基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝制造技術

本發明專利技術提供基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝，將破碎后粉煤加壓輸入攜帶循環床中部，與高溫氣化氣與循環灰混合發生加氫裂解，裂解油汽與氣化氣和循環灰混合向上提升過程中繼續進行焦油加氫熱解；在攜帶循環床頂部經過氣固分離，一級分離含碳灰返回攜帶循環床底部發生半焦氣化反應，氣化氣與高溫循環灰向上流動形成物料循環；二級分離高溫細含碳灰送到氣流床中空氣氣化反應，生成高溫氣和液態灰渣進入攜帶循環床內，液態灰渣換熱凝固為固體灰渣；二級氣體作為燃氣經過高溫移動床除塵脫硫脫氯脫重金屬后，用于燃氣輪機發電和空氣分級加壓，高溫煙氣再熱量回收通過汽輪機發電，少部分高溫循環灰經換熱后通過加壓輸料系統反向外排。

【技術實現步驟摘要】
基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝1.
本專利技術提供基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝，屬于煤化工領域。2.
技術介紹
在能源領域的常識就是煤炭是價格便宜但是污染排放很高的能源，所以開發潔凈煤的利用技術，一直是世界各國政府與產業共同努力的目標。目前國內煤炭清潔發電技術有二種流派。一種是提高常規燃煤機組的效率，主要方法是提高主蒸汽的溫度，增強做功能力，是一個獨立的朗肯循環，比如超臨界、超超臨界。另外一種是IGCC(IntegratedGasificationCombinedCycle)即整體煤氣化聯合循環發電系統，是把潔凈的煤氣化技術與高效的燃氣──蒸汽聯合循環發電系統結合起來，先把煤氣化，然后推動燃機做功，同時配備汽輪機余熱發電，也就是“用煤做原料的燃氣電廠”。任何循環的做功能力都取決于做功氣體初溫有多高，超超臨界的主蒸汽溫度在600℃以上，而燃氣輪機做功的透平前溫度是1300℃左右，所以IGCC將是下一步煤炭清潔發電的主流與趨勢。在目前技術水平下，IGCC發電的凈效率可達43％～45％，今后可望達到更高；而污染物的排放量僅為常規燃煤電站的1/10，脫硫效率可達99％，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右，遠低于排放標準1200mg/Nm3，氮氧化物排放只有常規電站的15％～20％，耗水只有常規電站的1/2～1/3。因此與傳統煤電技術相比，IGCC將煤氣化和燃氣－蒸汽聯合循環發電技術集成具有發電效率高、污染物排放低，二氧化碳捕集成本低等優勢，是目前國際上被驗證的、能夠工業化的、最具發展前景的清潔高效煤電技術。IGCC由兩部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣──蒸汽聯合循環發電部分。第一部分的主要設備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設備(包括硫的回收裝置)；第二部分的主要設備有燃氣輪機發電系統、余熱鍋爐、蒸汽輪機發電系統。多個關鍵設備組合和集成，系統過于復雜，穩定性較差，嚴重影響了裝置的平穩長周期運行。一般的IGCC工藝過程為：煤經氣化成為中低熱值煤氣，經過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變為清潔的氣體燃料，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質以驅動燃氣透平做功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機做功。目前在全球范圍內，除美國、荷蘭、西班牙、日本等國家已建成的5座IGCC電站，中國華能天津IGCC示范電站是全球第6座IGCC電站，美國印地安納州的Edwardsport電站是全球第7座IGCC電站，美國密西西比州的kemper電站為在建的第八座IGCC電站。另外還有近20座用于多聯產的IGCC裝置。這些IGCC絕大多數是采用氧氣為氣化劑的高溫熔渣氣流床氣化爐和濕法低溫凈化。一方面空分裝置制氧能耗和投資高，約占煤氣化的投資和操作能耗的一半，從而加大了單位千瓦投資數，影響了IGCC的經濟競爭力；另一方面氣化爐為高溫熔渣排放氣流床，投資高，氧耗高，高溫運行狀態設備性能變差、故障率激增，氣化氣余熱回收難度大，液態排渣操作難度大、余熱難回收、激冷污水處理難度大；再一方面，燃氣濕法低溫凈化，高溫燃氣熱量在反復升降中利用率低，二次污水量較大；最后，空分裝置和氣化爐、燃氣輪機發電機組三大關鍵設備聯動，故障率將成倍增加，影響IGCC裝置的長周期平穩運行，如中國華能天津IGCC示范電站投產后運行一直不穩定，才運轉不到半年，就必須停產兩個多月進行大修，從而成為IGCC技術工業化推廣應用的瓶頸。為了節省氮氧分離的成本與能源損耗，大幅提高整體機組效率、降低IGCC電站單位KW投資，煤空氣氣化技術與高效的燃氣--蒸汽聯合循環發電系統結合和集成的IGCC技術方向成為目前國內外的研究熱點和重點。如2007年完工的日本勿來(nakoso)發電所10號機就是裝機容量250mw的基于空氣煤氣化的IGCC技術以及美國南方電力的基于空氣輸送床氣化的IGCC技術，但由于燃氣熱值與做功氣體初溫密切相關，這些空氣煤氣化均存在燃氣熱值低(1200Kcal/Nm3左右)，不能滿足現代高效率燃氣輪機發電的氣體熱值要求(大于1350Kcal/Nm3)，如日本勿來發電所就不得不采用初溫1200℃的低效燃氣發電機組；另外為了消除煤氣化焦油產生的含酚廢水二次污染和飛灰降低碳氣化轉化率，一般采用高溫液體排渣，設備投資較高、高溫下操作難度大、故障率高，影響了基于空氣煤氣化的IGCC技術的競爭力。3.
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服現有IGCC技術存在的不足而提供基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝，既解決現有IGCC技術投資高和空分能源損耗高、送電端效率低和三機聯動故障率高的難題，又可與高初始溫度的高效燃氣輪機集成，簡化流程，大幅度提高整體機組效率、降低IGCC電站單位KW投資，提高正常開工率，減少污水生成量。本專利技術的技術方案：本專利技術的目的是通過將原料煤粉碎、粉煤顆粒攜帶循環床加氫裂解、焦油加氫裂解、含碳循環灰流化床半焦氣化、微小顆粒半焦氣流床熔融氣化、高溫移動床除塵脫硫脫氯脫重金屬、燃氣機和汽輪機聯合發電等的系列技術集成來降低IGCC技術單位KW投資、提高整體機組效率，實現煤炭清潔高效發電。其特征是將原料煤粉碎后的粉煤通過加壓輸料系統進入攜帶循環床中部，與高溫氣化氣與循環灰混合在700-1000℃下發生粉煤加氫裂解，并一起向上流動形成物料循環；裂解油汽與氣化氣和循環灰混合向上提升過程中在600-900℃下繼續進行焦油加氫裂解；在攜帶循環床頂部經過氣固分離，第一級分離的大中顆粒含碳灰返回攜帶循環床底部與二級加壓熱空氣和高溫水蒸汽、在800-1200℃下發生半焦氣化反應，氣化氣與絕大部分高溫循環灰再次一起向上流動形成物料循環；第二級分離的高溫細含碳灰送到與攜帶循環床中下部Y型連通的氣流床中，在1200～1600℃下空氣氣化反應，生成高溫氣和液態灰渣流出氣流床進入攜帶循環床內，高溫氣向上升進入攜帶循環床中下部；液態灰渣向下流到攜帶循環床下部的循環灰料層，換熱凝固為固體灰渣；第二級分出氣體作為燃氣經過換熱調溫后，通過高溫移動床除塵脫硫脫氯和脫重金屬凈化，用于燃氣輪機發電和空氣分級加壓，高溫煙氣再熱量回收通過汽輪機發電，汽輪機乏汽用于攜帶循環床底部的半焦氣化；一級空氣加壓后部分作為燃氣輪機的助燃空氣，部分進入二級加壓，高壓熱空氣用于攜帶循環床底部的半焦氣化；少部分高溫循環灰從攜帶循環床底部的排灰管排入換熱料倉回收余熱后，從換熱料倉下部低溫循環灰定時通過加壓輸料系統反向外排。攜帶循環床的主體由下部的湍流流化床和上部的攜帶床反應器組成，大中顆粒含碳灰進入循環流化床底部的位置是湍流流化床的中部，煤粉顆粒進入攜帶循環床中下部的位置是攜帶床反應器的中部，氣流床聯通的攜帶循環床中下部的位置是攜帶床反應器的下部。原料煤為褐煤、長煙煤或煙煤中的一種或混合物，粉碎后的粉煤粒度為小于5mm的煤粉。加壓輸料系統為干粉加壓泵或煤鎖加壓進料器。攜帶循環床的壓力、二級加壓空氣壓力、汽輪機乏汽壓力和煤粉加壓輸料后壓力相同，二級加壓空氣的壓力比一級加壓空氣的壓力高0.1-0.6MPa。一級加壓空氣與二級加壓空氣的質量比為2:1-0.7。本專利技術將實施例來詳細敘述本專利技術的特點。4.附圖說明附圖1為本專利技術的工藝示意圖。附圖1的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝，其技術特征是將原料煤粉碎后的粉煤通過加壓輸料系統進入攜帶循環床中部，與高溫氣化氣與循環灰混合在700?1000℃下發生粉煤加氫裂解，并一起向上流動形成物料循環；裂解油汽與氣化氣和循環灰混合向上提升過程中在600?900℃下繼續進行焦油加氫裂解；在攜帶循環床頂部經過氣固分離，第一級分離的大中顆粒含碳灰返回攜帶循環床底部與二級加壓熱空氣和高溫水蒸汽、在800?1200℃下發生半焦氣化反應，氣化氣與絕大部分高溫循環灰再次一起向上流動形成物料循環；第二級分離的高溫細含碳灰送到與攜帶循環床中下部Y型連通的氣流床中，在1200～1600℃下空氣氣化反應，生成高溫氣和液態灰渣流出氣流床進入攜帶循環床內，高溫氣向上升進入攜帶循環床中下部；液態灰渣向下流到攜帶循環床下部的循環灰料層，換熱凝固為固體灰渣；第二級分出氣體作為燃氣經過換熱調溫后，通過高溫移動床除塵脫硫脫氯和脫重金屬凈化，用于燃氣輪機發電和空氣分級加壓，高溫煙氣再熱量回收通過汽輪機發電，汽輪機乏汽用于攜帶循環床底部的半焦氣化；一級空氣加壓后部分作為燃氣輪機的助燃空氣，部分進入二級加壓，高壓熱空氣用于攜帶循環床底部的半焦氣化；少部分高溫循環灰從攜帶循環床底部的排灰管排入換熱料倉回收余熱后，從換熱料倉下部低溫循環灰定時通過加壓輸料系統反向外排。...

【技術特征摘要】
1.基于粉煤空氣分級熱解氣化的整體氣化聯合發電工藝，其技術特征是將原料煤粉碎后的粉煤通過加壓輸料系統進入攜帶循環床中部，與高溫氣化氣與循環灰混合在700-1000℃下發生粉煤加氫裂解，并一起向上流動形成物料循環；裂解油汽與氣化氣和循環灰混合向上提升過程中在600-900℃下繼續進行焦油加氫裂解；在攜帶循環床頂部經過氣固分離，第一級分離的大中顆粒含碳灰返回攜帶循環床底部與二級加壓熱空氣和高溫水蒸汽、在800-1200℃下發生半焦氣化反應，氣化氣與絕大部分高溫循環灰再次一起向上流動形成物料循環；第二級分離的高溫細含碳灰送到與攜帶循環床中下部Y型連通的氣流床中，在1200～1600℃下空氣氣化反應，生成高溫氣和液態灰渣流出氣流床進入攜帶循環床內，高溫氣向上升進入攜帶循環床中下部；液態灰渣向下流到攜帶循環床下部的循環灰料層，換熱凝固為固體灰渣；第二級分出氣體作為燃氣經過換熱調溫后，通過高溫移動床除塵脫硫脫氯和脫重金屬凈化，用于燃氣輪機發電和空氣分級加壓，高溫煙氣再熱量回收通過汽輪機發電，汽輪機乏汽用于攜帶循環床底部的半焦氣化；一級空氣加壓后部分作為燃氣輪機的助燃空氣，部分進入二級加壓，高壓熱空氣用于攜帶循環床底部的半焦氣化；少部分高溫循環灰從...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田原宇，喬英云，謝克昌，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東,37