整体煤气化联合循环
整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC),是将煤气化技术和联合循环相结合的动力系统。
在该系统中,煤或其他碳基燃料在气化炉中的欠氧和高压环境下气化后经过除尘、脱硫的净化,成为清洁的天然气 - 合成煤气(合成气),再使用燃气蒸汽联合循环发电技术发电。这些污染物中的一些污染物,例如硫,可以通过克劳斯工艺转化为可再使用的副产物。这导致二氧化硫,颗粒物,汞的排放量减少。
煤气化技术种类很多,分类方法也有多种。根据气化炉内料流的形式,可分为固定床、流化床及气流床三大类。 根据IGCC的特点和要求,大型化的气化技术中,目前应用最多的是气流床技术。气流床技术中按原料进料方式可分为干煤粉进料及水煤浆进料两类。
重要性
[编辑]丰富的煤炭可以在美国和其他许多国家被发现,并且它的价格一直保持相对稳定。因此它被用于美国电力需求的50%左右。[1]因此IGCC技术所允许的较低的排放可能在未来是重要的,因为对环境和地球的影响越来增长的关心将使污染物排放法规收紧。[1]
这种技术被用于位于密西西比州肯珀的正在建设中的项目--肯珀项目是利用褐煤生產密西西比州人所需的能源。然而2017年7月計畫在超出預算40億美元後,仍無法按預定計畫運行,密西西比電力公司沒有選擇,只好宣布潔淨煤計畫不可行失敗,利用現有設備改以天然氣發電。[2]
操作
[编辑]下面是一个整体煤气化联合循环(IGCC)工厂的示意流程图:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/96/IGCC_diagram.svg/800px-IGCC_diagram.svg.png)
气化过程可以从各种含碳原料产生合成气,例如高硫煤,重质石油残渣,和生物质。
该设备被称为集成是因为(1)在气化段中产生的合成气在组合循环中用作燃气轮机的燃料,(2)由气化段中的合成气冷却器产生的蒸汽由蒸汽轮机使用 联合循环。在这一个实例中,产生的合成气用作产生电力的燃气轮机中的燃料。在普通的联合循环中,在热回收蒸汽发生器(HRSG)中使用来自燃气轮机废气的所谓“余热”,以便为汽轮机循环进行蒸汽。 IGCC工厂通过将气化过程产生的较高温度的蒸汽添加到汽轮机循环,来提高总体工艺效率。然后,将蒸汽用于蒸汽涡轮机以产生额外的电力。
煤的气化原理
[编辑]煤气化反应
- 煤的干馏和热解(>120℃)
- 煤→煤气(CO2 、CO、CH4、H2O、H2、NH3、H2S)+焦油(液体)+焦炭
- 碳-氧间的反应
- C+O2=CO2 放热反应
- 2C+O2=2CO 放热反应
- C+CO2=2CO 二氧化碳还原反应,强吸热反应
- 2CO+O2=2CO2 放热反应
- 碳-水蒸汽的反应
- C+H2O=CO+H2 水蒸汽分解反应,吸热反应
- C+2H2O=CO2+H2 水蒸汽分解反应,吸热反应
- CO+H2O=CO2+H2 一氧化碳变换反应,放热反应
- 甲烷生成反应(低温高压下易于反应)
- C+2H2=CH4 放热反应
- CO+3H2=CH4+H2O 放热反应
- 2CO+2H2=CH4+CO2 放热反应
- CO2+4H2=CH4+2H20 放热反应
- 其他元素的反应(非主导反应)
- S+O2=SO2
- 2H2S+SO2=3S+2H2O
- N2+3H2=2NH3
- SO2+3H2=H2S+2H2O
- C+2S=CS2
- N2+H2O+2CO=2HCN+1.5O2
- SO2+2CO=S+CO2
- CO+S=COS
- N2+XO2=2NOX
IGCC的发展
[编辑]世界IGCC电站发展历史:
- 1972年,德国Lünen,170MW,Lurgi正压气化;
- 1984年,美国Cool Water,100MW,Texaco气化(余热锅炉);
- 1987年,美国LGTI,160MW,E-Gas气化,热电联产;
- 1994年,荷兰Buggenum,253MW,Shell气化,净效率43%;
- 1995年,美国Wabash River,265MW,E-Gas气化,老厂改造;
- 1996年,美国Tampa,260MW,Texaco气化;
- 1997年,西班牙Puertollano,300MW,Prenflo气化,净效率45%;
- 1997年,美国PinonPine,100MW,KRW气化,高温净化,未正常运行;
- 1998年,意大利ISAB,500MW,Texaxo气化,炼厂底料,发电联产制氢;
- 1999年,意大利API能源项目,280MW,Texaxo气化,炼厂底料,发电联产制氢;
- 2000年,意大利Sarlux,550MW,Texaxo气化,炼厂底料,发电联产制氢;
- 2001年,日本GSK,500MW,Texaxo气化,炼厂底料,发电联产制氢;
- 2006年,意大利Sardinia,620MW,Shell气化,西门子燃机;
- 2007年,捷克Vresova,400MWe IGCC,HTW气化工艺,GE燃机;
- 2008年,日本CCP,250MW IGCC,MHI空气气化,三菱燃机;
- 2012年,中国华能天津IGCC,265MW,两段式干煤粉加压气化,西门子燃机。