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。

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。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。 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产密西西比州人所需的能源。然而2017年7月计划在超出预算40亿美元后,仍无法按预定计划运行,密西西比电力公司没有选择,只好宣布洁净煤计划不可行失败,利用现有设备改以天然气发电。

下面是一个整体煤气化联合循环(IGCC)工厂的示意流程图:

(图源网络)

整体煤气化联合循环(IGCC)电站的方框图,它采用热回收蒸汽发生器(HRSG) 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=SO22H2S+SO2=3S+2H2ON2+3H2=2NH3SO2+3H2=H2S+2H2OC+2S=CS2N2+H2O+2CO=2HCN+1.5O2SO2+2CO=S+CO2CO+S=COSN2+XO2=2NOX

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。
  •  Schon, Samuel C., and Arthur A. Small III. “Climate change and the potential of coal gasification.” Geotimes 51.9 (Sept 2006): 20(4). Expanded Academic ASAP. Gale. University of Washington. 28 Oct. 2008 |date=October 29, 2008
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