煤氣化工藝

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【摘要】世界上建成并運行的250MW及以上的IGCC電站是美國的WabashRiver和Tampa、荷蘭的Demkolec、西班牙的Puertollano。它們采用的煤氣化工藝分別是：Destec、Texaco、Shell和Prenflo加壓噴流床煤氣化工藝。綜合分析了這4種煤氣化工藝的設備技術特點和技術經(jīng)濟指標及在IGCC電站中的應用情況。

【關鍵詞】煤氣化工藝煤氣化循環(huán)發(fā)電技術特點運行分析

CoalGasificationTechnologyinFourLargeIGCCPowerPlantsAbroad

AbstractTherearefour250MWandaboveIGCCpowerplantsbuiltandputintooperationnowintheworld.TheyareU.S.WabashRiverandTampa,DutchDemkolecandSpainPuertollano.ThecoalgasificationprocessesemployedareDestec,Texaco,ShellandPrenflopressurizedjet-flowbedgasificationprocessrespectively.Thisarticlecomprehensivelyanalyzestheequipmenttechnicalfeatures,technicalandeconomicalindexesofthesefourkindsofcoalgasificationprocesses,aswellastheirapplicatiousinIGCCpowerplants.

Keywordscoalgasificationprocesscoalgasificationcombinedcyclepowergenerationtechnicalfeaturesoperationanalysis

迄今為止，世界上已投入運行的4座250MW以上的IGCC電站分別是美國的WabashRiver(260.6MW)和Tampa(250MW)、荷蘭的Demkolec(253MW)和西班牙的Puertollano(300MW)。它們分別采用Destec、Texaco、Shell和Prenflo加壓噴流床煤氣化工藝。Destec和Texaco是水煤漿加壓氣化的主要代表，而Shell和Prenflo則是干粉進料加壓噴流床氣化的主要代表。用于IGCC的4種煤氣化爐容量都達到2000t/d以上，都是這些氣化爐首次最大容量的工業(yè)應用。它們的運行狀況直接影響著IGCC的可用率和可靠性，是IGCC電站最關鍵的技術之一。了解這4種氣化爐的設備和技術特點及在IGCC電站中的運行狀況，對我國IGCC電站選擇煤氣化工藝路線具有一定的參考價值。

1Texaco煤氣化工藝

1.1Texaco氣化工藝的結構特點

(1)制漿系統(tǒng)。煤和水在常規(guī)的煤漿磨中被制成濃度通常是60%～68%的水煤漿，TampaIGCC電站的水煤漿設計濃度為68%。對于一些灰熔點較高的煤或者制漿困難的煤，經(jīng)常在煤漿磨中同時加入石灰石助熔劑或者煤漿添加劑，使得煤的灰熔點降低或者使煤漿均勻性提高。在煤漿磨的出口有一個筒形的篩子，合格的煤漿流入煤漿儲罐中，不合格的煤漿溢流到循環(huán)槽中被送回煤漿磨入口。在煤漿儲罐中設有一個攪拌器，并根據(jù)檢測結果加入一定量的水，使儲罐中的煤漿始終保持在一定濃度下的均勻狀態(tài)。氣化爐所需的煤漿量一般由2級隔膜泵從煤漿儲罐中抽取并加壓送入氣化爐噴嘴，在氣化爐入口的煤漿輸送管上設有2級流量檢測器，嚴格控制煤漿的流量，煤漿流量的調節(jié)全靠隔膜泵來控制。

(2)氣化爐和煤氣冷卻系統(tǒng)。水煤漿和95%純度的氧氣被同時送入氣化爐噴嘴，在氣化爐內進行氣化反應，反應區(qū)的溫度一般在1200～1500℃，氣化爐的壓力根據(jù)不同行業(yè)的需要可以是2.5～8.5MPa。TampaIGCC電站的氣化爐壓力為2.8～3.0MPa，氣化區(qū)的溫度為1482℃。水、煤和氧氣在氣化爐中發(fā)生氣化反應，主要生成CO、H2、CO2、H2O、CH4、H2S和N2，此外，還有少量的NH3、COS、HCN和飛灰。由于采用水煤漿進料，煤氣中的H2O含量較高。

Tampa電站的Texaco氣化爐內設耐火磚(一般為4層)，內徑約4.0m，高約3.0m。氣化反應的速度很快，粗煤氣在氣化爐內的停留時間一般在2～3s。熱煤氣離開氣化爐進入特殊設計的輻射式冷卻器，使熱煤氣的溫度降低至700℃，同時使熱煤氣中的熔融態(tài)渣凝固。冷卻后的粗煤氣進入對流式冷卻器中被進一步冷卻到480℃。煤氣中的顯熱在2級冷卻器中得到回收，產(chǎn)生10.4MPa的高壓飽和蒸汽。氣化爐與輻射式冷卻器做成一體，外徑約5m，高約39m，總重約900t，氣化爐安裝標高約106.75m。

(3)排渣和黑水處理系統(tǒng)。氣化爐內的熔渣經(jīng)輻射式冷卻器后冷卻凝固成玻璃狀的渣進入充滿水的鎖斗系統(tǒng)，鎖斗上下部各有2級閥門控制渣進入和排出。從壓力鎖斗排出的渣落入粗渣糟中，粗渣被分離出來，進一步處理或直接銷售。細渣和水一起被抽入一個細灰沉降槽中進行重力沉降或過濾，使水和細渣分離。從洗滌器出來含灰的水也進入沉渣槽中，使含碳的飛灰與水分離，從沉渣糟中溢流出來的水一般含非常少量的細灰，它被再循環(huán)至水洗滌器人口作為洗滌器用水，多余的水送回煤漿制備系統(tǒng)。從沉渣槽底部流出的細灰進入一個壓濾機中，將細灰制成細灰餅。Tampa電站采用了將細灰再循環(huán)至煤漿磨的工藝，目的是為了提高碳的轉化率。

1.2Texaco氣化工藝的性能和運行指標分析

Texaco氣化工藝的性能特點：

(1)與干法進料相比，水煤漿進料系統(tǒng)工藝相對簡單、安全可靠、操作靈活、制漿系統(tǒng)的廠用電較小，無煤粉爆炸危險性，制漿系統(tǒng)無粉塵排放。煤不必進行干燥處理，可直接進入制漿系統(tǒng)。此外，水煤漿進料可處理不同物料(煤、石油焦、其它廢料)，進料種類靈活。此外，使用水煤漿進料，氣化爐可以在更高的壓力下運行(2.5～8.5MPa)，這對一些化工過程非常必要。

(2)氣化爐采用單噴嘴運行，所有的氣化物料都從一個噴嘴噴入，它具有結構簡單的優(yōu)點，但由于局部熱負荷較高，流量較大，不可避免地會發(fā)生過熱損壞或磨損問題。到目前為止，Texaco氣化爐噴嘴的最長累計運行時間僅3個月就需要進行檢修更換。

(3)Texaco氣化爐內設耐火磚，沒有水冷系統(tǒng)，結構簡單，初投資較小。但由于爐內溫度較高，加之磨損和腐蝕，目前Texaco氣化爐向火側的耐火磚最長壽命僅2a，靠近爐壁的耐火磚壽命為5～10a。

(4)全廠的灰水可綜合利用，除去大渣和細灰的水也在制漿系統(tǒng)中循環(huán)使用。

(5)由于煤氣在氣化爐內的停留時間短，Texaco氣化爐的碳轉化率較低，一般在96%～98%。由于水煤漿的水分含量大，氣化過程的O/C比較高，耗氧量大，而且煤氣中的水分含量也較高。與干法進料相比，冷煤氣效率較低，熱回收系統(tǒng)復雜。

(6)與其它氣化爐相比，Texaco氣化爐大容量商業(yè)運行的臺數(shù)和經(jīng)驗更豐富。

(7)Tampa電站Texaco氣化爐可用率1996年可達到57%，1997年達到78%。1998年的目標是85%，根據(jù)電廠介紹此目標可望達到。

1.3TampaIGCC電站中Texaco氣化爐曾出現(xiàn)的主要問題及解決辦法

(1)排渣鎖斗堵塞。后通過調整運行工況及改動部分管道基本得到解決。

(2)輻射廢熱鍋爐和對流廢熱鍋爐的泄漏問題。主要原因可能是由于高溫腐蝕，改進的方法是：采取保護措施，改善氣化爐的運行狀況。對流廢熱鍋爐也曾出現(xiàn)管壁泄漏和積灰堵塞問題。改進的方法是：組織好氣化爐的運行工況，加強檢查和吹灰。

(3)黑水和灰水系統(tǒng)的磨損問題。目前的辦法是更換耐磨材料、改變管路結構、加強細灰的分離，但不能徹底解決。

(4)當煤種有變化時，氣化爐最不適應的就是排渣鎖斗系統(tǒng)和細灰分離系統(tǒng)，容易發(fā)生堵塞。目前的辦法是控制運行參數(shù)，積累運行經(jīng)驗，改善鎖斗系統(tǒng)的設計，增強承受能力。

(5)位于對流煤氣冷卻器后的4個氣-氣熱交換器(2個粗煤氣與凈煤氣，2個N2與粗煤氣)曾出現(xiàn)積灰堵塞和腐蝕問題，造成管子泄漏，導致灰塵進入潔凈煤氣中，使燃氣輪機葉片嚴重損壞，同時在氮氣和煤氣通往燃氣輪機的Y形濾網(wǎng)也發(fā)現(xiàn)裂紋。主要原因有：設計的氣-氣熱交換器入口煤氣溫度偏低、熱交換器的管徑偏小及停機時泄漏的水的腐蝕(氯離子腐蝕)等。目前尚無好的解決辦法，不得已取消了這4個氣-氣熱交換器，改用蒸汽預熱凈煤氣，這使全廠的凈效率下降1.5個百分點。

2Destec煤氣化工藝

2.1Destec煤氣化工藝結構特點

Destec氣化爐是2段氧氣氣化、連續(xù)排渣、內設耐火磚的煤氣化工藝。80%的水煤漿(濃度為67%)和純氧(純度為95%)混合后噴入氣化爐第1段，在第1段除對稱布置2個水煤漿噴嘴外，在第1段的頂部還有一個從除塵器回來的飛灰再循環(huán)噴嘴。第1段的氣化溫度為1371～1427℃，氣化壓力為2.76MPa。經(jīng)過第1段反應產(chǎn)生的粗煤氣進入第2段氣化區(qū)。第2段氣化是一個垂直的內設耐火磚的壓力容器，20%的水煤漿從第2段噴嘴噴入，與粗煤氣混合并發(fā)生蒸餾、裂解和氣化反應，使粗煤氣的熱值進一步增加，而溫度降低。在氣化爐頂部的出口，煤氣溫度約為1038℃，故只需要設置對流式煤氣冷卻器。WabashRiverIGCC電站安裝了2臺100%負荷的氣化爐，1臺運行，1臺備用，煤氣冷卻器只有1套。該電廠的煤氣冷卻器之前有1根與氣化爐高度相當?shù)膶Я鲌A筒，垂直布置，內設耐火材料。從導流筒出來的煤氣進入對流式煤氣冷卻器，熱煤氣在管內流動，水在管外流動，產(chǎn)生11.03MPa壓力的飽和蒸汽，流量約90.7～113.4kg/h，這部分蒸汽再進入余熱鍋爐過熱。煤氣被冷卻到371℃，然后進入煤氣除塵和脫硫系統(tǒng)。該電廠的煤氣冷卻器直徑約3m。

Destec煤氣化工藝的水煤漿制備和黑水處理系統(tǒng)與Texaco工藝基本相似。

2.2Destec煤氣化工藝的性能和技術經(jīng)濟指標分析

(1)截止1997年底，在WabashRiver電廠也已累計運行4656h，氣化了469220t煤，氣化爐的最大負荷可達到100%～103%，氣化爐最長連續(xù)運行小時數(shù)可達到362h，冷煤氣效率可達到71%～74%。氣化爐的可用率1996年為84%，1997年達到98%，1998年也達到96%。當然，這是當氣化爐1臺運行，1臺備用情況下的數(shù)據(jù)，單臺運行時，尚不能達到如此高的可用率。氣化爐的噴嘴壽命一般為2～3個月，耐火磚壽命一般為2～3a，2段耐火磚壽命更長。

(2)Destec氣化爐采用2段氣化，提高了煤氣的熱值，降低了氧耗，并使煤氣的出口溫度降低，省去了龐大而昂貴的輻射廢熱鍋爐，使氣化爐的造價降低。而煤氣熱值的提高，也有利于提高IGCC電站的總效率。Desetc氣化爐的煤氣在標準狀態(tài)下熱值約10425.5kJ/m3，而Texaco煤氣熱值一般為8563.8kJ/m3。

(3)采用的火管式對流冷卻器造價和安裝費用較低，檢修和清洗方便。

(4)Destec氣化爐采用壓力螺旋式連續(xù)排渣系統(tǒng)，泄壓和碎渣設備的造價較低。

2.3WabashRiverIGCC電站中Destec氣化爐曾出現(xiàn)過的主要問題及解決辦法

(1)曾出現(xiàn)過2次連續(xù)排渣口堵塞現(xiàn)象。這是由于水煤漿中的粗大顆粒較多，使水煤漿供給波動，導致氣化不穩(wěn)定而堵塞。解決的辦法：嚴格執(zhí)行運行操作規(guī)程，控制水煤漿質量，保證氣化過程穩(wěn)定。

(2)煤氣冷卻器入口管道的灰渣沉積，限制了機組運行時間。主要措施是改進了對流冷卻器前煤氣管道的尺寸、形狀，使煤氣流速提高，減輕管道中大塊沉積物的形成，從而避免了這些大塊沉積物隨氣流進入煤氣冷卻器，并嚴格控制氣化爐操作溫度。為了更保險，在煤氣冷卻器入口管道上裝有濾網(wǎng)，防止有較大的沉積物進入煤氣冷卻器。

3Shell煤氣化工藝

3.1Shell煤氣化工藝的結構特點

(1)煤粉制備和送料系統(tǒng)。Shell煤氣化工藝采用干煤粉進料系統(tǒng)。原煤的干燥和磨煤系統(tǒng)與常規(guī)電站基本相同，但送料系統(tǒng)是高壓的N2氣濃相輸送。與水煤漿不同，整個系統(tǒng)必須采取防爆措施。經(jīng)預破碎后進入煤的干燥系統(tǒng)，使煤中的水分小于2%，然后進入磨煤機中被制成煤粉。對煙煤，煤粉細度R90一般為20%～30%，磨煤機是在常壓下運行，制成粉后用N2氣送入煤粉倉中。然后進入2級加壓鎖斗系統(tǒng)。再用高壓N2氣，以較高的固氣比將煤粉送至4個氣化爐噴嘴，煤粉在噴嘴里與氧氣(95%純度)混合并與蒸汽一起進入氣化爐反應。

(2)氣化爐。由對稱布置的4個燃燒器噴入的煤粉、氧氣和蒸汽的混合物，在氣化爐內迅速發(fā)生氣化反應，氣化爐溫度維持在1400～1600℃，這個溫度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到氣化爐底部，經(jīng)淬冷后，變成一種玻璃態(tài)不可浸出的渣排出。

粗煤氣隨氣流上升到氣化爐出口，經(jīng)過一個過渡段，用除塵后的低溫粗煤氣(150℃左右)使高溫熱煤氣急冷到900℃，然后進入對流式煤氣冷卻器。在有一定傾角的過渡段中，由于熱煤氣被驟冷，所含的大部分熔融態(tài)灰渣凝固后落入氣化爐底部。

Shell氣化爐的壓力殼內布置垂直管膜式水冷壁，產(chǎn)生4.0MPa的中壓蒸汽。向火側有一層很薄的耐火涂層，當熔融態(tài)渣在上面流動時，起到保護水冷壁的作用。DemkolecIGCC電站的氣化爐直徑約5～6m，高約50多m，標高達到60多m。氣化爐的運行壓力約2.6～2.8MPa。

(3)煤氣冷卻器。粗熱煤氣在煤氣冷卻器中被進一步冷卻到250℃左右。低溫冷卻段產(chǎn)生4.0MPa的中壓蒸汽，這部分蒸汽與氣化爐產(chǎn)生的中壓蒸汽混合后，再與汽輪機高壓缸排汽一起再熱成中壓再熱蒸汽。高溫冷卻段產(chǎn)生13MPa的高壓蒸汽，它與余熱鍋爐里的高壓蒸汽一起過熱成主蒸汽。

Demkolec電廠的煤氣冷卻器直徑約4m，高約64m，冷卻器頂部標高約74.5m，是氣化島的最高點。冷卻器的壓力外殼里布置有8層螺旋管圈，上下共分成5段，熱煤氣由上而下在螺旋管外流動與螺旋管內的水換熱。每一層螺旋管圈都有一個氣動錘振打清除積灰。

由于Shell氣化爐組成的IGCC系統(tǒng)采用的是干法除塵，所以，它的黑水和灰水處理系統(tǒng)相對比較簡單，但其主要的流程與Texaco相似，在此不再贅述。

3.2Shell煤氣化工藝的性能及技術經(jīng)濟指標分析

(1)Shell氣化爐的煤氣中CO和H2含量遠大于Texaco煤氣，而CO2和H2O卻遠小于Texaco煤氣。由于可燃氣成分較高，其冷煤氣效率較高(約80%～83%)，組成的IGCC電站發(fā)電效率也較高(43%LHV)。而水煤漿進料的冷煤氣效率一般僅為74%～77%。組成的IGCC效率也較低(41%LHV)。

(2)由于煤氣中水分含量較少(2.0%)，Shell氣化爐組成的IGCC因常溫凈化而損失的熱煤氣能量較小，而水煤漿進料的煤氣中一般都含有16.8%左右的水分，那么當熱煤氣冷卻到常溫時，必然損失大量的顯熱和潛熱。水煤漿進料氣化工藝對高溫凈化的需求更迫切。

(3)Shell氣化爐的噴嘴和水冷壁壽命較長，在Demkolec電站累計運行10000h以上未見損壞，氣化爐的可用率已達到95%。

(4)由于采用干法進料，氣化過程的氧耗比水煤漿進料少，煤氣中的CO2含量也遠小于水煤漿進料的煤氣。對于相同容量的氣化爐，Shell氣化所需的空分站可小于15%～25%。

(5)采用干灰再循環(huán)，提高了碳的轉化率(可達到99%)。

(6)干法進料系統(tǒng)與水煤漿相比要復雜得多，操作和保護也要嚴格得多。進料系統(tǒng)的防爆和防泄漏問題十分關鍵。進料系統(tǒng)的占地和造價比水煤漿大。此外，干法進料系統(tǒng)的粉塵排放遠大于水煤漿進料系統(tǒng)。

(7)由于Shell氣化爐采用4個(或更多)噴嘴運行，易于在低負荷和高負荷下運行，操作的靈活性大，實現(xiàn)大型化的可能性大。據(jù)介紹，Shell氣化爐的最低負荷可達到25%，即一個噴嘴運行。

(8)Shell氣化爐運行過程中最重要的控制參數(shù)如下：氣化爐出口溫度；合成氣冷卻器進口溫度；煤氣成分；蒸汽的參數(shù)(流量、溫度、壓力)；爐渣的排出量及外觀狀況。

(9)氣化爐的變負荷率每分鐘大于5%，IGCC的變負荷率每分鐘接近3%。

3.3DemkolecIGCC電站中shell氣化爐曾出現(xiàn)過的問題及解決辦法

在Demkolec電站運行中，Shell氣化爐及其輔助系統(tǒng)的運行基本正常，可用率也較高。在運行初期出現(xiàn)過以下問題：(1)排渣的鎖斗堵塞；(2)細微爐渣影響黑水處理系統(tǒng)。上述2個與氣化工藝有關問題的原因及解決辦法與前文相同，在此不再贅述。

4Prenflo煤氣化工藝

4.1Prenflo氣化工藝的結構特點

(1)制粉和輸送系統(tǒng)。與Shell煤氣化工藝的進料系統(tǒng)相似，Prenflo氣化工藝也采用干法進料系統(tǒng)。對制粉系統(tǒng)的要求是：對煙煤的煤粉細度R100為25%，且含水量小于2%(Wt)；對于褐煤要求煤粉細度R100為25%，且含水量小于6%(Wt)。

(2)氣化爐和煤氣冷卻器。Prenflo煤氣化爐有4個燃燒器，對稱布置，從給料系統(tǒng)送來的煤粉與氧氣(85%純度)和水蒸汽一起噴入汽化爐反應區(qū)進行反應，反應區(qū)的溫度1500℃左右，焰心的溫度高達2000℃。煤氣中不含過高的碳氫化合物、焦油和酚。反應器區(qū)域的爐襯通過水冷壁來冷卻，同時可產(chǎn)生高壓飽和蒸汽，它與余熱鍋爐的高壓蒸汽相連。

從氣化反應區(qū)排出的液態(tài)渣，在集渣器的水槽中冷卻并用碎渣機破碎大渣，經(jīng)過閘門式鎖斗排出，并與水分離，渣被送入渣場或銷售，水可循環(huán)使用。粗煤氣在下部的反應區(qū)里形成后向上流動，在進入氣化爐上部的煤氣冷卻器之前，采用除塵后的冷煤氣對熱煤氣進行急冷，目的是迫使熱煤氣帶來的熔融態(tài)灰渣凝固而落入氣化爐底部排渣口。被急冷的煤氣繼續(xù)上升進入第1級煤氣冷卻器，煤氣先從冷卻器的中心圓筒上升至氣化爐頂部，然后折轉向下，從中心圓筒與爐壁間的環(huán)形對流冷卻區(qū)域從第1級冷卻器的底部(即氣化爐的腰部)離開進入第2級對流冷卻器，第1級冷卻器的環(huán)形冷卻區(qū)布置有4層螺旋管換熱器，熱煤氣在管外流動，水在管內流動，并產(chǎn)生高壓飽和蒸汽。這是Prenflo與Shell氣化爐的不同之處。

第2級冷卻器的結構與Shell氣化工藝的對流冷卻器相似。內部也是布置多層的螺旋盤管換熱管束，西班牙PuertollanoIGCC電站中的Prenflo爐第2級對流冷卻器螺旋盤管共6層，上下共分3組，熱煤氣經(jīng)過第2級冷卻器后，一般被冷卻到250℃左右，同時也能產(chǎn)生飽和蒸汽。

(3)除塵和飛灰再循環(huán)系統(tǒng)。冷卻后的粗煤氣經(jīng)一級干式除塵器(陶資過濾器或旋風分離器使大部分飛灰被收集，經(jīng)鎖斗，用N2送回氣化爐，以提高碳的轉化率。粗煤氣再經(jīng)一級水洗滌器使煤氣中的灰塵含量小于1mg/m3，然后進入脫硫系統(tǒng)。

4.2Prenflo氣化工藝的性能及技術經(jīng)濟指標分析

(1)冷煤氣效率可達到80%～83%，氣化爐的總效率可達到95%。對美國Pittsburgh8號煤的試驗結果證明85%純度的氧氣做為氣化劑，煤氣的熱值、碳轉化率、冷煤氣效率、總效率與95%純度的氧氣氣化相比相差不大。因此，Prenflo爐采用85%的純度的氧氣做為氣化劑。Prenflo氣化爐在小試驗臺可達到每分鐘2%～15%的變負荷率，而此時煤氣中的CO2以及煤氣壓力幾乎不變。由于也采用4個燃燒器，當50%負荷時，只用2個燃燒器可以很容易地操作。

(2)西班牙PuertollanoIGCC電站中Prnflo爐的運行情況。1998年初開始用煤氣發(fā)電，迄今累計運行198h，最長連續(xù)運行時間為25h，此時的負荷為80%。氣化爐在75%負荷下曾運行了40h。截止1998年9月氣化爐乃至整個IGCC電廠沒有在100%負荷運行的記錄。50%煤和50%石油焦混燒時的試驗表明實際運行數(shù)據(jù)與設計值非常接近。1998年7～8月機組大修，主要檢修Siemens的燃氣輪機。目前機組已重新啟動。

4.3在Puertollano電站中Prenflo氣化爐曾出現(xiàn)過的主要問題及解決辦法

(1)壓力供料鎖斗下粉不暢。在2級鎖斗間有一根回流N2的管，由于管徑設計太小，使N2排氣不暢而導致煤粉下落不連續(xù)。解決的辦法是在回流管上增加了一個文丘利抽氣器，以提高N2回流的速度，從而使排氣暢通，煤粉下落連續(xù)而均勻。

(2)黑水和灰水處理系統(tǒng)的細渣過濾問題。與Demkolec和Tampa電站的問題類似，PuertollanoIGCC電站的氣化島也出現(xiàn)過因細渣太多，而導致黑水含渣量大，造成黑水系統(tǒng)磨損堵塞的問題，解決的辦法也是采取過濾的辦法將黑水中的細渣除去，即可解決此類問題。

54種氣化爐的綜合比較

4種氣化爐技術特點的綜合比較見表1。

表14種氣化爐的技術特點比較

技術項目TexacoDestec/DynergyShellPrenflo

進料方式濕法/水煤漿濕法/水煤漿干法/煤粉干法/煤粉

反應器形式噴流床噴流床噴流床噴流床

氧氣純度/%95959585～95

噴嘴/個13(+1)44

噴嘴的壽命/h14401440～2160＞10000待考檢

氣化爐內襯耐火磚耐火磚水冷壁+涂層水冷壁+涂層

內襯的壽命/a23＞10(待考驗)＞10(待考驗)

冷煤氣效率/%71～7674～7880～8380～83

碳轉化率/%96～9898＞98＞98

單爐最大出力/t.d-12200～2400250020002600

示范電站的凈功率/MW250.0260.6253.0300.0

最大容量氣化爐的最長運行時間/h＞8860＞7500＞1000040

示范電站最長追續(xù)運行時間/h720～1000＞324＞200025

示范電站的氣化爐可用率/%80～8590～95(一開一備)95(待考驗)

組成IGCC示范電站的效率/%設計值：41.6(HHV)

試驗值：38.5(HHV)設計值：37.8(HHV)

試驗值：38.8(HHV)43(LHV)

(未公布試驗值)45(LHV)

(待試驗)

組成的IGCC達到43%(LHV)效率的

可能性有可能

(但必須改進全熱回收)容易達到容易達到能達到

存在的問題噴嘴、耐火磚壽命短，

全熱回收系統(tǒng)和黑水

處理系統(tǒng)尚待改進噴嘴、耐火磚壽命短，

黑水處理系統(tǒng)待改進黑水系統(tǒng)待改進供料系統(tǒng)待改進

是否氣化過類似于中國IGCC電站的煤種是否是否

目前IGCC電站的造價低最低較高較高

6結論

6.1美國的水煤漿進料氣化工藝(Texaco和Destec)和歐洲的干法進料氣化工藝(Shell和Prenflo)的單爐出力都達到了2000～2500t/d等級，并都進行了250～300MW等級的IGCC示范，4種氣化爐都采用氧氣噴流床氣化工藝。這對于我國選擇氣化工藝提供了較為全面的選擇范圍。

6.2Texaco氣化爐的運行經(jīng)驗和已商業(yè)化的臺數(shù)最多，用于IGCC發(fā)電，氣化爐的可用率也可達到80%以上。但它的噴嘴和耐火襯里的壽命較短，冷煤氣效率和組成IGCC的效率目前還較低。若IGCC效率設計為43%(LHV)，采用Texaco氣化爐，必須使其廢熱鍋爐和全熱回收系統(tǒng)有較大的改進，才有可能達到。

6.3Destec氣化爐雖然也是水煤漿進料，但它是2段氣化，冷煤氣效率比Texaco高，而且可省去輻射廢熱鍋爐，加之火管式的對流冷卻器使造價大幅度降低。若組成IGCC，許多專家認為是能夠達到43%(LHV)的效率，且造價較低。但與干法進料相比，其噴嘴和耐火磚壽命較短。

6.4Shell氣化爐的可用率已達到了95%，可以說已經(jīng)進入商業(yè)化運行，其噴嘴和水冷壁的壽命都較長。冷煤氣效率和組成IGCC效率與濕法進料氣化工藝相比較高，對43%(LHV)的IGCC效率，采用Shell工藝容易達到。但它的造價與Texaco和Destec相比較高。

6.5Prenflo氣化爐與Shell氣化爐基本相似，只是冷卻器結構有所不同，由于西班牙Puertollano示范電站的運行時間很短，Prenflo氣化爐的性能尚待時間檢驗。

6.6煤種對氣化爐的性能有很大影響，對于我國IGCC示范電站所選用的煤種，目前只有Texaco和Shell氣化爐有類似煤種的氣化經(jīng)驗，這一點對氣化工藝的選擇也十分重要。

6.7從4座示范電站的運行情況看，氣化爐本身的可用率都很高(＞85%)，但與之匹配的輔助系統(tǒng)是制約氣化島和整個IGCC機組可用率的最大障礙。其中排渣和黑水處理系統(tǒng)及進料系統(tǒng)的問題最多，有些目前尚未解決。這一點在我們選擇氣化工藝承擔者時應予以高度重視，盡量選擇這一方面的專業(yè)廠商。

6.8根據(jù)世界上4座示范電站的經(jīng)驗和教訓，對于我國IGCC示范電站在氣化工藝選擇方面應綜合考慮以下幾個原則問題：氣化爐的最大出力是否能達到要求；是否氣化過類似的煤種；最大容量的氣化爐的運行時間和臺數(shù)；示范運行的可用率；冷煤氣效率及組成IGCC的總效率；目前還存在哪些問題；氣化爐和輔助系統(tǒng)設計和制造者是否都是專業(yè)廠商。

7參考文獻

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