固体和液体燃料气化发电

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1、固体和液体燃料气化发电概述气化是固体和液体原料如煤或石油向主要成分为氢H2和一氧化碳CO的气体的转化气化已应用了一百多年所产气体有多种用途如家庭供暖和照明"城市煤气"化学制品如氨NH3或甲醇及汽油和柴油替代产品近年人们关注于利用气化发电最初的原因是大型高效燃气轮机的开发不久意识到煤炭气化结合燃气轮机发电可能具有最现代化的常规燃煤电厂一样的效率而排放物却要少得多20世纪70年代初期在德国建立了第一座整体煤气化联合循环发电厂IGCC如今世界上已有若干座燃煤示范厂图1GBL气化炉经英国煤气公司特许刊出IGCC电厂也能

2、燃用石油衍生的原料如重油和焦油这些产品在石油精炼过程中形成传统上这些产品用于生产电厂锅炉用重质燃料油和作船用燃料但是近年来重质燃料油的市场需求迅速下降且目前一些炼油厂的这类产品过剩将这些重油气化既可为炼油厂提供电力也可用于出口且产生的H2可在炼油厂里提质和清洁其他产品如柴油和汽油在欧洲至少有4个大的燃石油的IGCC项目在进行生物质和废物都可气化但是IGCC技术趋于偏爱大型集中化电厂但生物质和废物最好是用于其资源附近的较小电厂因此可选择在邻近现有电厂的小型气化炉气化生物质和废物利用这些气化产品部分取代燃用的煤或石

3、油这就使现有电厂在可获得生物质和废物时利用他们某些气化炉技术可将生物质废物同煤一起气化目前处于领先地位的几个生物质和废物气化项目大多在欧洲进行几个最重要的项目在英国IGCC厂尚处于试验阶段到目前为止几乎所有这类项目都需要政府某种形式的支持该技术在广泛应用之前有三个不足之处要加以改善1同备有环保装置的传统燃煤电厂相比建立IGCC电厂费用昂贵2迄今为止IGCC厂的可靠性较差3至少那些配有制氧O2装置的IGCC设备的操作灵活性尚待充分证实尤其是IGCC设备的启动时间次数是以天计而非小时计进一步的开发工作需要克服这些障

4、碍使该技术可以被接受一旦排除这些障碍IGCC设备将会在世界上新燃煤电厂占有重要的市场份额该技术带来的效益气化技术带来以下效益·使燃煤发电高效洁净·石油残渣洁净发电有很大机会与炼油厂的生产实现整体化·固体和液体废物的有益环境的处理伴随着能源进一步回收的机会·利用生物质发电英国贸工部的支持自1990年以来英国贸工部DTI已资助49个与气化发电有关的项目资助基金为1090万英镑所有这些项目的总费用为3660万英磅简介气化气化是指含碳固体或液体物质向主要成分为H2和CO的气体的转换所产生的气体可用作燃料或作为生产诸如N

5、H3或甲醇类产品的化学原料气化的限定化学特性是使给料部分氧化在燃烧中给料完全氧化而在热解中给料在缺少O2的情况下经过热降解气化的氧化剂是O2或空气和一般为蒸汽蒸汽有助于作为一种温度调节剂作用因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应即吸收热空气或纯O2的选择依几个因素而定如给料的反应性所产生的气体用途和气化炉的类型气化最初的主要应用是将煤转化成燃料气用于民用照明和供暖虽然在中国及东欧气化仍有上述用途但在大多数地区由于可利用天然气这种应用已逐渐消亡最近几十年中气化主要用于石化工业将各种碳氢化合物流转换成"合成气"如为制

6、造甲醇为生产NH3提供H2或为石油流氢化脱硫或氢化裂解提供H2另外气化更为专门的用途还包括煤转换为合成汽车燃料在南非应用和生产代用天然气SNG至今未有商业化应用但在70年代末和80年代初已受到重视气化发电在近十年中电力工业因可利用大型燃气轮机发电而发生变化这些燃气轮机无论是单独使用开路循环燃气轮机OCGT还是同热回收锅炉和蒸气轮机联合使用联合循环燃气轮机CCGT都已证实是一种高效洁净且宜操作的发电方法燃气轮机发电的主要弱点是只能燃用洁净燃料这种燃料或者是气体如天然气或者是易汽化的如蒸馏燃料和液化石油气LPG燃气

7、轮机不能燃用煤或重质燃料油这些则是传统电力工业的主要燃料气化是煤和燃料油这类传统燃料与燃气轮机间的"桥梁"将这类燃料气化产生一种燃料气洁净后可在燃气轮机发电厂使用因此气化能发挥燃气轮机的长处使其可利用任何燃料无论是固体还是液体燃料进一步而言由于所产生的燃料气在燃气轮机中燃烧之前能进行洁净去掉颗粒物硫和氮化合物因此以气化为基础的发电厂GPP的排放物要比传统电厂少得多气化与联合循环结合即IGCC是唯一能接近燃用天然气系统的环境性能的以煤为基础的技术此外IGCC的热效率同传统的使用锅炉和蒸气轮机的燃煤电厂相比即使不是

8、更好也是一样好使用煤的发电厂的典型IGCC装置见图2所示在~30巴压力下将粉煤和空分装置ASU出来的氧气一起加入气化炉粗燃料气在气化炉中约1300下产生再用水洗涤先冷却至约200去掉粉尘和诸如像NH3及氯化氢这样的化合物然后进一步冷却用一种溶剂洗涤去掉像硫化氢这样的硫化合物之后这种洁净气在燃气轮机中燃烧煤中的灰分作为气化炉中产生的矿渣回收从气体中脱除的硫化合物作为硫回收从ASU产生的氮