或富氧、水蒸氣作氣化劑，粉煤和氣化劑從氣化爐底部連續(xù)加入，在爐內(nèi)（10501100）的高溫下進(jìn)行快速氣化反應(yīng)，被粗煤氣夾帶的未完全反應(yīng)的殘?zhí)己惋w灰，經(jīng)兩極旋風(fēng)分離器回收，再返回爐內(nèi)進(jìn)行氣化，從而提高了碳轉(zhuǎn)化率，使灰中含磷量降低到10%以下，排灰系統(tǒng)簡(jiǎn)單。粗煤氣中幾乎不含焦油、酚等有害物質(zhì)，煤氣容易凈化，這是中國(guó)自行開(kāi)發(fā)成功的先進(jìn)的煤氣化技術(shù)。該技術(shù)可用于生

34、產(chǎn)燃料氣、合成氣和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，特別用于中小氮肥廠替代間歇式固定床氣化爐，以煙煤替代無(wú)煙煤生產(chǎn)合成氨原料氣，可以使合成氨成本降低15%20%，具有廣闊的發(fā)展前景。第一套直徑為2.6m工業(yè)氣化爐將在城固好氨肥廠建設(shè)，取得經(jīng)驗(yàn)后進(jìn)行推廣。3 氣流床氣化爐    氣流床，從原料形態(tài)分有水煤漿、干煤粉2類；從專利上分，Texaco、Shell最具代表性。氣流床對(duì)煤種（煙煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有較大的兼容性，國(guó)際上已有多家單系列、大容量、加壓廠在運(yùn)作，其清潔、高效代表著當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流。3.1 德士古（Texaco）氣化爐  

35、0; Texaco水煤氣化爐雷同于1952年開(kāi)發(fā)成功地渣油氣化爐，經(jīng)過(guò)1975年、1978年低壓與高壓中試裝置（激冷流程）以及1978年西德Oberhausen的RCH/RAG示范裝置（廢爐流程、150t煤/d，4.0MPa）考核與經(jīng)驗(yàn)積累，于1982年建成TVA裝置（180t，二臺(tái)爐，一開(kāi)一備，6.5MPa）、1984年建成日本UBE裝置（1500t煤/d，三開(kāi)一備，3.6MPa）以及Cool Water IGCC電站（910t煤/d，二臺(tái)爐，4.0MPa），這些裝置投運(yùn)后都取得成功。目前Texaco最大商業(yè)裝置是Tampa電站，屬于DOE的CCT-3，1989年立項(xiàng)，1996年7

36、月投運(yùn)，12月宣布進(jìn)入驗(yàn)證運(yùn)行。該裝置為單爐，日處理煤2000t，氣化壓力為2.8MPa，氧純度為95%，煤漿濃度68%，冷煤氣效率76%，凈功率250MW。輻射鍋爐直徑5.18m，高30.5m，重900t。    80年代末至今，中國(guó)共引進(jìn)4套（未計(jì)入首鋼一套）Texaco水煤漿氣化裝置，與魯南（二臺(tái)爐，一開(kāi)一倍，單爐日處理量450t煤，2.8MPa）、吳涇（4臺(tái)爐，三開(kāi)一備，單爐日處理500t煤，4.0MPa）、渭河（三臺(tái)爐，二開(kāi)一備，單爐日處理量為820t，6.5MPa）、淮南（三臺(tái)爐，無(wú)備用，單爐日處理500t煤，4.0MPa），這4套裝置均用于

37、生產(chǎn)合成氣，7臺(tái)用于制氨，5臺(tái)用于制甲醇。中國(guó)在水煤漿氣化領(lǐng)域中積累了豐富的設(shè)計(jì)、安裝、開(kāi)車以及新技術(shù)研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)。     主要優(yōu)點(diǎn)：水煤漿制備輸送、計(jì)量控制簡(jiǎn)單、安全、可靠；設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高，投資省。主要缺點(diǎn)：褐煤的制漿濃度約59%61%；煙煤的制漿濃度為65%；因汽化煤漿中的水量要耗去入爐煤的8%，比干煤粉為原料氧耗高12%20%，所以效率比較低。3.2 Destec氣化爐    Destec氣化爐已建設(shè)2套商業(yè)裝置，都在美國(guó)：LGT1（氣化爐容量2200t/d，2.8MPa，1987年投運(yùn)）與Wabsh

38、 Rive（二臺(tái)爐，一開(kāi)一備，單爐容量2500t/d，2.8MPa，1995年投運(yùn)）爐型類似于K-T，分第一段（水平段）與第二段（垂直段），在第一段中，2個(gè)噴嘴成180度對(duì)置，借助撞擊流以強(qiáng)化混合，克服了Texaco爐型的速度成鐘型（正態(tài)）分布的缺陷，最高反應(yīng)溫度約1400。為提高冷煤氣效率，在第二階段中，采用總煤漿量的10%20%進(jìn)行冷激（該點(diǎn)與Shell、Prenflo的循環(huán)沒(méi)氣冷激不同），此處的反應(yīng)溫度約1040，出口煤氣進(jìn)火管鍋爐回收熱量。熔渣自氣化爐第一段中部流下，經(jīng)水冷激固化，形成渣水漿排出。這種爐型適合于生產(chǎn)燃料氣而不適合于生產(chǎn)合成氣。3.3 氣化爐  

39、60; Shell氣化爐與Texaco氣化爐技術(shù)經(jīng)歷相似，50年代初Shell開(kāi)發(fā)渣油氣化成功，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了3個(gè)階段：1976年試驗(yàn)煤炭30余種；1978年與德國(guó)Krupp-Koppers合作，在Harburg建設(shè)日處理150t煤裝置；兩家分手后，1978年在美國(guó)Houston的Deer Park建設(shè)日處理250t高硫煙煤或日處理400t高灰分、高水分褐煤。共費(fèi)時(shí)16年，至1988年Shell煤技術(shù)運(yùn)用于荷蘭Buggenum IGCC電站。該裝置的設(shè)計(jì)工作為1.6年，1990年10月開(kāi)工建造，1993年開(kāi)車，1994年1月進(jìn)入為時(shí)3年的驗(yàn)證期，目前已處于商業(yè)運(yùn)行階段。單爐日處理

40、煤2000t。    Shell氣化爐殼體直徑約4.5m，4個(gè)噴嘴位于爐子下部同一水平面上，沿圓周均勻布置，借助撞擊流以強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過(guò)程，使?fàn)t內(nèi)橫截面氣速相對(duì)趨于均勻。爐襯為水冷壁（Membrame Wall），總重500t。爐殼于水冷管排之間有約0.5m間隙，做安裝、檢修用。    煤氣攜帶煤灰總量的20%30%沿氣化爐軸線向上運(yùn)動(dòng)，在接近爐頂處通入循環(huán)煤氣激冷，激冷煤氣量約占生成煤氣量的60%70%，煤器降溫至900，熔渣凝固，出氣化爐，沿斜管道向上進(jìn)入管式余熱鍋爐。煤灰總量的70%80%以熔態(tài)流入氣化爐底部，

41、激冷凝固，自爐底排出。    粉煤由N2攜帶，密相輸送進(jìn)入噴嘴。工藝氧（純度為95%）與蒸汽也由噴嘴進(jìn)入，其壓力為3.33.5MPa。氣化溫度為15001700，氣化壓力為3.0MPa。冷煤氣效率為79%81%；原料煤熱值的13%通過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)化為蒸汽；6%由設(shè)備和出冷卻器的煤氣顯熱損失于大氣和冷卻水。    Shell煤氣化技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：采用干煤粉進(jìn)料，氧耗比水煤漿低15%；碳轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)99%，煤耗比水煤漿低8%；調(diào)解負(fù)荷方便，關(guān)閉一對(duì)噴嘴，符合則降低50%；爐襯為水冷壁，據(jù)稱其壽命為20年，噴嘴壽命為1年。主

42、要缺點(diǎn)：設(shè)備投資大于水煤漿氣化技術(shù)；氣化爐及廢鍋爐結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，加工難度加大。迄今為止，世界上已投入運(yùn)行的4座250 MW以上的IGCC電站分別是美國(guó)的Wabash River(260.6 MW)和Tampa(250 MW)、荷蘭的Demkolec(253 MW)和西班牙的Puertollano(300 MW)。它們分別采用Destec、Texaco、Shell和Prenflo加壓噴流床煤氣化工藝。Destec和Texaco是水煤漿加壓氣化的主要代表，而Shell和Prenflo則是干粉進(jìn)料加壓噴流床氣化的主要代表。用于IGCC的4種煤氣化爐容量都達(dá)到2 000 t/d以上，都是這些氣化爐首次

43、最大容量的工業(yè)應(yīng)用。它們的運(yùn)行狀況直接影響著IGCC的可用率和可靠性，是IGCC電站最關(guān)鍵的技術(shù)之一。4種氣化爐技術(shù)特點(diǎn)的綜合比較見(jiàn)表1。表14種氣化爐的技術(shù)特點(diǎn)比較技術(shù)項(xiàng)目TexacoDestec/DynergyShellPrenflo進(jìn)料方式濕法/水煤漿濕法/水煤漿干法/煤粉干法/煤粉反應(yīng)器形式噴流床噴流床噴流床噴流床氧氣純度/%9595958595噴嘴/個(gè)13(+1)44噴嘴的壽命/h1 4401 4402 16010 000待考檢氣化爐內(nèi)襯耐火磚耐火磚水冷壁+涂層水冷壁+涂層內(nèi)襯的壽命/a2310(待考驗(yàn))10(待考驗(yàn))冷煤氣效率/%7176747880838083碳轉(zhuǎn)化率/%9698

44、989898單爐最大出力/t.d-12 2002 4002 5002 0002 600示范電站的凈功率/MW250.0260.6253.0300.0最大容量氣化爐的最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間/h8 8607 50010 00040示范電站最長(zhǎng)追續(xù)運(yùn)行時(shí)間/h7201 0003242 00025示范電站的氣化爐可用率/%80859095 (一開(kāi)一備)95(待考驗(yàn))組成IGCC示范電站的效率/%設(shè)計(jì)值：41.6(HHV)試驗(yàn)值：38.5(HHV)設(shè)計(jì)值：37.8(HHV)試驗(yàn)值：38.8(HHV)43(LHV)(未公布試驗(yàn)值)45(LHV)(待試驗(yàn))組成的IGCC達(dá)到43%(LHV)效率的可能性有可能(但必須改

45、進(jìn)全熱回收)容易達(dá)到容易達(dá)到能達(dá)到存在的問(wèn)題噴嘴、耐火磚壽命短，全熱回收系統(tǒng)和黑水處理系統(tǒng)尚待改進(jìn)噴嘴、耐火磚壽命短，黑水處理系統(tǒng)待改進(jìn)黑水系統(tǒng)待改進(jìn)供料系統(tǒng)待改進(jìn)是否氣化過(guò)類似于中國(guó)IGCC電站的煤種是否是否目前IGCC電站的造價(jià)低最低較高較高（三）煤氣凈化系統(tǒng)煤氣凈化：脫除煤氣中飛灰、焦油、萘、氨、硫化氫等雜質(zhì)的過(guò)程。1、煤氣凈化的主要內(nèi)容1.粗煤氣的主要成分 干煤粉（或煤漿）在氣化爐內(nèi)生成粗煤氣，由于煤內(nèi)污染物的存在，通常煤氣中除CO、H、CH、CO和其他氣態(tài)碳?xì)浠衔锿猓€有COS、H2S、粉塵、鹵化物、堿金屬及焦油蒸汽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)對(duì)后續(xù)系統(tǒng)特別是燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生腐蝕和磨損，也會(huì)對(duì)環(huán)

46、境產(chǎn)生危害。2煤氣凈化的目的和要求煤氣凈化的主要目的是為了滿足燃?xì)廨啓C(jī)和環(huán)保的要求，粗煤氣中含有的粉塵、H2S、COS、鹵化物、NH3、堿金屬及焦油等雜質(zhì)，不但污染環(huán)境，而且對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐等主要設(shè)備有強(qiáng)的磨損和腐蝕作用z了使IGCC機(jī)組正常運(yùn)行并達(dá)到較高的可靠性，必須在煤氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，對(duì)其進(jìn)行凈化處理。燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)煤氣中含塵量的要求有濃度和粒度分布兩項(xiàng)指標(biāo)。一般要求是01um的粉塵含量應(yīng)小于2.2×106、110um的粉塵含量應(yīng)小于（4.45.8）×106、大于10um的粉塵顆粒應(yīng)全部除去。 對(duì)煤氣中硫的要求主要以環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，目前采用的脫硫方法所達(dá)到的脫硫效果

47、已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)了我國(guó)燃煤電廠對(duì)硫排放的標(biāo)準(zhǔn)要求。3煤氣凈化的主要流程2、IGCC電站煤氣除塵IGCC電站除塵通常包括兩部分，干法除塵和濕法洗滌。干法除塵除去大部分固體顆粒物，濕法洗滌除去其余固體顆粒物外，并除去粗煤氣中的鹵化物。 1 干法除塵干法除塵主要采用旋風(fēng)分離器和高溫高壓陶瓷管過(guò)濾器串聯(lián)方式來(lái)完成。旋風(fēng)分離器依靠粉塵的慣性離心力來(lái)完成，氣速一般為1825m/s，能分離約90的粉塵量。高溫高壓陶瓷管過(guò)濾器原理與布袋除塵器相同，采用特殊陶瓷材料做為濾件，經(jīng)過(guò)濾后，煤氣中含塵量不超過(guò)20mg/Nm3，最低可達(dá)到12 mg/Nm3。2 濕法洗滌濕法洗滌系統(tǒng)包括文丘里洗滌塔、填充料床式洗滌塔，經(jīng)洗滌后

48、，合成氣中固體含量不超過(guò)1mg/Nm3，并除去合成氣中的鹵化物、氨(NH3)及甲酸（HCOOH)。3、IGCC電站煤氣脫硫的幾種方法及特點(diǎn)1.脫硫方法概述以煤為原料進(jìn)化所產(chǎn)生的粗煤氣，其中所含的硫化物可分為無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫，無(wú)機(jī)硫主要是H2S，而有機(jī)硫一般為小分子量的COS、CS2和大分子量的硫醇 、硫醚和噻吩等組成。這些硫化物的存在不僅會(huì)污染環(huán)境，而且會(huì)直接對(duì)下游工藝及設(shè)備帶來(lái)危害，必須進(jìn)行脫除。煤氣脫硫的方法主要有高溫煤氣脫硫、干法脫硫和濕法脫硫。高溫煤氣脫硫借助于可再生的單一或復(fù)合金屬氧化物與硫化氫或其他硫化物的反應(yīng)來(lái)完成，操作溫度在400 1200之間，與冷煤氣脫硫相比，不會(huì)浪費(fèi)高溫煤氣

49、中占總值1020的顯熱，提高發(fā)電效率2以上，但目前技術(shù)還未成熟，不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。干法脫硫利用吸附劑和/或催化劑將硫化物直接脫除或轉(zhuǎn)化后再脫除，按脫硫劑種類可分為鐵系脫硫劑、活性炭系脫硫劑、鋁系有機(jī)硫水解催化劑、鋅系脫硫劑和分子篩系脫硫劑。如CLAUS反應(yīng)的催化劑，在國(guó)內(nèi)曾使用天然鋁釩土、活性氧化鋁作為催化劑。干法的特點(diǎn)是脫硫精度高，投資低，運(yùn)行費(fèi)用低，幾乎沒(méi)有動(dòng)力消耗，適合進(jìn)口濃度低和處理氣體量少的脫硫要求。濕法脫硫利用液體將硫化物從粗煤氣中分離、富集，然后再氧化轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸。從所用溶劑的不同，又可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和物理化學(xué)法等。濕法的特點(diǎn)是適合處理含硫量大或氣量大的場(chǎng)合，投資

50、大，運(yùn)行費(fèi)用高。 IGCC電廠產(chǎn)氣量大，含硫量高，通常采用濕法脫硫。典型的濕法脫硫工藝有低溫甲醇洗法、環(huán)丁砜法、烷基醇胺法、NHD法 。2.低溫甲醇洗低溫甲醇洗屬物理吸收法。溶劑： Rectisol® 中文 甲醇。（1）溶劑的性質(zhì)：甲醇的分子式為 CH3OH，相對(duì)分子質(zhì)量32.04，熔點(diǎn)97.8 ，沸點(diǎn)64.5，閃點(diǎn)12.22 ，自燃點(diǎn)464 ；甲醇對(duì)CO2、H2S等酸性氣體有較大的溶解能力，尤其是低溫下其溶解度更大；H2、N2、CO、CH4、NOx等氣體在甲醇中的溶解度很小，且溫度對(duì)他們的溶解度影響也不大。因而通過(guò)溫度和其他工藝參數(shù)的改變，甲醇能從原料氣中選擇性吸收H2S、COS和

51、CO2。此外，低溫甲醇洗還可以脫除合成氣中的輕質(zhì)油和HCN等。 酸性氣體在甲醇中的溶解度隨著溫度的降低而增大，尤其是從-30降到-60以下時(shí)，溶解度急劇增加。 由上圖可見(jiàn)，常溫下甲醇的蒸汽分壓很大。為了減少操作中的溶劑損失，工藝上也應(yīng)選擇低溫吸收。（2）根據(jù)甲醇的性質(zhì)決定了工藝的選擇Ø 壓力的選擇： 升高壓力，可以增加硫化物在甲醇中的溶解度。溶解度隨壓力的提高而增加，幾乎成直線的正比關(guān)系，而在減壓時(shí)被吸收的氣體即行放出。硫化氫在甲醇中的溶解度比二氧化碳還要大，吸收的速度更快，因此可以采用分段吸收和再生的方法來(lái)得到高濃度的硫化氫和二氧化碳。 Ø 溫度的選擇： 酸性氣體在甲醇中

52、的溶解度隨著溫度的降低而增大，尤其是從-30降到-60以下時(shí)，溶解度急劇增加，為減少操作中甲醇損失，應(yīng)采用低溫吸收。吸收溫度一般應(yīng)選擇在-70-20。Ø 再生條件： 吸收硫化物和CO2等酸性氣體后的甲醇，在減壓加熱條件下，解析出所溶解的氣體，使甲醇得以再生。（3）低溫甲醇洗工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：² 優(yōu)點(diǎn)：吸收能力大，溶液循環(huán)量小，能耗低；選擇性好，脫硫脫碳在同一個(gè)塔內(nèi)分段選擇性吸收，能同時(shí)脫除氣體中H2S、COS和CO2，尤其對(duì)COS的吸收能力強(qiáng)，并能回收高濃度的H2S和CO2；凈化度高，出口氣總硫濃度小于0.1×10-6并且相當(dāng)穩(wěn)定。即使生產(chǎn)工況有所波動(dòng)，凈化氣質(zhì)量仍能

53、保證；操作彈性大：實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，凈化裝置能在30110的范圍內(nèi)操作；吸收過(guò)程無(wú)副反應(yīng)，溶劑不起泡，不腐蝕設(shè)備。 ² 缺點(diǎn)：甲醇有毒，對(duì)工藝、管道、設(shè)備、閥門等的密閉性要求較嚴(yán)；由于在低溫下（-30-60）操作，需要用耐低溫的鋼材；甲醇容易揮發(fā)，故溶劑的蒸發(fā)損失量較大，每處理1000標(biāo)立的粗煤氣約消耗0.51.0kg甲醇 最后，低溫甲醇洗凈化程度很高，但甲醇有毒，且流程比較復(fù)雜，吸收過(guò)程必須在低溫下進(jìn)行，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。對(duì)于純IGCC發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有后續(xù)的化學(xué)合成工藝，不需要特別高純度的凈化氣，無(wú)需采用造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用高的低溫甲醇洗工藝。3.NMPNMP（Purisol&#

54、174;）屬物理吸收法。溶劑： Purisol®（NMP） 中文名：N甲基吡咯烷酮(1) 溶劑性質(zhì)：分子式為C5H9NO，沸點(diǎn)206，冰點(diǎn)-23.6 ，閃點(diǎn)95 ，燃點(diǎn)245 ，氣化潛熱494KJ/kg；低毒，無(wú)腐蝕，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)低；對(duì)H2S和CO2在常溫下有高的溶解性和選擇性；對(duì)COS有適當(dāng)?shù)娜芙舛?；平均損耗：0.5kg每10000Nm3原料氣 Purisol®（NMP）與Rectisol®（甲醇）吸收系數(shù)對(duì)比由圖表中可以看出，常溫下，NMP對(duì)H2S和CO2的溶解能力比甲醇要高，選擇性也要比甲醇好.(2) NMP（Purisol®）典型工藝流程圖(3) P

55、urisol®（NMP）濕法脫硫的特點(diǎn)： a. 物理吸收過(guò)程，酸性氣體雜質(zhì)被熔劑b. 對(duì)H2S和CO2的選擇性比較好 c. 與低溫甲醇洗相比，無(wú)需冷凍單元d.揮發(fā)性較高，產(chǎn)品氣中夾帶有痕量熔劑,需在吸收部加裝反洗裝置進(jìn)行脫除 e.需要在脫硫單元前加裝COS水解裝置g.熔劑市場(chǎng)上大量供應(yīng)，容易采購(gòu) 4. Selexol（NHD） Selexol（NHD）屬物理吸收法，溶劑：Selexol（NHD），中文名：聚乙二醇二甲醚。（1） 溶劑性質(zhì)：分子式為CH3O(C2H4O)nCH3，其中 n 為39，冰點(diǎn)-22-29 ,燃點(diǎn)157；對(duì)二氧化碳、硫化氫吸收能力強(qiáng)，選擇性好；對(duì)有機(jī)硫吸收能力強(qiáng)

56、 ；蒸氣壓低，揮發(fā)性小，不需加裝反洗裝置回收熔劑；無(wú)毒無(wú)腐蝕無(wú)臭味；具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。 （2） Selexol（NHD）流程圖（3）Selexol（NHD）濕法脫硫的特點(diǎn)： a 物理吸收過(guò)程，酸性氣體雜質(zhì)被熔劑吸收 b 對(duì)H2S和CO2的選擇性比較好c.與低溫甲醇洗相比，無(wú)需冷凍單元 d對(duì)COS吸收能力強(qiáng)，無(wú)需水解單元e揮發(fā)性小，不需加裝反洗裝置回收熔劑 f無(wú)毒無(wú)腐蝕，設(shè)備可采用碳鋼材料g熔劑市場(chǎng)上大量供應(yīng)，容易采購(gòu) 5.環(huán)丁砜法（Sulfinol） 環(huán)丁砜法（Sulfinol）屬物理化學(xué)吸收法。溶劑：環(huán)丁砜（二氧四氫噻吩）和烷基醇胺（一乙醇胺或二乙丙醇胺）的混合液作為吸收劑。

57、(1)溶劑性質(zhì)：環(huán)丁砜（sulfolane），學(xué)名二氧化四氫噻吩，分子式C4H8SO2，沸點(diǎn)285；環(huán)丁砜是硫化物（如H2S、COS、CS2）極好的物理吸收溶劑，對(duì)CO2、重?zé)N、芳香烴的吸收能力較低；環(huán)丁砜溶液中含有約2030的乙醇胺，乙醇胺與硫化氫反應(yīng)可生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物， 化學(xué)反應(yīng)方程式：二乙丙醇胺（用R2NH表示） R2NHH2S R2NH2·HS R2NHCO2+ H2O R2NH2·H CO3 該反應(yīng)強(qiáng)烈地依賴于溫度和壓力。溫度降低、壓力升高，反應(yīng)向右進(jìn)行并放出熱量；溫度升高、壓力降低時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，溶液中的胺鹽分解，放出硫化氫，溶液恢復(fù)吸收能力。 (2)環(huán)丁砜

58、濕法脫硫的特點(diǎn)： a. 物理化學(xué)吸收過(guò)程 b. 對(duì)H2S和CO2的選擇性比較好 c. 與低溫甲醇洗相比，無(wú)需冷凍單元 d. 對(duì)COS吸收能力強(qiáng)，無(wú)需水解單元 e. 熔劑濃度高，硫容量大，能耗低 f. 砜胺溶液是良好的溶劑，會(huì)溶解管、閥和設(shè)備的密封材料 4、硫回收及尾氣處理濕法脫硫系統(tǒng)所富集起來(lái)的酸性氣送往硫回收系統(tǒng)進(jìn)行處理。硫回收按最終產(chǎn)品分類可分為：硫磺回收，一般采用CLAUS工藝；硫酸回收，采用WSA濕法硫酸工藝 克勞斯硫回收裝置包括下列單元 （1） 富氧克勞斯單元 燃燒爐中的化學(xué)反應(yīng)：H2S+3/2O2=SO2+H2O 克勞斯化學(xué)反應(yīng)：2H2S+SO2=3S+2H2O （2） 尾氣回收單元 加氫反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)：