整體煤氣化聯合循環

整體煤氣化聯合循環Integrated Gasification Combined CycleIGCC),是將煤氣化技術和聯合循環相結合的動力系統。

在該系統中,或其他碳基燃料在氣化爐中的欠氧和高壓環境下氣化後經過除塵、脫的淨化,成為清潔的天然氣 - 合成煤氣(合成氣),再使用燃氣蒸汽聯合循環發電技術發電。這些污染物中的一些污染物,例如硫,可以通過克勞斯工藝英語Claus process轉化為可再使用的副產物。這導致二氧化硫,顆粒物,汞的排放量減少。

煤氣化技術種類很多,分類方法也有多種。根據氣化爐內料流的形式,可分為固定床、流化床及氣流床三大類。 根據IGCC的特點和要求,大型化的氣化技術中,目前應用最多的是氣流床技術。氣流床技術中按原料進料方式可分為干煤粉進料及水煤漿進料兩類。

重要性

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豐富的煤炭可以在美國和其他許多國家被發現,並且它的價格一直保持相對穩定。因此它被用於美國電力需求的50%左右。[1]因此IGCC技術所允許的較低的排放可能在未來是重要的,因為對環境和地球的影響越來增長的關心將使污染物排放法規收緊。[1]

這種技術被用於位於密西西比州肯珀的正在建設中的項目--肯珀項目是利用褐煤生產密西西比州人所需的能源。然而2017年7月計畫在超出預算40億美元後,仍無法按預定計畫運行,密西西比電力公司沒有選擇,只好宣布潔淨煤計畫不可行失敗,利用現有設備改以天然氣發電。[2]

操作

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下面是一個整體煤氣化聯合循環(IGCC)工廠的示意流程圖:

 
整體煤氣化聯合循環(IGCC)電站的方框圖,它採用熱回收蒸汽發生器英語Heat recovery steam generator(HRSG)

氣化過程可以從各種含碳原料產生合成氣,例如高硫煤,重質石油殘渣,和生物質

該設備被稱為集成是因為(1)在氣化段中產生的合成氣在組合循環中用作燃氣輪機的燃料,(2)由氣化段中的合成氣冷卻器產生的蒸汽由蒸汽輪機使用 聯合循環。在這一個實例中,產生的合成氣用作產生電力的燃氣輪機中的燃料。在普通的聯合循環中,在熱回收蒸汽發生器英語Heat recovery steam generator(HRSG)中使用來自燃氣輪機廢氣的所謂「餘熱」,以便為汽輪機循環進行蒸汽。 IGCC工廠通過將氣化過程產生的較高溫度的蒸汽添加到汽輪機循環,來提高總體工藝效率。然後,將蒸汽用於蒸汽渦輪機以產生額外的電力。

煤的氣化原理

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煤氣化反應

  1. 煤的乾餾和熱解(>120℃)
    煤→煤氣(CO2 、CO、CH4、H2O、H2、NH3、H2S)+焦油(液體)+焦炭
  2. 碳-氧間的反應
    C+O2=CO2 放熱反應
    2C+O2=2CO 放熱反應
    C+CO2=2CO 二氧化碳還原反應,強吸熱反應
    2CO+O2=2CO2 放熱反應
  3. 碳-水蒸汽的反應
    C+H2O=CO+H2 水蒸汽分解反應,吸熱反應
    C+2H2O=CO2+H2 水蒸汽分解反應,吸熱反應
    CO+H2O=CO2+H2 一氧化碳變換反應,放熱反應
  4. 甲烷生成反應(低溫高壓下易於反應)
    C+2H2=CH4 放熱反應
    CO+3H2=CH4+H2O 放熱反應
    2CO+2H2=CH4+CO2 放熱反應
    CO2+4H2=CH4+2H20 放熱反應
  5. 其他元素的反應(非主導反應)
    S+O2=SO2
    2H2S+SO2=3S+2H2O
    N2+3H2=2NH3
    SO2+3H2=H2S+2H2O
    C+2S=CS2
    N2+H2O+2CO=2HCN+1.5O2
    SO2+2CO=S+CO2
    CO+S=COS
    N2+XO2=2NOX

IGCC的發展

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世界IGCC電站發展歷史:

  • 1972年,德國Lünen,170MW,Lurgi正壓氣化;
  • 1984年,美國Cool Water,100MW,Texaco氣化(餘熱鍋爐);
  • 1987年,美國LGTI,160MW,E-Gas氣化,熱電聯產;
  • 1994年,荷蘭Buggenum,253MW,Shell氣化,淨效率43%;
  • 1995年,美國Wabash River,265MW,E-Gas氣化,老廠改造;
  • 1996年,美國Tampa,260MW,Texaco氣化;
  • 1997年,西班牙Puertollano,300MW,Prenflo氣化,淨效率45%;
  • 1997年,美國PinonPine,100MW,KRW氣化,高溫淨化,未正常運行;
  • 1998年,意大利ISAB,500MW,Texaxo氣化,煉廠底料,發電聯產制氫;
  • 1999年,意大利API能源項目,280MW,Texaxo氣化,煉廠底料,發電聯產制氫;
  • 2000年,意大利Sarlux,550MW,Texaxo氣化,煉廠底料,發電聯產制氫;
  • 2001年,日本GSK,500MW,Texaxo氣化,煉廠底料,發電聯產制氫;
  • 2006年,意大利Sardinia,620MW,Shell氣化,西門子燃機;
  • 2007年,捷克Vresova,400MWe IGCC,HTW氣化工藝,GE燃機;
  • 2008年,日本CCP,250MW IGCC,MHI空氣氣化,三菱燃機;
  • 2012年,中國華能天津IGCC,265MW,兩段式干煤粉加壓氣化,西門子燃機。

參見

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參考

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  1. ^ 1.0 1.1 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
  2. ^ 潔淨煤炭發電夢一場. [2017-07-02]. (原始內容存檔於2017-07-02).