IGCC電站氣化系統(tǒng)及灰水系統(tǒng)優(yōu)化

1、第卷第期年月華電技術(shù)電站氣化系統(tǒng)及灰水系統(tǒng)優(yōu)化俞駱，金向陽(yáng)， （杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江杭州）（，）摘要：對(duì)整體式煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠氣化系統(tǒng)和灰水系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，分析了半山整體式煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程的氣化和灰水系統(tǒng)工藝流程，著重論述了多噴嘴對(duì)置式水煤漿工藝流程、灰水處理工藝的選擇、氣化參數(shù)的優(yōu)選、初步凈化工序和渣水處理工序。關(guān)鍵詞：整體式煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)；氣化系統(tǒng)；灰水系統(tǒng)；高效環(huán)保；發(fā)展前景中圖分類(lèi)號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）：（），：（）；整體式煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程系統(tǒng)整體式煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（以下簡(jiǎn)稱(chēng)）是將煤炭氣化和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有機(jī)集成的一種潔凈煤發(fā)

2、電技術(shù)。在系統(tǒng)中，采用原料煤作為燃料，經(jīng)過(guò)氣化爐將其轉(zhuǎn)化為煤氣，并經(jīng)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)排出的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電過(guò)程。具有高效、清潔、節(jié)水、適應(yīng)燃料性廣、易于實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。浙江半山發(fā)電示范工程是基于“十一五”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（計(jì)劃）級(jí)關(guān)鍵技術(shù)研究開(kāi)發(fā)與工業(yè)示范課題研究的收稿日期：依托工程，該工程擬在“十一五”期間建成投產(chǎn)。系統(tǒng)氣化島工藝流程系統(tǒng)氣化島根據(jù)流程可以劃分為個(gè)單元。）氣化爐單元，包括制漿和氣化。（）合成氣高溫冷卻單元，包括輻射廢熱鍋爐和對(duì)流廢熱鍋爐。）除塵單元

3、。（）合成氣低溫冷卻單元，包括合成氣顯熱和其中水蒸汽潛熱的回收。）脫硫單元，包括硫的脫出和回收。（）渣水處理單元。（）空分單元。系統(tǒng)氣化島工藝流程如圖所示。 圖氣化島工藝流程框圖多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)及工藝比單純文氏管好。通過(guò)水洗塔和蒸發(fā)熱水塔對(duì)粗合本文主要研究氣化爐單元的工藝系統(tǒng)選擇和參數(shù)選擇。工藝流程空分來(lái)的高壓氧氣和煤漿槽內(nèi)的煤漿經(jīng)臺(tái)煤漿給料泵加壓后分別送至氣化爐的個(gè)工藝燒嘴，在氣化爐燃燒室內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成的粗合成氣、熔渣及未完全反應(yīng)的碳，沿氣化爐耐火表面向下流到氣化爐出口進(jìn)入輻射式廢熱鍋爐。高溫的粗煤氣和液態(tài)渣進(jìn)入輻射式廢熱鍋爐后，通過(guò)輻射傳熱將熱量傳遞給水冷壁，產(chǎn)生高壓蒸

4、汽，合成氣的流速選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得熔渣在沖擊到冷卻面之前得到足夠的冷卻，固化失去粘結(jié)性從而保證不污濁受熱面。在輻射式廢熱鍋爐的底部，粗灰渣和部分細(xì)灰渣被收集在水槽中，大塊的渣被碎渣機(jī)碾碎并通過(guò)鎖斗系統(tǒng)排出氣化爐。工藝燒嘴在高溫下工作，為了保護(hù)燒嘴，在端部裝有冷卻盤(pán)管和水夾套，進(jìn)入的冷卻水連續(xù)循環(huán)流動(dòng)以冷卻燒嘴，防止高溫?fù)p壞。從對(duì)流式廢熱鍋爐來(lái)的煤氣經(jīng)過(guò)混合器、旋風(fēng)分離器、水洗塔洗滌除塵后送凈化系統(tǒng)。水洗塔中部含固量較低的洗滌黑水經(jīng)黑水循環(huán)泵加壓后分為路：一路送入氣化爐洗滌冷卻環(huán)；另一路送入混合器作為洗滌潤(rùn)濕水。水洗塔底部排出的黑水，通過(guò)流量控制經(jīng)減壓進(jìn)入含渣水處理工序。含渣水處理工序再生的灰水

5、，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)熱水塔預(yù)熱返回水洗塔。灰水處理工藝選擇新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的灰水處理系統(tǒng)與水煤漿氣化技術(shù)相比，作了較大改進(jìn)，采取分級(jí)凈化、蒸發(fā)分離、直接換熱的灰水處理流程。若采用混合器先對(duì)粗合成氣中灰渣顆粒進(jìn)行預(yù)先充分潤(rùn)濕混合，使進(jìn)入旋風(fēng)分離器中大部分灰渣顆?？上绕诜蛛x移出系統(tǒng)，盡量少帶入后續(xù)系統(tǒng)。效果成氣進(jìn)一步洗滌除灰，灰水改間接換熱為直接換熱，消除換熱器易結(jié)垢堵塞的問(wèn)題，提高熱傳遞效率，充分回收能量，系統(tǒng)阻力相對(duì)較小?；宜幚砗笫勾趾铣蓺膺M(jìn)入氣體脫硫凈化單元，其成分工況見(jiàn)表。表粗合成氣成分工況洗滌塔出口粗合成氣成分壓力（）溫度質(zhì)量流量（·）體積流量（·）氣化參數(shù)的優(yōu)

6、化選擇氣化壓力氣化技術(shù)按氣化爐操作壓力的不同可分為常壓氣化和加壓氣化。由于加壓氣化具有生產(chǎn)強(qiáng)度高、對(duì)燃?xì)廨斉浜秃罄m(xù)化學(xué)加工具有明顯的經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，所以，近現(xiàn)代氣化技術(shù)十分注重加壓氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)。目前，將氣化壓力在以上的氣化統(tǒng)稱(chēng)為加壓氣化技術(shù)。氣化壓力的提高，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（）有利于體積縮小的反應(yīng)的進(jìn)行，煤氣中的和含量增加，煤氣的熱值提高；（）氣體比容小，氣化爐管路系統(tǒng)的流通尺寸小，減少了金屬消耗量和投資費(fèi)用。由于燃機(jī)進(jìn)氣所需壓力大約為（），如果氣化壓力太高，至燃機(jī)側(cè)的燃?xì)膺€需經(jīng)減壓才能經(jīng)驗(yàn)表明：比煤耗越低，消耗的干煤量越少，經(jīng)進(jìn)入燃機(jī)，造成能量的浪費(fèi)。考慮到系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備和管路的壓降：合成氣高溫冷

7、卻單元（）、除塵單元（）、合成氣低溫冷卻單元（）、脫硫）、前置模塊單元（），浙江半山單元（發(fā)電示范工程氣化壓力采用（）。氣化溫度由于氣流床采用高溫氣化，因此，提高氣化溫度是增大氣化反應(yīng)速度、提高生產(chǎn)能力和改善煤氣質(zhì)量的最有效的手段。若提高氣化溫度，可提高參加反應(yīng)的各種物質(zhì)的高溫化學(xué)活性，以提高碳轉(zhuǎn)化率；濟(jì)性就越高；比氧耗越低，消耗的氧量越少，空分系統(tǒng)的容量可以減小，投資額度可以降低；碳轉(zhuǎn)化率高，則氣化反應(yīng)充分，氣化效率就高；冷煤氣效率高，則煤中的化學(xué)能更多的轉(zhuǎn)化成煤氣的化學(xué)能，有利于提高循環(huán)系統(tǒng)的供電效率。根據(jù)熱平衡計(jì)算結(jié)果，浙江半山發(fā)電示范工程采用設(shè)計(jì)煤種滿(mǎn)世煤時(shí)，比煤耗為，比氧耗為，碳轉(zhuǎn)化

8、率為。也可以通過(guò)提高氣化劑中的氧濃度和氣化劑溫度的辦法來(lái)提高氣化溫度。氣化溫度的提高主要受煤灰熔點(diǎn)的制約。對(duì)于液態(tài)排渣氣化爐來(lái)說(shuō)，氣化爐的操作溫度一般都要在灰的流動(dòng)溫度以上，這樣，高溫爐渣就會(huì)以熔融狀態(tài)排出氣化爐。操作溫度的提高，有利于灰渣的流動(dòng)，但爐磚侵蝕剝落程度會(huì)加快。根據(jù)有些廠家的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)操作溫度在以上每增加時(shí)，耐火磚熔蝕速率將增加倍。溫度偏低灰渣黏度升高，渣流動(dòng)不暢，容易堵塞渣口。只有在最佳黏度范圍內(nèi)操作才能在爐磚表面形成一定厚度的灰渣保護(hù)層，這樣，既延長(zhǎng)了爐磚壽命又不堵塞渣口。液態(tài)排渣氣化最佳操作溫度視灰渣的黏溫特性而定，一般推薦高于煤灰熔點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)煤種的煤質(zhì)條件，氣化溫度的選擇原

9、則是在氣化煤種的灰渣流動(dòng)溫度（）基礎(chǔ)上增加約。經(jīng)計(jì)算，氣化爐操作溫度確定為。氣化系統(tǒng)其他主要指標(biāo)通過(guò)討論可知，氣化指標(biāo)有氣化爐操作壓力、操作溫度、生產(chǎn)能力、粗煤氣產(chǎn)量及組成，此外，下列個(gè)主要工藝參數(shù)也用于評(píng)價(jià)煤種的氣化特性。（）產(chǎn)氣率單位時(shí)間生產(chǎn)的有效氣（）單位時(shí)間內(nèi)消耗的干煤量（）。（）比煤耗單位時(shí)間內(nèi)消耗的干煤量單位時(shí)間生產(chǎn)的有效氣量（）（）。（）比氧耗單位時(shí)間內(nèi)消耗的氧量單位時(shí)間生產(chǎn)的（）量（）。（）碳轉(zhuǎn)化率工藝氣體中碳總量入爐總碳量×。（）冷煤氣效率（氣化效率）煤氣的高位熱值原煤的高位熱值×。（）氣化強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的干氣量氣化爐燃燒室容積（·）。水煤漿

10、制備工序粒度為以下的碎煤，在控制流量的情況下連續(xù)送入煤倉(cāng)，在煤倉(cāng)中儲(chǔ)存可供的用量。煤倉(cāng)中的煤經(jīng)煤稱(chēng)重給料機(jī)計(jì)量后送入磨煤機(jī)。磨煤機(jī)中還加入煤漿添加劑，以穩(wěn)定煤漿，降低煤漿粘度。添加劑槽底部設(shè)有蒸汽盤(pán)管，添加劑經(jīng)添加劑給料泵送入磨煤機(jī)。制漿用水為含渣水處理工序的冷凝液和濾液，由磨煤水泵送入磨煤機(jī)，原水作為補(bǔ)充水。煤、水、添加劑在磨煤機(jī)濕磨至所要求的粒度分布，制得煤漿。磨煤機(jī)溢流煤漿經(jīng)一級(jí)滾筒篩濾去大顆粒后，依靠重力溢流至磨煤機(jī)出口槽，由磨煤機(jī)出口槽泵送氣化工序。氣化、廢熱鍋爐熱回收及煤氣初步凈化工序由磨煤機(jī)出口槽泵來(lái)的煤漿經(jīng)二級(jí)滾筒篩后送入煤漿槽。煤漿槽有一定的標(biāo)高，提供煤漿給料泵所需的入口壓頭

11、。來(lái)自煤漿槽的煤漿，由臺(tái)煤漿給料泵加壓后，分別經(jīng)煤漿切斷閥進(jìn)入工藝燒嘴。投料前，煤漿經(jīng)煤漿循環(huán)閥循環(huán)回煤漿槽?？辗盅b置來(lái)的純氧分流成路，分別經(jīng)氧氣流量調(diào)節(jié)閥、氧氣切斷閥后，進(jìn)入工藝燒嘴的中心通道和外通道。水煤漿和氧氣通過(guò)個(gè)對(duì)稱(chēng)布置在同一水平面的工藝燒嘴同軸射流進(jìn)入氣化爐內(nèi)，氣化反應(yīng)的條件為、。燃燒室內(nèi)襯用耐火磚；生成的粗煤氣為，及水蒸汽等的混合物；煤中的未轉(zhuǎn)化組分與煤灰形成灰渣，粗煤氣與灰渣一起向下，進(jìn)入輻射式廢熱鍋爐。熔渣冷卻并凝固后，落入輻射式廢熱鍋爐渣池。粗煤氣出輻射式廢熱鍋爐，經(jīng)對(duì)流式廢熱鍋爐后，去煤氣初步凈化工序。輻射式廢熱鍋爐、對(duì)流式廢熱鍋爐中粗煤氣降溫，顯熱用于產(chǎn)生蒸汽。輻射式廢

12、熱鍋爐渣池底部含渣水，通過(guò)液位調(diào)節(jié)連續(xù)送入含渣水處理工序。輻射式廢熱鍋爐的粗渣經(jīng)靜態(tài)破渣器、破渣機(jī)破渣后排入鎖斗，然后定時(shí)排放。在氣化爐預(yù)熱期間，利用頂置的預(yù)熱燒嘴進(jìn)行升溫，直到氣化爐內(nèi)溫度達(dá)到要求的溫度為止。預(yù)熱燒嘴有其單獨(dú)的燃料供給和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)流式廢熱鍋爐出口氣體經(jīng)開(kāi)工抽引器排入大氣。工藝燒嘴是在高溫狀態(tài)下工作的，為了保護(hù)燒嘴，在端部裝有冷卻盤(pán)管和水夾套，使通入的冷卻水連續(xù)循環(huán)流動(dòng)而冷卻燒嘴，以防止高溫?fù)p壞燒嘴。從對(duì)流式廢熱鍋爐來(lái)的煤氣經(jīng)噴水后，進(jìn)入混熱灰水，自身大部分冷凝。熱水室的熱水經(jīng)高溫?zé)崴眠M(jìn)入水洗塔中部。熱水室未冷凝的蒸汽進(jìn)酸氣冷凝器，冷凝后，氣液兩相進(jìn)酸氣分離器，氣相至火炬放

13、空，冷凝液進(jìn)灰水槽。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室底部被濃縮的黑水經(jīng)液位調(diào)節(jié)由底側(cè)部排出，進(jìn)入真空閃蒸器內(nèi)進(jìn)行真空閃蒸，大量溶解的氣體釋放出來(lái)，黑水進(jìn)一步濃縮，含固量增大，溫度進(jìn)一步降低。真空閃蒸器底部的黑水經(jīng)液位控制依靠重力送至靜態(tài)混合器，與絮凝劑混合后流入澄清槽。澄清槽上部澄清水溢流，依靠重力進(jìn)入灰水槽，經(jīng)低壓灰水泵合器，進(jìn)一步與高溫?zé)崴脕?lái)的灰水混合，使煤氣夾帶的固體顆粒完全濕潤(rùn)，以便從煤氣中快速除去。水煤氣的混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器，氣相中的大部分細(xì)灰進(jìn)入液相，連續(xù)排出旋風(fēng)分離器，進(jìn)入含渣水處理工序。出旋風(fēng)分離器的煤氣進(jìn)入水洗塔的下部，煤氣向上穿過(guò)塔盤(pán)與塔中部加入的蒸發(fā)熱水塔加熱的循環(huán)灰水和塔上部加入的

14、來(lái)自下游工序的變換高溫冷凝液逆流直接接觸，洗滌剩余的固體顆粒。伴隨著煤氣減濕、相變及灰水升溫等過(guò)程，煤氣在水洗塔頂部經(jīng)過(guò)旋流板除沫器，除去夾帶在氣體中的霧沫，將基本上不含細(xì)灰的工藝氣送出水洗塔，煤氣中含塵量應(yīng)小于。在水洗塔出口管線設(shè)置在線分析儀，分析，。從水洗塔底部排出的黑水，通過(guò)流量控制經(jīng)減壓進(jìn)入含渣水處理工序，含渣水處理工序再生的灰水，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)熱水塔預(yù)熱后再返回水洗塔。含渣水處理工序含渣水處理工序的作用是將多噴嘴對(duì)置式氣化、廢鍋熱回收及煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水所含的固體和溶解的氣體分離出來(lái)并回收黑水所含的熱量。進(jìn)入含渣水處理工序的黑水共有條路線：輻射式廢熱鍋爐渣池排放、旋風(fēng)分離器排放、水

15、洗塔排放及鎖斗排放。來(lái)自輻射式廢熱鍋爐渣池、旋風(fēng)分離器及水洗塔底部的黑水分別經(jīng)過(guò)減壓送入蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室。在蒸發(fā)熱水塔的蒸發(fā)室中，一部分水蒸發(fā)為蒸汽，連同少量溶解氣體進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室與低壓灰水泵來(lái)的灰水直接接觸，加到蒸發(fā)熱水塔循環(huán)使用。為防止溶解固體在黑水系統(tǒng)中的累積，需向界外連續(xù)送出一部分灰水進(jìn)行處理。結(jié)束語(yǔ)本文介紹了浙江半山發(fā)電示范工程的氣化和灰水系統(tǒng)的特點(diǎn)。氣化技術(shù)擬采用我國(guó)自主研發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)。根據(jù)工程容量及設(shè)計(jì)煤種（天津港滿(mǎn)世）的煤質(zhì)條件，水煤漿氣化爐容量為（干煤）。根據(jù)設(shè)計(jì)煤種（天津港滿(mǎn)世）的煤質(zhì)條件，氣化溫度暫按考慮；根據(jù)氣化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和操作安全性以及系統(tǒng)的管路