两段式水煤浆气化炉气化参数对IGCC系统性能的影响

第32卷第3期动力工程学指Vol.32 No. 32012 年3月Journal of Chinese Society of Power EngineeringMar. 2012文章编号:1674-7607(2012)03-0249-06中图分类号:TM611.3文献标识码:A学科分类号:470.30两段式水煤浆气化炉气化参数对IGCC系统性能的影响刘耀鑫2，吴少华'， 李振中，王阳3， 陈 晓利l(1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001; 2. 沈阳航空航天大学能源与环境学院,沈阳110136;3.国家电站燃烧工程技术研究中心，沈阳110034)摘要:采用ThermoFlex 软件建立了基于两段式水煤浆气化技术的200 MW级IGCC系统模型，研究了气化温度、水煤浆浓度、气化压力、氧气纯度等气化参数对系统性能的影响。结果表明:提高反应温度和气化压力，系统的供电效率和发电效率降低;氧气纯度增加，供电效率上升;在相同气化温度(或气化压力、氧气纯度)的情况下,提高二段给煤比Ye，系统性能可以得到有效改善;当水煤浆浓度变化时,氧煤质量比随Yne改变进行调整才能达到设计值碳转化率的要求，关键词: IGCC;两段式水煤浆气化炉;气化参数;供电效率;发电效率Influence of Gasification Parameters in a Two-stage Coal-SlurryGasifier on Performance of the IGCC SystemWANG Yang'，CHEN Xiao-li'(1. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;2. School of Energy and Environment, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China;3. National Power Plant Combustion Engineering Research Center, Shenyang 110034, China)Abstract: Using software ThermoFlex, a model of 200 MW IGCC system was established based on two-stage coal-slurry gasification technology, so as to study the effects of following factors on performance ofthe IGCC system, such as the gasification temperature, coal-slurry concentration, gasification pressure andpurity of oxygen, etc. Results show that both the gross and net efficiency of power generation decreasewith rising gasification temperature and pressure; higher net efficiency is to be obtained at a flow of higherpurity oxgen; raising coal supply ratio (Yee) at the second stage may help to improve the system perform-ance under same conditions of gasification temperature (or purity of oxygen, or gasification pressure).Whereas under the varying conditions of coal-slurry concentration, the designed value of carbon conversioncan be achieved based on adjustment of oxygen- coal mass ratio along with the variation of Yu.Key words: lGCC; two-stage coal-slurry gasifier; gasification parameter; net efficiency of power genera-tion; gross efficiency of power generation中国煤化工收稿日期:2011-07-07修订日期:2011-08-10MYHCNMHG基金项目:国家863高技术基金资助项目(2006AA05A110,2006AA05A115)作者简介:刘耀鑫(1977-).男,辽宁沈阳人,副教授,博士后,研究方向为:煤/生物质气化、燃烧多联产.电话(Tel. ); 024-89723608;E-mail: liuyaoxin77@ 163. com.动力.工程学报第32卷整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术是煤洁氧气净利用的重要途径之一，可实现多联产，且易于CO2水煤桨捕集中.气化装置是该系统中用于制备合成气的关键装置,其工艺差异对IGCC系统的性能会产生重国一4煤气+排空要影响.国内外学者针对IGCC 系统气化炉及其对空气水蒸气系统整体性能的影响进行了大量研究.Zheng等[2]可研究了基于4种气化技术的IGCC系统整体性能的1一空分装置:2-气化炉;3-辐射废热锅炉;4 -对流废热锅炉;差异;于海龙等[3)采用数值方法模拟了水煤浆浓度5一净化系统;5-燃气湿饱和器;7-燃气轮机组;8-余热锅炉;与气化炉出口煤气成分及碳转化率的关系;高健9-蒸汽轮机组;10-凝汽器.等[41对配备不同气化炉的IGCC整体系统进行建模图1 1GCC系统模型流程图.研究,结果表明进料方式对系统效率具有较大影响;Fig.1 Model diagram of the IGCC system王颖等[0]通过模拟计算了对流废热锅炉出口合成气锅炉、余热锅炉等装置回收,产生的高温高压蒸汽进温度、氮气回注系数等参数与系统性能的关系.人蒸汽轮机组发电.从上述研究可以看出,目前有关IGCC系统气IGCC系统采用水煤浆气化技术，气化炉与辐化装置的研究主要是针对一段式气化炉开展的.笔射废热锅炉垂直布置.燃气轮机为GE9171型,该机者利用Thermoflex商业软件建立基于两段式水煤型为整体式单轴结构型式,其主要性能参数如下:额浆气化技术的200 MW级IGCC系统模型,研究气定功率为128.3 MW,压气机压比为12. 4,效率为化参数对该系统性能的影响.研究结果可为两段式34. 3%,透平进气温度为1 129 C,排气温度为540水煤浆气化装置参数的选择及相应IGCC系统的设C,排气流量为149 t/h. 空气分离装置采用低温精计运行提供参考.馏工艺,运行压力为0. 6 MPa,容量为28 000 m*/h.1IGCC系统模型建立及计算条件合成气除尘采用直接湿式洗涤方式,出口合成气的如图1所示,IGCC系统主要由气化岛、燃气轮含尘量小于4 mg/m'. COS、H2S等气体分别通过机岛和常规岛组成,其基本流程为:一定比例的水煤COS水解单元、酸性气体吸收单元予以脱除,COS浆与来自空气分离装置的高纯度氧气一起被送人气转化率为98%,H2S和CO2脱除率分别为99%和化炉进行气化反应,生成的高温合成气与二段给料11.5%.采用三压再热蒸汽轮机组，没有回热抽汽，口喷人的水煤浆进行热交换,促使其进行热解、气采用滑压运行方式，额定功率为113.3 MW,高压、化;气化炉产生的粗煤气经除尘、脱硫等净化装置后中压和低压汽缸效率分别为83. 35%、90.44%和在湿饱和器中达到饱和，接着被送入燃气轮机组燃85.86%.烧做功;粗煤气及燃气轮机排气的显热分别由废热所用燃料的工业和元素分析见表1.表1煤的工业和元素分析Tab, 1 Proximate and ultimate analysis of coal工业分析/%元素分析/%Qnet.an/w(Mn) w(V.)w(Am) v(FCx)w(Ca) w(Hx) w(Nar)w(Omn) w(Sor)(M]●kg-')17.3027. 2010. 7044.7057. 803. 60). 809.3021.74表2给出了IGCC系统的基本计算条件.其中2计算结果及分析气化炉采用水煤浆两段给料气化方式，设计条件下二段给料量为0,大气温度17.4 C,大气压力101.12.1气化温度对系统性能的影响kPa,相对湿度79%.假定在不同计算工况下,合成温度是影响怎化过和的￥缺中专之一。温度升中国煤化工气和汽水侧经系统内各设备时的压降不变.其中气高将加快气JHCNMH(戏分,提高碳转化炉二段给煤比(.x)定义为二段给煤量与总给煤化率.为此笔白心过以又一权气比口的反应温度来量的质量比. .考查其对IGCC系统性能的影响,气化温度的调整第3期刘耀鑫,等:两段式水煤浆气化炉气化参数对IGCC系统性能的影响， 251表2 IGCC 系统设计参数与H2O的反应速率下降,CO和H2体积分数因而Tab.2 Design parameters of the IGCC system降低.由于生成甲烷的反应是放热反应,随气化温度参数数值|参数数值升高,反应向逆方向进行,导致CH体积分数降低.气化炉容量/(td1) 2000 氧气纯度/%而二段给煤量增加时，热解所产生的CH增加,二气化温度/C1310氧-煤质量比/(t●r-1) 0. 755段气化反应区温度的降低造成CH,分解率下降[0]，水煤浆浓度/%60. 5高压蒸汽温度/C505使煤气中CH的体积分数随着Y