3組主要氣化工藝及8種典型氣化爐圖文詳解!兩段式煤氣發(fā)生爐雙路瑕滾筒加煤機\皿錠一級111氣濾淸器通往旋風除塵器汽包I--'steaiinpocket:-a；11兩段式煤氣發(fā)生爐雙路瑕滾筒加煤機\皿錠一級111氣濾淸器通往旋風除塵器汽包I--'steaiinpocket:-a；11i5n-剛空甲境zfiiRiS.fi-】=^f=3Mr-BtM匸L—鞋毗找.二覲址E氣諳捱乩魚笛I譙憂用：000-13XKTC應附＜ITI一、氣化簡介氣化是指含碳固體或液體物質向主要成分為H2和CO的氣體的轉換。所產(chǎn)生的氣體可用作燃料或作為生產(chǎn)諸如NH3或甲醇類產(chǎn)品的化學原料。氣化的限定化學特性是使給料部分氧化；在燃燒中，給料完全氧化，而在熱解中，給料在缺少O2的情況下經(jīng)過熱降解。氣化的氧化劑是O2或空氣和，一般為蒸汽。蒸汽有助于作為一種溫度調節(jié)劑作用；因為蒸汽與給料中的碳的反應是吸熱反應（即吸收熱）?？諝饣蚣僌2的選擇依幾個因素而定，如給料的反應性、所產(chǎn)生的氣體用途和氣化爐的類型。氣化最初的主要應用是將煤轉化成燃料氣，用于民用照明和供暖。雖然在中國（及東歐）氣化仍有上述用途，但在大多數(shù)地區(qū)，由于可利用天然氣，這種應用已逐漸消亡。最近幾十年中，氣化主要用于石化工業(yè)，將各種碳氫化合物流轉換成"合成氣"，如為制造甲醇，為生產(chǎn)NH3提供H2或為石油流氫化脫硫或氫化裂解提供H2。另外，氣化更為專門的用途還包括煤轉換為合成汽車燃料（在南非應用）和生產(chǎn)代用天然氣（SNG）（至今未有商業(yè)化應用，但在70年代末和80年代初已受到重視）。二、氣化工藝的種類有多種不同的氣化工藝。這些工藝在某些方面差別很大，例如，技術設計、規(guī)模、參考經(jīng)驗和燃料處理。最實用的分類方法是按流動方式分，即按燃料和氧化劑經(jīng)氣化爐的流動方式分類。正像傳統(tǒng)固體燃料鍋爐可以劃分成三種基本類型（稱為粉煤燃燒、流化床和層燃），氣化爐分為三組：氣流床、流化床和移動床（有時被誤稱為固動床）。流化床氣化爐完全類似于流化床燃燒器；氣流床氣化爐的原理與粉煤燃燒類似，而移動床氣化爐與層燃類似。每種類型的特性比較見表1。表1各種氣化爐比較氣流床流化床移動I燃料類型固體和液體固體固體燃料規(guī)格（固體）<500nm0,5-5nun燃料滯留時間l-LOa5—50s1&-3伽：口氣體出口溫度900-1400ZC**如果在氣化爐容器內有淬冷段，則溫度將較低。1?氣流床氣化爐在一臺氣流床氣化爐內，粉煤或霧化油流與氧化劑（典型的氧化劑是氧）一起匯流。氣流床氣化爐的主要特性是其溫度非常高，且均勻（一般高于1000D,氣化爐內的燃料滯留時間非常短。由于這一原因，給進氣化爐的固體必須被細分并均化，就是說氣流床氣化爐不適于用生物質或廢物等類原料，這類原料不易粉化。氣流床氣化爐內的高溫使煤中的灰溶解，并作為熔渣排出。氣流床氣化爐也適于氣化液體，如今這種氣化爐主要在煉油廠應用，氣化石油原料?，F(xiàn)在，運營中的或在建的幾乎所有煤氣化發(fā)電廠和所有油氣化發(fā)電廠都已選擇氣流床氣化爐。氣流床氣化爐包括德士古氣化爐、兩種類型的謝爾氣化爐（一種是以煤為原料，另一種以石油為原料）、Prenflo氣化爐和Destec氣化爐。其中，德士古氣化爐和謝爾油氣化爐在全世界已有100部以上在運轉。流化床氣化爐在一個流化床內，固體（如煤、灰）懸浮在一般向上流動的氣流中。在流化床氣化爐內，氣體流包含氧化介質（一般是空氣而非02）。流化床氣化爐的重要特點（像流化床燃燒器一樣）是不能讓燃料灰過熱，以至熔化粘接在一起。假如燃料顆粒粘在一起，則流化床的流態(tài)化作用將停滯?？諝庾鳛檠趸瘎┑淖饔檬潜３譁囟鹊陀?1000°C。這表示流化床氣化爐最適合用比較易反應的燃料，如生物質燃料。流化床氣化爐的優(yōu)點包括能接受寬范圍的固體供料，包括家庭垃圾（經(jīng)預先適當處理的）和生物質，如木柴，灰份非常高的煤也是受歡迎的供料，尤其是那些灰熔點高的煤，因為其他類型的氣化爐（氣流床和移動床）在熔化灰形成熔渣中損失大量能。流化床氣化爐包括高溫溫克勒（HTW），該氣化爐由英國煤炭公司開發(fā)，目前由MitsuiBabcock能源有限公司（MBEL）銷售，作為吹空氣氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（ABGC）的一部分。在運轉的大型流化床氣化爐相對較少。流化床氣化爐不適用液體供料。移動床氣化爐在移動動床氣化爐里，氧化劑（蒸汽和O2）被吹入氣化爐的底部。產(chǎn)生的粗燃料氣通過固體燃料床向上移動，隨著床底部的供料消耗，固體原料逐漸下移。因此移動床的限定特性是逆向流動。在粗燃料氣流經(jīng)床層時，被進來的給料冷卻，而給料被干燥和脫去揮發(fā)分。因此在氣化爐內上下溫度顯著不同，底部溫度為1000°C或更高，頂部溫度大約500°C。燃料在氣化過程中脫除揮發(fā)分意味著輸出的燃料氣含有大量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料氣在出口處用水洗來除去焦油。其結果是，燃料氣不需要在合成氣冷卻器中來高溫冷卻，假如燃料氣來自氣流反應器，它就需冷卻。移動床氣化爐為氣化煤而設計，但它也能接受其他固體燃料，比如廢物。有兩項主要的移動床氣化爐技術。20世紀30年代開發(fā)出早期的魯爾干法排灰氣化爐，已廣泛應用于城市煤氣的生產(chǎn)，在南非用于煤化學品生產(chǎn)。在該氣化爐內，床層底部溫度保持在低于灰熔點，這樣煤灰就可作為固體排出。20世紀70年代，魯爾公司，然后是英國煤氣公司（現(xiàn)在的BGplc）開發(fā)了底部溫度足以使灰熔化的液態(tài)排渣爐。這種氣化爐稱為BGL（BG-Lurgi）氣化爐。目前，有幾臺BGL氣化爐在電廠安裝，用來氣化固體廢物和共同氣化煤和廢物。三、典型氣化爐以下按字母順序介紹一些最重要的和眾所周知的氣化工藝。BGL氣化爐（移動床）BGL氣化爐最初開發(fā)于20世紀70年代，用來提供一種高甲烷含量的合成氣，為用煤生產(chǎn)代用天然氣（SNG）提供一種有效方法。這種氣化爐15年以前由英國煤氣公司在法夫的Westfield開發(fā)中心開發(fā)的，開始是為試驗用該工藝生產(chǎn)SNG的適用性，后來用于IGCC。煤煤鎖斗-洗滌液液態(tài)排渣口分布器攪拌器氣體到凈化煤粉/水/焦汕循環(huán)激冷水熔渣煤煤鎖斗-洗滌液液態(tài)排渣口分布器攪拌器氣體到凈化煤粉/水/焦汕循環(huán)激冷水熔渣渣激冷室圖1BGL氣化爐）塊煤和像石灰石這樣的助熔劑送入一閘斗倉，定期往氣化爐的頂部送料（見圖1）。一個緩慢旋轉的分配器盤將煤均勻地分布在床的頂層。對于粘結性煤給料，分配器被聯(lián)接到一攪拌器，也維持床層均勻，和防止煤團聚。當床層下降，煤料經(jīng)過一些反應。這些反應能在燃料床的不同高度分成三個層：上層煤被干燥和脫揮發(fā)分；中層被氣化；低層被燃燒，產(chǎn)生的CO2作為中段的氣化劑。O2和蒸汽經(jīng)床底部噴咀（噴口）加入。產(chǎn)生的熔渣在氣化爐底部形成熔渣池，定期排出。氣化爐容器有耐火材料襯里，以防止床層過多熱量損失。由于耐火材料被煤床本身與床層的最熱部分（噴口的頂端）隔開，因此不經(jīng)受高溫。氣體在450-500°C的溫度離開氣化爐，氣體中含有因煤脫揮發(fā)分而產(chǎn)生的焦油和油以及從床層淘析出的煤粉。這由安裝在氣體出口的淬冷容器脫除。氣體同時由一水淬冷裝置冷卻和清潔。然后氣體通過一系列交換器，使氣體在脫硫前冷卻到室溫。氣體中脫除的焦油和水轉入一個分離器，焦油和煤塵從那里再循環(huán)到氣化爐的噴咀（一部分可加在氣化爐上部，用來抑制煤塵的揚析）。BGL氣化爐具有很高的冷氣體效率，即，與其他氣化爐比較，煤原有熱值（CV）的大部分在氣體中作為化學能出現(xiàn)，而非熱能。這樣，BGL氣化爐不像其他氣化爐中的謝爾和德士古系統(tǒng)那樣要求有高溫熱交換器。因此，氣化區(qū)和CCGT裝置很少緊密結合，因為氣體冷卻系統(tǒng)不直接與蒸氣輪機循環(huán)結合。BGL系統(tǒng)同氣流床系統(tǒng)相比，燃氣輪機產(chǎn)生的電力較多，蒸氣輪機產(chǎn)生的電力較少。BGL氣化爐能處理給入氣化爐頂部的塊狀供料里含的大量粉煤（即<6mm），取決于煤的粘結性，如匹茲堡No.8這樣的高膨脹、高粘結性煤，其高達35%可作為粉煤給料。但是，原煤一般按重量計含有40-50%的粉煤。因此，氣流床氣化爐所有用煤要先經(jīng)研磨，在BGL裝置，煤要先經(jīng)篩分。BG實驗了氣化爐利用粉煤的多種方式，將粉煤送入風咀,或干法輸送，或以煤漿形式，或用瀝青作為粘結劑將它們壓制成型煤。目前，由法夫電廠再度交付使用的Westfield的現(xiàn)有的、備用的氣化爐作為電廠的一部分將用煤和污泥發(fā)電120MWe。法夫電廠已申請建立第二座較大（400MWe）電廠，使用煤和城市固體廢物（MSW）來發(fā)電。2?Destec（氣流床）Destec工藝是煤漿入料、加壓、兩段式工藝。該工藝最初由Dow化學公司于20世紀70年代開發(fā)。隨著中試規(guī)模和樣機試驗，1984年決定在Dow的普萊克明（路易斯安那）化學聯(lián)合企業(yè)建立商業(yè)化裝置，1987年該裝置投入運營。1989年，Dow將氣化和其余電力從公司脫離出，另成立一公司，80%由Dow所有，稱為Deslec公司。同時，該技術已被選來用于印第安納州的沃巴什河的IGCC電廠增容項目。

氣化爐（圖3）由襯有未冷卻的耐火材料的壓力殼構成。5!—円圖3DesteC氣化爐在氣化爐的下（第一）段有兩個氣化燃燒器，在上段有煤的進一步噴入點。煤制成約60%固體（按重量計）的漿狀。大約80%的煤漿同O2一起注入到下段的兩個燃燒器中，在約1350-1400°C和大約30巴壓力下不完全燃燒。煤中的灰熔化，下落至容器并經(jīng)排放口進入水冷卻裝置。在第一段形成的燃料氣向上流動到氣化爐的第二段，剩余的20%煤漿在第二段注入和反應，經(jīng)熱解和氣化，并將氣體冷卻到大約1050C。這兩段

工藝有增加合成氣熱值的作用。然后粗合成氣在一燃燒管合成氣冷卻器內冷卻。然后冷卻的合成氣用過濾器凈化，去除大量灰分和半焦顆粒。這些半焦可以再循環(huán)至氣化爐。唯一在運轉的Destec氣化爐在沃巴什河IGCC電廠，該電廠以煙煤作原料。多年來，用次煙煤和石油焦作原料的進行了大量的試驗。3?高溫溫克勒（HTW）（流化床）HTW工藝是在原有溫克勒流化床氣化工藝的進一步發(fā)展。原溫克勒工藝最初于20世紀20年代開發(fā)和利用，是一項常壓工藝。HTW工藝由萊茵褐煤公司發(fā)明，萊茵褐煤公司擁有并經(jīng)營德國魯爾地區(qū)的幾座褐煤煤礦。HTW工藝最初是為生產(chǎn)鐵礦石用的還原氣而開發(fā)；后來興趣轉向生產(chǎn)合成氣，再后來轉向發(fā)電。所有的應用是在褐煤氣化基礎上進行。目前重點放在廢塑料氣化領域。萊茵褐煤公司仍負責HTW工藝的開發(fā)，克魯勃伍德公司從事銷售和供應。

茁汽熬空乜靶％-VY^nux*,4茁汽熬空乜靶％-VY^nux*,4圖4H珂氣化爐萊茵褐煤公司在弗雷興建設一座中試廠,該廠從1978年至1995年運轉。額定工作壓力10巴，每小時處理1.8t。1985年在科隆附近Berrenrath建成一座示范裝置。該裝置工作壓力10巴，所產(chǎn)的合成氣用管道輸送至在Wesseling附近的甲醇合成廠oBerrenrath廠使用蒸氣和O2作為氣化介質。1989年出于開發(fā)工藝用于發(fā)電目的，在Wesseling開始建工作壓力25巴的中試廠。那時，褐煤的氣化，同在氣化前預干褐煤的流化床工藝結合起來，被視為用萊茵褐煤以高效、潔凈方式發(fā)電的最佳辦法。該項工作最終是設計吹氣HTW氣化爐為基礎的IGCC電廠，名為KoBRA（KombikraftwerkmitLnlegrietierBRAunkohlvergasung褐煤氣化聯(lián)合循環(huán)）。最初的KoBRA裝置準備建在科隆附近的戈爾登堡電站，但是，出于經(jīng)濟問題的考慮，該項目現(xiàn)已中止。現(xiàn)在，下一代褐煤電廠愿意采用高效傳統(tǒng)Pf鍋爐。隨著KoBRaIGCC項目的消亡，研究重點轉向廢物氣化。在Berrenrath廠已就廢塑料和污物的氣化進行試驗研究?？唆敳F(xiàn)已開發(fā)一種工藝，稱之PreCon，在此工藝中，HTW氣化爐與廢料的預處理和灰的后處理結合生產(chǎn)化學品或發(fā)電用的合成氣。燃料在閘斗倉內加壓，然后儲存日倉或加料倉里，之后再螺旋給入氣化爐。氣化爐的底部是流化床，流化介質是空氣或O2和蒸汽。氣體加淘析的固體向上流至反應器，在這里再加入空氣/O2和蒸汽來完成氣化反應。之后將粗合成氣在除塵器里除塵并冷卻。在除塵器中脫除的固體回至氣化爐底部。用螺旋除灰器將灰從氣化爐底部排出。氣化爐基底的溫度保持在800-900^，控制溫度以保證其不超過灰溶點；在床上部懸浮段的溫度可能相當高。操作壓力可在10巴（為制造合成氣）和25-30巴（為IGCC）間變化。魯奇干法排灰爐（移動床）魯奇干法排灰氣化工藝于20世紀30年代由魯奇公司發(fā)明，作為生產(chǎn)城市煤氣的一種方法。第一座商業(yè)化廠建于1936年。直到1950年，該工藝主要局限在利用褐煤，但在50年代，魯奇和魯爾煤氣公司合作試驗開發(fā)了一種工藝，也適用煙煤。自那時起，魯奇氣化工藝在世界上廣泛應用，生產(chǎn)城市煤氣和為各種用途（如NH3、甲醇、液化燃料產(chǎn)品生產(chǎn)合成氣。除魯奇公司供應這種氣化裝置外，東歐和前蘇聯(lián)也建造魯奇型氣化爐。世界第一座GPP在德國的呂嫩，使用魯奇系統(tǒng)（不常見的是，這些氣化爐為吹入空氣式）。其他應用魯奇裝置的重要設施是在美國北達科他州的大平原（GreatPlain）SNG廠，和南非薩索爾合成燃料廠。該工藝示意圖見圖5。

圖5魯奇干圖5魯奇干法排灰氣化爐該工藝的主要特征是這種移動床工藝采用蒸汽和（通常）O2作為氧化劑，像BGL氣化爐一樣，它使用塊煤而非粉煤，且像BGL裝置一樣，產(chǎn)生焦油。魯奇干法排灰氣化爐和BGL液態(tài)排渣氣化爐間的主要區(qū)別是前者使用的氧化劑中，蒸汽與O2的比率更大（前者大概為4-5:1,后者約?0.5:1）。其結果是干法排灰裝置的溫度所有各點保持足夠低，灰不熔解，而是作為干灰脫除。干法排灰式裝置的較低溫度意味著其更適合用易反應的煤，像褐煤，而非煙煤。塊煤給進氣化爐頂部的閘斗倉，在進入氣化爐之前增壓。一個旋轉的煤分配器確保煤在反應器各處均布。煤緩慢下移到氣化爐。當煤下移時，由經(jīng)床層向上流動的燃料氣加溫；煤就被不斷干燥和揮去揮發(fā)分（脫除的揮發(fā)分形成焦油和酚），然后氣化。床層的底部，緊靠爐蓖的上面之處是氣化爐最熱的地方（?1000°C），在此處燃燒任何剩余的煤。所產(chǎn)生的CO2與床層中的碳起反應形成CO?；矣尚D爐蓖排出并在閘斗倉中減壓。蒸汽和O2被向上吹，通過爐蓖為氣化過程提供氧化劑。所產(chǎn)生的氣體在300-500C的溫度離開氣化爐，利用一水淬冷進行冷卻和洗滌。該氣化爐由水夾套圍繞，水夾套產(chǎn)生的蒸汽可用于工藝過程中。MBEL氣化爐（流化床）該氣化爐原由英國煤炭公司在其煤炭研究機構作為ABGC工藝（圖6）的一部分開發(fā)，現(xiàn)歸MBEL所有。該氣化爐為吹氣、加壓系統(tǒng)設計，以獲約80%的碳轉化率，剩余的碳在流化床燃燒。在格洛斯特郡的StokeOrchard建設并運轉了O.5tph中試規(guī)模的氣化爐?，F(xiàn)在，由MBEL、阿爾斯通和蘇格蘭電廠組成的一個財團，以ABGC作為整體，對該工藝進一步開發(fā)，計劃在法夫Kincardine建一個?100MWe示范裝置。

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■MUJJtft空氣圖6裝有MBEL氣化爐的ABGCABGC是以在MBEL氣化爐內煤的部分氣化為基礎，壓力20-25巴，溫度?1000°C。大約70-80%的煤轉化成低熱值燃料氣，燃料氣冷卻至?400°C，然后用陶制過濾器清潔。石灰石用來脫除煤中大部分硫，成為硫化鈣。氣化爐內產(chǎn)生的燃料氣在燃氣輪機中燃燒，燃氣輪機的廢氣用來在熱回收蒸氣發(fā)生器（HRSG）內產(chǎn)生蒸汽，氣化爐產(chǎn)生的固體殘渣（灰、半焦和硫化吸附劑）經(jīng)減壓、冷卻并通到在常壓操作的循環(huán)流化

床燃燒器（CFBC）。在CFBC內，殘余的炭被燃燒，硫化鈣經(jīng)氧化成

為硫酸鈣，硫酸鈣是一種環(huán)保型物質。在CFBC內產(chǎn)生的熱加到HRSG

的蒸汽系統(tǒng)，所產(chǎn)生的蒸汽用來驅動蒸氣輪機。在StokeOrchard的試

驗證實氣化爐處理各類煤和吸附劑的能力，在氣化爐里脫硫達90%。ABGC系統(tǒng)的一項評估表明，應用目前的技術，該系統(tǒng)將會獲得44.7%的效率（更高熱值基礎）。Prenfl（o氣流床）Prenflo（加壓氣流床）氣化工藝已由克魯勃?伍德開發(fā)。這是一種加壓、干式給料、氣流床工藝?？唆敳诘聡_爾州的Furstenhansen建一座每天處理48t的裝置。隨著這項工作的進行，西班牙的普埃托蘭IGCC電廠選擇應用Prenflo工藝。該工藝如圖7所示。煤被磨碎至~100“m并靠氮由風力輸送到氣化爐。氣化爐結構獨特，氣化爐本身與合成氣冷卻器結合。煤同O2和蒸氣一起經(jīng)裝在氣化爐下部的燃燒器給入。合成氣在1600°C的溫度下

圖7PrenfloOR圖7PrenfloOR氣化爐陀工萌產(chǎn)生。但，它在氣化爐出口借助再循環(huán)的潔凈合成氣淬冷，將其溫度減至大約800°C。然后合成氣向上流至一中心分配器管，并經(jīng)蒸發(fā)器段向下流動，在大約380C離開氣化爐。在氣化過程形成的熔渣在水槽內淬冷，并通過閘斗倉裝置排出。7?謝爾氣化工藝（氣流床）謝爾氣化工藝（SGP）作為一種將多種碳氫化合物原料轉成潔凈合成氣的方法于20世紀50年代開發(fā)。SGP不是用于煤炭氣化的，殼牌公司另有一單獨的工藝（謝爾煤炭氣化工藝，SCGP）。該氣化爐有耐火熔材料襯里，在大約25-30巴（在IGCC范疇，生產(chǎn)H2的典型壓力約巴）和1300C下運行。燃料、O2和蒸汽從氣化爐頂部經(jīng)復合環(huán)形燃燒器射入。氣化發(fā)生，伴隨小量煙炱和灰（在給料中~0.5-1%的碳轉化成煙炱）。粗合成氣和雜質在氣化爐底部排出，在合成氣冷卻器內冷卻，冷卻器由平行的螺旋形旁管組成，浸入在豎立的蒸汽發(fā)生器中。這種配制在~100巴壓力下產(chǎn)生飽合蒸氣。氣體從合成氣冷卻器入口時的?1300°C冷卻，到出口時的＜400°C。然后氣體可在煙炱和灰潔凈之前進一步冷卻。這在淬冷管內進行，粗氣體用水噴淋，以去除現(xiàn)存的大部分固態(tài)顆粒。夾帶的顆粒作為分離器內廢渣排出。然后氣體轉至洗滌器，洗滌器中的兩個充填床用來減低顆粒濃度至Vlmg/m3。之后粗合成的氣適宜用來脫硫和使用。從氣體中脫硫的灰和煙炱在由謝爾和魯奇開發(fā)的煙炱灰脫除裝置中處理。熔渣經(jīng)過濾，碳質濾餅被焚化，產(chǎn)生高釩灰殘渣。SGP與SCGP的主要區(qū)別為：1、非（未）冷卻的氣化爐；2、燃燒管合成氣冷卻器；3、淬冷用非再循環(huán)冷卻合成氣；4、氣化爐內溫度較低。使用SGP的唯一氣化發(fā)電廠是在鹿特丹的殼牌煉油廠的Per+綜合企業(yè)。三個SGP系列用殘渣生產(chǎn)合成氣；67%的合成氣用于制H2，其余用來發(fā)電。謝爾煤炭氣化工藝（氣流床）殼牌公司的氣化歷史可回溯到20世紀50年代，那時第一個SGP裝置交付使用。1972年，殼牌公司開始煤的氣化工藝的研究工作。在阿姆斯特丹建設了一座6t/d中試廠后，殼牌公司于1978年在德國漢堡附近哈爾堡建一座150t/d示范廠。殼牌公司采用所獲得的經(jīng)驗在美國休斯頓的迪爾帕克現(xiàn)有的石油化工聯(lián)合企業(yè)建一座廠。該廠規(guī)模為氣化220t/d（每天250美國短噸）煙煤成365t/d（每天400美國短噸）的高濕、高灰分褐煤。1987年迪爾帕克氣化爐投入運營，并證實了SCGP氣化多種類型煤的能力。1989年，在荷蘭的Buggenum的一座IGCC電廠宣布選擇使用SCGP，它成為采用SCGP的唯一商業(yè)化電廠。謝爾氣化爐如圖8所示

r體出口床冷打At玄菇帀至童r體出口床冷打At玄菇帀至童水入口圖8謝爾煤炭氣化爐

（經(jīng)殼牌公司許可刊登）=該氣化爐容器由碳素鋼壓力外殼構成，里面有一氣化室，氣化室由耐火襯里的膜壁封閉。通過膜壁的循環(huán)水用來控制氣化室壁溫度及產(chǎn)生飽合蒸汽。干式pf、O2和蒸汽經(jīng)氣化爐底部的對置燃燒器送入，氣化爐操作壓力?25-30巴。氣化在1500°C和此溫度以上發(fā)生，確保煤灰熔化并形成熔渣。熔渣在氣化爐壁內表面下行，在氣化爐底部一水槽內淬冷，部分熔渣粘在氣化爐壁上并冷卻，形成防護層。煤的氣化形成一種粗燃料氣，主要成分是H2和CO,及少量CO2和一些夾帶的渣粒。在氣化爐出口，粗氣以再循環(huán)的冷卻的燃料氣淬冷，使溫度降至?900°C以下。冷卻使渣粒凍結，使它們粘性減小，不易在表面掛渣。其后，燃料氣在合成氣冷卻器中冷卻到?300C，產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽。與殼牌公司的石油氣化工藝的合成氣冷卻器完全不同，SCGP合成氣冷卻器在殼側有氣體。因此，合成氣冷卻器有一套復雜的管道，包括各種節(jié)省器、中壓及高壓汽化器和一些過熱器。冷卻的合成氣利用陶瓷過濾器過濾。之后大約50%的冷卻合成氣再循環(huán)至氣化爐頂部作氣體的淬冷介質使用，其余的合成氣被洗滌，去掉鹵化物和NH3，然后送至脫硫裝置。8.德士古氣化工藝（氣流床）德士古工藝的主要特性是利用同樣的基本技術成功地氣化多種原料。這些原料包括氣體、石油、OrimulsionTM，石油焦和一系列煤。德士古另外還進行預處理工藝，這將使廢塑料和廢舊輪胎得以氣化。德士古氣化工藝是最早開發(fā)于20世紀40年代后期。開始工作重點集中在開發(fā)一種天然氣重整工藝，以便為轉換成液態(tài)碳烴化合物制造合成氣。不久后，重點轉向為NH3產(chǎn)品生產(chǎn)合成氣。20世紀50年代期間，研究擴大該工藝以氣化石油及少量的煤。1973年發(fā)生石油危機之際，煤炭氣化研

究工作重新開始,983年在美國的田納西州的金斯波特的艾斯特曼化工廠,首座商業(yè)化煤氣化工廠開始運營。1984年，冷水IGCC廠投入運營。圖9德士古淬冷型氣化爐-上工面祐圖9德士古淬冷型氣化爐-上工面祐目前，采用德士古工藝作業(yè)的氣化發(fā)電廠有ELDorado（石油焦）和Polk（煤）；德士古工藝還被選擇用于多數(shù)在建或計劃中的石油廢料IGCCs廠。該工藝有兩種不同的基本類型，其用來冷卻粗制合成氣的方法不同，在淬冷型中，來自氣化爐底部的粗合成氣用水驟冷。在完全熱回收型中，粗合成氣利用合成氣冷卻器冷卻，德士古淬冷型氣化爐示意圖見圖9，全熱回收型見圖10。圖10德士古全熱回收:型氣上爐忽略所采用的合成氣冷卻方法的不同，實際氣化工藝是相同的。原料同O2和（通常）蒸汽從氣化爐頂部進入。蒸汽作為溫度調節(jié)劑。像煤或石油焦這樣的固體原料在給入氣化爐之前被制成漿和粉碎；在這種情況下，漿料中的水替代蒸汽作為調節(jié)劑。氣化爐本身是有耐火襯里的壓力容器。氣化在?1250?1450°C的溫度發(fā)生。操作壓力依合成氣作何種用途而定：為IGCC之用壓力為?30巴（雖然可以更高）；為制造化學品之用的操作壓力為60?80巴。粗合成氣，還有任何灰（像熔渣）和煙炱（在石油氣化時產(chǎn)生），在底部從氣化爐排出。在淬冷型中，粗合成氣經(jīng)淬冷管離開氣化爐底部，淬冷管的底部未端浸入一水池中。粗氣體經(jīng)過水冷卻到水的飽和溫度，并清潔了渣和煙炱顆粒。之后，冷卻過、飽和合成氣經(jīng)側壁上的一個管子離開氣化爐/淬冷容器。然后，按照用途和所用原料，粗合成氣在使用前進一步冷卻和/或凈化。在全熱回收型中，粗合成氣離開氣化爐段，并在放熱合成氣冷卻器內冷卻是從?1400C到?700C，回收的熱量用來產(chǎn)生高壓蒸汽。熔渣向下流至冷卻器，在底部的一池中淬冷，再經(jīng)閘斗倉排出。部分冷卻的合成氣離開氣化爐的底部，之后在清潔和使用前在對流冷卻器內進一步冷卻。到現(xiàn)在為止，大多數(shù)德士古氣化爐已采用淬冷型。其高于全熱回收設計的主要優(yōu)勢是它更為廉價，可靠性更高；主要劣勢（用于IGCC）是熱效率較低。實際大部分在用的氣化爐用于生產(chǎn)化學品，熱效率不成為問題，故淬冷方式更受歡迎。淬冷方式的另一有效特性是，在石油氣化時，淬冷式有助于合成氣中的洗去石油煙炱顆粒?？梢钥闯?，采用德士古氣化爐的燃石油的IGCC項目大多使用淬冷式氣化爐，而燃煤的德士古IGCC項目使用合成氣冷卻器。四、氣化工藝的選擇多種因素影響一個專用項目的氣化爐選擇。商業(yè)因素最為重要，政治方面的考慮也可以是重要的。影響氣化爐選擇的技術問題包括要氣化的物料的特性及項目規(guī)模。煤炭三種主要氣化爐（即氣流、流化床和移動床）都能用來氣化煤炭。煤炭的特性會影響氣化爐的選擇，包括灰分含量和熔點和煤炭反應性。項目的規(guī)模也會有一定影響。以上所譯論的氣化爐，除謝爾SGP外，都已證實可用來氣化煤。氣流床反應器，和BGL氣化爐，取決于煤灰熔解并轉化成液體，成熔渣。假如灰熔點或渣的粘性太高，可使用一種適宜的助熔劑來使它們降低，通常為石灰石。所需石灰石的量依灰熔點和煤炭中的灰含量而定。因此，高灰熔點的高灰分煤將需要相當量的石灰石，相反，流化床氣化爐以及魯爾干法排灰氣化爐，則取決于灰不熔解。由此得出結論，低灰含量和低灰熔點趨向于選擇液態(tài)排渣氣化爐；高灰分含量和高灰熔點選擇非液態(tài)排渣氣化爐更為有利。反應性是要考慮的另一個問題。流化床氣化爐的氣化溫度較低，更適合活性褐煤，但不太適于反應活性小的煤。大約300MWe發(fā)電廠已建有氣流床氣化爐，在更大規(guī)模的電廠建該氣化爐是可能的。相比之下，流化床和移動床氣化爐趨向于為較小的電廠所選擇，因此一個大型發(fā)電廠項目將會需要多臺氣化爐。這種做法作的缺點是損失一些規(guī)模經(jīng)濟，但有一個優(yōu)點，即是使用多臺氣化爐可以在一臺因維修不工作時，電廠仍不停運轉。在選擇煤的氣化爐時，進一步考慮是采用以空氣作氧化劑的工藝，還是采用以O2作氧化劑的工藝。一般而言，流化床系統(tǒng)利用空氣作為氧化劑，其它氣化爐則用02。利用空氣作為氣化介質具有無需空分裝置，空分裝是設備的昂貴部分；以此相比，由于利用了空氣，就意味著燃料氣要用氮稀釋，則下游工藝設備需要較大。石油只有氣流氣化爐適合于氣化像重油這樣的液態(tài)碳烴化合物。謝爾SGP和Texaco這兩種氣化爐都有使用這類原料的成功歷史記錄。因此，將在這兩種氣化爐中選擇進行商業(yè)化。生物質生物質是很活性的，且生物質項目趨向于在小規(guī)模（一般＜50MWe）電廠進行，有幾個氣化爐已專為利用生物質而開發(fā)，這些氣化爐通常在常壓下操作，這樣容易將生物質送入氣化爐。廢物液態(tài)廢物，像廢油，最好在氣流床反應器中氣化。固態(tài)廢料，像城市固體垃圾和污泥，可在流化床成移動床系統(tǒng)氣化。較小型的項目和無需廢物與煤同燃的項目，趨向于使用流化床。較大項目，和廢物與煤共同氣化的項目采用移動床更為有利。五、氣化電廠項目現(xiàn)狀目前，至少有35個氣化發(fā)電廠項目在運行、交付、建造、設計或計劃中。它們的規(guī)模各不相同，從500MWe到不足10MWe,并且使用的燃料也不同，例如重油殘渣、廢木料、污泥和甘蔗渣等。以下選擇介紹部分項目，表3列出了全部正在運行和將運行的電廠。煤氣化發(fā)電廠Buggenum電廠(荷蘭)Buggenum電廠是世界首批商業(yè)化規(guī)模(253MWe)的燃煤IGCC電廠(圖11)IGCC是以殼牌公司SCGP氣化爐和西門子公司提供的CCGT為基礎的。該電廠1993年投入運行。該項目不僅是當前首批IGCC發(fā)電廠，而且包含了許多先進設計的特點。其中最重要的是空分裝置(ASU)和燃氣輪機耦合得相當好，燃氣輪機壓縮機為空分裝置供應全部空氣。該項目效率提高的代價是電廠結構復雜和不易啟動。

圖]l1BuggenumIGCC電「（經(jīng)DemkoLec公司特許刊出丿項目老琲地點出力＜MW)麟斗氣化爐電力裝筈1930年惜況■■年常Buggenuji荷蘭Z35M?訓爾CDST-T94.2遠行L995F」衛(wèi)頸円阿莞匡lOiOVTe啊煤KRTCCGT-GE6FA交忖J1598Polk芙國25Cn^s：：CCGT-CE7F痢:!L宓Pa&rt&llam西班牙煤軸石油原PrenfloWMMKJUWWWUCCGT-VQ4.3交忖E998捷克嗚煤COT-2JGP9￡運i亍1995沃巴卄河Des1ecCCGI-GE7FA運行I99S[IQT包垃#養(yǎng)國Sfe的石;由焦德土古GITE6B運行L3S6育大利甚祜醍比爐獨港德士苦CCCT^BE13￡2在連LM9GSX日本1粧豆空裝苦賤■!德士酋CCGT-2SGEDEC在淫2000PertLlg伺蘭LSSJIWe麻觀廠砂渣詢爾SCFCOT-2aGEE￡運疔［卿EUSki!貼孟鬧黑丘科丸和5aims傑濁廠沏壽誦士古EztXXT伽.玄在連L剩竜丈利SSCflre用桔與化爐殘諸徳士古OT-3sGe純在建2000StarEWHTe石i由焦懐土古5■-2^E?FA在建舊99薊曲觀卻眩荷蘭BSHVih協(xié)和斗S^CFB現(xiàn)肖鍋爐2遜ARERK英匡EEC柳衲木TFECFEmy-AGTTyrhoo口在騏L999EntergyFarni魚犬刊1那亡獅輪柞的橇木舌奇MECDjI-JkLCYQFi驢沁PJTLQE/LTViilTYiTi^mrt*疋;化」暑

Lahti芬蘭7OM^thFemtETWheeler觀有鍋爐運疔1998KJIeLL養(yǎng)置約Battelle-CFE現(xiàn)有鋸護運行1■砂瑞曲BnffeF?trrWh^lETCCCT-ACTCFBLlttfn熟選蓋?藩迪未｝魅勺輪機卷電機運行L珈Cr吉丫弋inChianti竜大利匕㈣就帥石朋TPSCFE鍋爐和黑沂輪機廷LBern竝！VKtbChenire;｛氣舄」UU-1.RJLMAM^UU鎬爐相翼汽輪機S?ifSilwarEeVuWWafH-t-Va^fi-fifujipe德國6OM*e固偉相碩樓混牛驗山魯奇阪L□CGT-CEFraneE^T.EL?干LM9年啟動】晰^eslfleld英國12C：nVfe污鮒煤K：LCCCT-GESE的忌用干摞氣運訐1■&贖Ztfltwdri■<■■-r-■?.F■.■-■—潟大利亞lOMVth生栩質/察物觀育關爐翼電化工1表3在運行和將運行的氣化發(fā)電廠自電廠投入運行以來，出現(xiàn)了兩類主要問題：與高度集成有關的運行問題和與在燃氣輪機中燃燒低熱值合成氣相關的燃氣輪機問題。目前，這兩個問題已經(jīng)解決，但要完全校正這兩個問題需要大量的時間。Buggenum電廠是世界最潔凈燃煤電廠之一（取決于怎樣正確計算數(shù)據(jù)），NOx和SOx的總排放量低于燃氣CCGT（圖4）。排放物g^GW-1SOx60XOk題粒物1宴隧愛表4Buggenum電廠污染物排放Polk電廠（美國）Polk電站座落于弗羅里達州，靠近坦帕州，由坦帕電力公司管理和經(jīng)營。該電站是一個由德士古全部熱回收型氣化爐和GE7F燃氣輪機組合在一起的250WMe（凈出力）的IGCC電站。該項目是美國能源部支持的潔凈煤技術示范項目。與Buggenum電廠相比，Polk電站的集成性較差：空分裝置由獨立的空氣壓縮機供給空氣，沒有來自燃氣輪機壓縮機的空氣。該電廠于1996年投入商業(yè)化運行。自此，總的來說，該電廠運行良好。出現(xiàn)的主要問題與熱交換器有關，這些熱交換器用于在脫除硫化合物前冷卻粗制合成氣和在進入燃氣輪機前加熱潔凈合成氣。一些細灰塵存積在這些熱交換器中，從而又導致不斷的腐蝕，其結果是從交換器的污穢側出來的含塵合成氣經(jīng)過潔凈側進入燃氣輪機。現(xiàn)在已經(jīng)不用這些交換器了，而是粗制合成氣冷卻和潔凈合成氣再熱分別進行。這些改進降低了電廠的熱效率，目前，凈熱效率低于40％。Puertollano電廠（西班牙）Puertollano電廠座落于西班牙中南部，是由Elcogas公司管理和經(jīng)營的300MWe的IGCC電廠，Elcogas公司是歐洲電力部門和供應商的聯(lián)合公司（圖12）。Puertollano電廠由Prenflo?氣化爐和西門子公司的V94.3的燃氣輪機組成。該電廠在設計上與Buggenum電廠很相似，象Buggenum電廠一樣，Puertollano電廠燃氣輪機和空分裝置完全集成化。燃料是石油焦和煤的混合物。圖12在建的PuertollanoIGCC電廠（經(jīng)ElcogasSA公司特許刊出）目前，該電廠正處于交付階段。和Buggenum電廠一樣，主要問題出現(xiàn)在與高度集成設計有關的運行上，還有一些燃氣輪機的燃燒問題。沃巴什河電廠（美國）沃巴什河電廠由PSI能源公司管理，座落于印第安那州西部。該電廠是262MWe的IGCC電廠，自1995年以來一直在運行。該IGCC之所以不尋常，有兩個原因：1?該裝置是為現(xiàn)有的50年代的老式蒸汽輪機進行改造增容;2?氣化系統(tǒng)由技術賣主（Destec/Dynegy）擁有和經(jīng)營，他們將合成氣賣給電力部門。該電廠由一臺Destec氣化爐和一臺GE7FA燃氣輪機組成。該電廠于1995年底開始投入運行。沒有出現(xiàn)過大的電廠和設備故障。已經(jīng)克服了的一些小問題，包括合成氣冷卻器的灰塵存積、燃氣輪機中部分燃燒內襯破裂以及用于脫除氣體中細灰塵的陶瓷過濾器故障（自被金屬部件代替以來）。石油氣化發(fā)電廠Pernis煉油廠（荷蘭）最近，殼牌公司在其鹿特丹附近的Pernis煉油廠安裝了氣化發(fā)電廠。該氣化發(fā)電廠具有三個主要作用：提供處理高硫油渣的簡易方法；為煉油廠提供H2以及發(fā)電。該氣化發(fā)電廠被稱為Per+,它的安裝是煉油廠擴建計劃的一部分，以便改進煉油廠使其滿足汽車燃料中硫含量的嚴格限制。該電廠由三套并行的氣化系統(tǒng)組成，每套系統(tǒng)有一個謝爾石油氣化爐。從兩套系統(tǒng)出來的氣體經(jīng)加工回收H2,H2用于煉油廠。來自第三套系統(tǒng)的氣體用作電廠燃氣輪機的燃料。第三套系統(tǒng)是備用系統(tǒng)，它可有效的保證，若有系統(tǒng)脫機，用于煉油廠的H2仍可保持總量生產(chǎn)。因此，125MWe的電力生產(chǎn)作為副產(chǎn)品。該電廠于1997年開始啟動，且沒有報道出現(xiàn)過重大故障。生物質氣化發(fā)電廠ARBRE公司（英國）ARBRE公司（可耕作的生物質再生能源有限公司）是約克郡水（YorkshireWater）公司、皇家（Royal）Schelde公司（荷蘭）和瑞典Termiska加工（Processer）公司的聯(lián)合企業(yè)。ARBRE公司正在Eggborough建設生物質IGCC電廠。該電廠將使用TPS氣化爐和Alstom燃氣輪機（AGT）及Typhoon燃氣輪機為基礎的CCGT技術，并將用周圍地區(qū)生長的短期輪作的柳樹叢作燃料。該電廠將在1999年投入運行。該項目是由歐洲委員會的Thermie計劃和英國NFFO（非化石燃料合約）支持的。該電廠的總出力將為10MWe，凈出力將為8MWe.廢物氣化和聯(lián)合氣化的氣化發(fā)電廠Lahti（芬蘭）Kymijrvi電廠座落于芬蘭南部的拉赫蒂（Lahti），是生物質氣化的部分改造增容項目。在該項目中，濕生物質在常壓循環(huán)流化床氣化爐中氣化，而且，生產(chǎn)的燃料部分代替現(xiàn)有燃煤鍋爐的煤燃料。該電廠的目的是利用廉價的生物質燃料。Kymij.rvi電廠作為燃油機組于1976年建成，，并于1982年改為燃煤。1997年，開始建設氣化爐，該氣化爐于1998年初開始投入運行。鍋爐的最大出力為360MWth，氣化爐生產(chǎn)合成氣的生產(chǎn)力為40—70MWth,即達能源總輸入的20％左右。包括當?shù)啬玖霞庸S的潮濕廢木料、干燥廢木料和再循環(huán)燃料（由紙、木料和塑料組成）在內的生物質在大氣壓和800—1000°C下被氣化。生產(chǎn)的合成氣直接從氣化爐經(jīng)過空氣預熱器到鍋爐,在位于煤燃燒器底部的兩個燃燒器中燃燒。燃燒器是特別為合成氣設計的,具有非常低的熱值—當生物質很潮濕時，熱值僅為2.2MJ/kg。燃料在氣化前不干燥。Westfield英國）美國所屬的法夫電力公司正在法夫建設英國煤氣公司W(wǎng)estfield開發(fā)中心。當?shù)噩F(xiàn)有的BGL氣化爐正在改裝以氣化煤和污泥的混合物。當電廠完全投入運行時，生產(chǎn)能力約為120MWe。在該處的第二個項目中，法夫電力公司計劃建設一個400MWe的機組，也使用BGL氣化爐，氣化煤和家庭垃圾。六、未來前景煤炭在今后10-15年，新建燃煤電廠的最重要的市場將在中國和東南亞。然而，在這些市場中占絕對優(yōu)勢的技術選擇將是常規(guī)粉煤燃燒鍋爐，因為進入這些市場的先決條件是基建成本低和可靠性強，以及盡可能利用當?shù)卦O備的需要。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）的最重要市場將是在北美（8-16GW）和中國（6-8GW），前者主要是因嚴格的排放限制的要求，后者則主要是極大量新能力的需要。IGCC在歐洲應用將受到分布廣的可利用的廉價天然氣的限制。總之，除非燃煤的IGCC的成本大幅度降低，可靠性明顯增強，否則其在世界新建燃煤電廠的比例將只能占不到10%。石油和石油焦在短期到中期內，與煉油廠工藝相結合的燃用石油和石油焦的IGCC廠有相當?shù)囊?guī)模。關鍵是煉油廠商需要尋找一些方法，以處理重油殘渣、石油焦及對生產(chǎn)其他產(chǎn)品提質所需要的H2。2020年歐盟（EU）的燃油IGCC的規(guī)模將增長到14GW（基于能獲得的重油殘渣的量）。然而實際上在歐盟的燃油-IGCC的能力將受到可獲得的天然氣的影響,這是一種H2的可替代來源。另一個主要的市場可能是印度:在那里，燃油IGCC的開發(fā)將依賴于能夠得到可靠的、有保證的電力購買合同（PPAs）。在短期到中期內，燃油IGCC電廠在數(shù)量上可能多于燃煤IGCC電廠。生物質由于對CO2排放的關注，生物質在歐盟和美國越來越成為一種重要的燃料。生物質氣化發(fā)電廠的發(fā)展，使之比生物質燃燒更具成本競爭力典型項目將是利用農業(yè)和森林廢料的熱電聯(lián)產(chǎn)計劃，例如，在斯堪的納維亞、中國、加拿大、印度和巴西的偏遠地區(qū)。廢物氣化是一種好的、費用高的處理廢物的方法，如對城市固體垃圾和下水道淤泥，二者均"純凈"并和煤進行聯(lián)合氣化。這種方法與廢物焚燒相比具有明顯的優(yōu)點，如只產(chǎn)生惰性固體殘渣并消除了產(chǎn)生有害二氧化物的可能性。與廢物焚燒相比，歐洲部分特別關注環(huán)境的國家將首先采用廢物氣化，例如，德國和瑞士。到2010年歐洲新建廢物處理廠