[发明专利]基于粉煤空气分级热解气化的整体气化联合发电工艺

说明书

1.技术领域

本发明提供基于粉煤空气分级热解气化的整体气化联合发电工艺，属于煤化工领域。

2.背景技术

在能源领域的常识就是煤炭是价格便宜但是污染排放很高的能源，所以开发洁净煤的利用技术，一直是世界各国政府与产业共同努力的目标。

目前国内煤炭清洁发电技术有二种流派。一种是提高常规燃煤机组的效率，主要方法是提高主蒸汽的温度，增强做功能力，是一个独立的朗肯循环，比如超临界、超超临界。另外一种是IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)即整体煤气化联合循环发电系统，是把洁净的煤气化技术与高效的燃气──蒸汽联合循环发电系统结合起来，先把煤气化，然后推动燃机做功，同时配备汽轮机余热发电，也就是“用煤做原料的燃气电厂”。任何循环的做功能力都取决于做功气体初温有多高，超超临界的主蒸汽温度在600℃以上，而燃气轮机做功的透平前温度是1300℃左右，所以IGCC将是下一步煤炭清洁发电的主流与趋势。

在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43％～45％，今后可望达到更高；而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99％，二氧化硫排放在25mg/Nm³左右，远低于排放标准1200mg/Nm³，氮氧化物排放只有常规电站的15％～20％，耗水只有常规电站的1/2～1/3。因此与传统煤电技术相比，IGCC将煤气化和燃气－蒸汽联合循环发电技术集成具有发电效率高、污染物排放低，二氧化碳捕集成本低等优势，是目前国际上被验证的、能够工业化的、最具发展前景的清洁高效煤电技术。

IGCC由两部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气──蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。多个关键设备组合和集成，系统过于复杂，稳定性较差，严重影响了装置的平稳长周期运行。一般的IGCC工艺过程为：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做功，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做功。目前在全球范围内，除美国、荷兰、西班牙、日本等国家已建成的5座IGCC电站，中国华能天津IGCC示范电站是全球第6座IGCC电站，美国印地安纳州的Edwardsport电站是全球第7座IGCC电站，美国密西西比州的kemper电站为在建的第八座IGCC电站。另外还有近20座用于多联产的IGCC装置。

这些IGCC绝大多数是采用氧气为气化剂的高温熔渣气流床气化炉和湿法低温净化。一方面空分装置制氧能耗和投资高，约占煤气化的投资和操作能耗的一半，从而加大了单位千瓦投资数，影响了IGCC的经济竞争力；另一方面气化炉为高温熔渣排放气流床，投资高，氧耗高，高温运行状态设备性能变差、故障率激增，气化气余热回收难度大，液态排渣操作难度大、余热难回收、激冷污水处理难度大；再一方面，燃气湿法低温净化，高温燃气热量在反复升降中利用率低，二次污水量较大；最后，空分装置和气化炉、燃气轮机发电机组三大关键设备联动，故障率将成倍增加，影响IGCC装置的长周期平稳运行，如中国华能天津IGCC示范电站投产后运行一直不稳定，才运转不到半年，就必须停产两个多月进行大修，从而成为IGCC技术工业化推广应用的瓶颈。

为了节省氮氧分离的成本与能源损耗，大幅提高整体机组效率、降低IGCC电站单位KW投资，煤空气气化技术与高效的燃气--蒸汽联合循环发电系统结合和集成的IGCC技术方向成为目前国内外的研究热点和重点。如2007年完工的日本勿来(nakoso)发电所10号机就是装机容量250mw的基于空气煤气化的IGCC技术以及美国南方电力的基于空气输送床气化的IGCC技术，但由于燃气热值与做功气体初温密切相关，这些空气煤气化均存在燃气热值低(1200Kcal/Nm³左右)，不能满足现代高效率燃气轮机发电的气体热值要求(大于1350Kcal/Nm³)，如日本勿来发电所就不得不采用初温1200℃的低效燃气发电机组；另外为了消除煤气化焦油产生的含酚废水二次污染和飞灰降低碳气化转化率，一般采用高温液体排渣，设备投资较高、高温下操作难度大、故障率高，影响了基于空气煤气化的IGCC技术的竞争力。

3.发明内容