東北電力技術(shù)42NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY2014年第4期基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數(shù)對氣化性能的影響陳曉利，高繼錄”，樊偉’，王巖*(1.國家電站燃燒工程技術(shù)研究中心，遼寧沈陽110034;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧沈陽10006;3.華能營口熱電有限責(zé)任公司，遼寧營口115000; 4.遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧撫順113007)摘要:利用Thermoflex建立基于兩段式水煤漿氣化的氣化島流程模型，對影響兩段式水煤漿氣化性能的氣化參數(shù)進(jìn)行分析，研究二段給煤比對氣化性能的影響。結(jié)果表明，隨著二段給煤比的增加，合成氣的有效氣含量降低，而冷煤氣效率先升后降。二段給煤比存在最佳值，綜合考慮氣化溫度和冷煤氣效率，最佳二二段給煤比為0. 1 ~0.15。關(guān)鍵詞:兩段式;水煤漿氣化;氣化參數(shù);二段給煤比;氣化性能[中圖分類號] TQ546 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1004-7913 (2014) 04 -0042 -04Effects of Gasification Parameters on Performance ofGasification Based on Two-stage Coal-slurry GasificationCHEN Xiao-lil， GAO Ji-lu2, FAN Wei', WANG Yan4(1. National Power Plant Combustion Research Center, Shenyang, Liaoning 110034，China;2. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd. ，Shenyang, Liaoning 10006，China;3. Huaneng Yingkou Thermal Power Co.，Ltd. ，Yingkou, Liaoning 115000， China;4. Liaoning Dongfang Power Plant Co.，Ltd. ，F(xiàn)ushun, Liaoning 113007，China)Abstract: Gasificatio island based on two-stage coal-slurry gasification is established using software “ThrmoFlex". Gasification pa-rameter that effects gasification performance of two-stage coal-slurry gasification are analyzed, and effect of two-stage coal ratio on gasi-fication performance is studied. The results show that as two-stage coal ratio inereases, efective gas content decreases, and cold gasefficiency firstly inereases and then decreases. There is an optimal value of two-stage coal ratio. Considering gaqsification temperatureand cold gas eficiencey, the oplimal two-stage coal raio is0.1 ~0.15.Key words: Two-stage; Coal-slury gasification; Gasifcation parameter; Two-stage coal ratio; Gasification performanceIGCC發(fā)電技術(shù)是煤氣化技術(shù)與聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動力系統(tǒng)技術(shù)，其系統(tǒng)流程如圖1所示。除塵和脫破可見，ICCC 技術(shù)由空分技術(shù)、氣化技術(shù)、凈化技術(shù)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)組成，具有效率高、環(huán)保性空分燃?xì)廨啓C(jī)|發(fā)電機(jī)能好、耗水量少、煤種適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，為未來實(shí)排氣-__樓機(jī)___現(xiàn)CO2零排放提供可能，是實(shí)現(xiàn)潔凈煤發(fā)電的重蒸汽輪機(jī)t一余熱鋼爐要途徑，代表了未來電力技術(shù)的發(fā)展方向[1-3]。IGCC系統(tǒng)主要由氣化島、燃機(jī)島和常規(guī)島組成，常規(guī)島| 發(fā)電機(jī)與燃機(jī)島和常規(guī)島相比，氣化島系統(tǒng)最為復(fù)雜，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)最多，其中最主要的是氣化技術(shù),圖1典型的ICCC系統(tǒng)流程因不同氣化技術(shù)氣化性能不同，其好壞直接影響漿氣化的氣化參數(shù)對氣化性能的影響。IGCC系統(tǒng)性能，因此，選擇適合的氣化技術(shù)是1影響氣化性能的參 數(shù)分析IGCC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而研究氣化島系統(tǒng)變工況特性是研究IGCC系統(tǒng)變工況特性的基礎(chǔ)|4-6]。本不同的氣化參數(shù)直接影響氣化爐的氣化性能，文從氣化島系統(tǒng)的角度出發(fā)研究了基于兩段式水煤而氣化爐的性能又決定著氣化島系統(tǒng)性能，因此合2014年第4期陳曉利，等:基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數(shù)對氣化性能的影響43理選擇氣化參數(shù)有利于提高氣化爐的氣化性能。不M。為水煤漿的總供入量，kg/h。同的氣化技術(shù)影響參數(shù)不同，在煤種選定的條件2基于兩段式水煤漿氣化的氣化島模型下，影響水煤漿氣化性能的參數(shù)有氣化溫度、氣化壓力、水煤漿濃度、氧煤比和二段給煤比等，但由兩段式水煤漿氣化技術(shù)在一段式水煤漿 氣化技術(shù)于氣化溫度受水煤漿濃度、氧煤比等參數(shù)的影響，的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。兩段式水煤漿氣化技術(shù)的氣化原同時(shí)還受煤灰熔點(diǎn)的制約，而氣化壓力主要取決于理:將一定量的水煤漿和氧氣通過噴嘴送去-段反應(yīng)產(chǎn)品合成氣的用途，因此影響水煤漿氣化性能的獨(dú)區(qū);在一段反應(yīng)區(qū)內(nèi)水煤漿和氧氣發(fā)生氣化反應(yīng)，生立參數(shù)有氧煤比和水煤漿濃度。對于兩段式氣化技成的高溫合成氣進(jìn)入一段反應(yīng)區(qū)上方的二段反應(yīng)區(qū);術(shù)，獨(dú)立參數(shù)還包括二段給煤比。由于水煤漿濃度在二段反應(yīng)區(qū)內(nèi)通過噴嘴將剩下的水煤漿送人，利用和氧煤比對一段式 和兩段式水煤漿氣化的氣化性能- -段反應(yīng)區(qū)生成的高溫合成氣的熱量使煤中揮發(fā)分析的影響基本相同，且已有不少關(guān)于這2個(gè)參數(shù)的研出并發(fā)生一部分氣化反應(yīng)，提高合成氣的低位發(fā)熱究，因此，本文重點(diǎn)研究了二段給煤比對兩段式水量，進(jìn)而提高冷煤氣效率，同時(shí)達(dá)到降低合成氣出口煤漿氣化性能的影響。溫度的目的。因此，與一段水煤漿氣化技術(shù)相比，兩1.1 水煤漿濃度段式水煤漿氣化技術(shù)的冷煤氣效率高。水煤漿濃度是水煤漿氣化技術(shù)特有的技術(shù)指基于兩段式水煤漿氣化的氣化島模型見圖2。標(biāo)，直接影響水煤漿的著火性能和熱值，是非常重空氣系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)的模型與-段式水煤漿 氣化的要的工藝參數(shù)。研究水煤漿濃度對氣化性能的影響氣化島模型相同。氣化單元采用Thermoflex軟件的十分必要，可為水煤漿濃度的選擇提供技術(shù)基礎(chǔ)。Gasffication庫中Gasifier Type3 - Two stage slurry模1.2 氧煤比型。模型的計(jì)算原理與Gasifier Typel - One stage在煤氣化過程中，氧碳摩爾比(簡稱0/C)slurry模型相似。區(qū)別為Gasifer Type3 - Two stage對煤氣化性能有很大影響。0/C為供人氣化爐的slurry模型需要輸人二段給煤比。氧氣和煤中的氧摩爾數(shù)之和與供人氣化爐的煤中的氣化單元的氣化流程: -部分水煤漿和99%碳摩爾數(shù)的比值，為無量綱量，數(shù)值與氧煤比接的純氧-起噴入氣化爐的第一段反 應(yīng)區(qū)發(fā)生氣化反近。因此，在工程中也常被稱為氧煤比。應(yīng)，并使灰熔化成液態(tài)渣，通過氣化爐的底部排渣o/c='Mo2 +M(1)口進(jìn)入到激冷室，形成玻璃狀惰性渣;在第一段反M應(yīng)區(qū)內(nèi)生成的粗合成氣向上流動，進(jìn)入到氣化爐的式中: M°, 為供人氣化爐的氧氣中的氧摩爾數(shù)，第二段，這是一個(gè)有耐火磚襯里的垂直管段;在第mol; Mo為供入氣化爐的煤中的氧摩爾數(shù)，mol;二段反應(yīng)區(qū)人口處再噴人另一部分水煤漿，利用第Mia為供人氣化爐的煤中的碳摩爾數(shù)，mol。- -段合成氣的顯熱氣化二段進(jìn)人的水煤漿。由于在氧煤比直接影響著氣化溫度，同時(shí)也是標(biāo)定耗第二段反應(yīng)區(qū)內(nèi)水分的蒸發(fā)和吸熱的化學(xué)反應(yīng)，使氧量的方法之- -?？刂蒲趺罕葹榭刂乒┤藲饣癄t的粗合成氣溫度降到1 000 C左右，因此省去了昂貴氧元素與碳元素的摩爾比，使得氣化生成的合成氣的輻射廢鍋。中有效氣(CO+H2)含量提高，以達(dá)到降低投3二段給煤比對兩段式水煤漿氣化性能的資、提高收益的目的”。影響1.3 二段給煤比由兩段式氣化技術(shù)的原理可知，二段反應(yīng)區(qū)內(nèi)兩段式與一段式水煤漿氣化的區(qū)別在于氣化爐的給煤量(二段給煤比)是影響其氣化性能的重的反應(yīng)區(qū)分為兩段。在- -段反應(yīng)區(qū)內(nèi)，-部分水煤要參數(shù)之- -。因此，與一段式氣化技術(shù)相比，在研漿與空分來的氧氣發(fā)生氣化反應(yīng)生成高溫合成氣，究氣化參數(shù)對兩段式氣化性能的影響時(shí)，還應(yīng)研究向上進(jìn)入到二段反應(yīng)區(qū);在二段反應(yīng)區(qū)內(nèi)，噴入剩二段給煤比對氣化性能參數(shù)。余部分的水煤漿，利用第一-段來的高溫合成氣使得兩段式水煤漿氣化的二段給煤比水煤漿發(fā)生煤裂解、揮發(fā)分的析出和氣化反應(yīng)，以M.提高合成氣熱值，降低合成氣溫度，有效利用合成R。=(2)M。氣中的熱量，使氣化爐出口的合成氣溫度降低，顯式中: M.為二段反應(yīng)區(qū)供入的水煤漿量, kg/h;熱損失較小，達(dá)到提高冷煤氣效率的目的。44東北電力技術(shù)2014年第4期空分系統(tǒng)氣化系統(tǒng)凈化系統(tǒng)，制漿裝置，純氧送入HRSG的高壓過熱器米白高壓省煤器給水-I燃機(jī)抽氣洗滌塔燃?xì)饫鋮s器相燃?xì)膺^熱器空氣db排渣對流廢鍋來自燃機(jī)島的燃料濕飽和器空分裝置兩段式水煤漿氣化爐脫硫裝置圖凈合成氣，COs水解器燃?xì)饫鋮s器圖2基 于兩段式水煤漿氣化建立的氣化島模型圖3為0/C為0.83時(shí)二段給煤比對一段氣化給煤比>0.25時(shí)，冷煤氣效率<70%，表明存在溫度和二段氣化溫度的影響?？梢?，隨二段給煤比一個(gè)最佳的二段給煤比。當(dāng)二段給煤比大于最佳值的增加，一段和二段氣化溫度均呈降低趨勢，且二時(shí)，不利于發(fā)揮兩段式氣化工藝的優(yōu)勢，導(dǎo)致冷煤段氣化溫度的降低幅度明顯高于一段氣化溫度。這氣效率快速降低。是由于在兩段式水煤漿氣化爐中，只有- .段反應(yīng)區(qū)圖4為當(dāng)0/C為0.83時(shí)二段給煤比對氣化爐加入氧氣，在二段反應(yīng)區(qū)中只加入了水煤漿，因出口合成氣成含量的影響?？梢?，隨著二段給煤比此，在保持-段氧煤比不變的條件下，增大二段給的增加，氣化爐出口合成氣中CO含量降低; H2煤比，使得一段反應(yīng)區(qū)的給煤量降低，進(jìn)入到氣化含量增大，但增大幅度很小; CO2 和CH含量均爐內(nèi)的氧量降低，最終氣化爐內(nèi)一段反應(yīng)區(qū)的溫度增加; H20含量先減小后緩慢增加。這是因?yàn)?，快速降低。由氣化原理可知，二段反?yīng)區(qū)是利用一--方面增加二段給煤比會導(dǎo)致氣化溫度降低，而氣段反應(yīng)區(qū)生成的高溫合成氣的熱量發(fā)生的反應(yīng)。另化溫度的降低使得C與CO2和C與H20的還原反外，增大二段給煤比使得進(jìn)人到二段反應(yīng)區(qū)的水量應(yīng)速度降低，不利于CO生成;另-方面，在二段增大，加快了二段氣化溫度的降低。反應(yīng)區(qū)主要發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)，及煤脫揮發(fā)分生成焦的反應(yīng)。受到這兩方面影響，20000/C-0.83] 84CO含量隨著二段給煤比的增加而降低，CO2 卻相-81 800--段氣化溫度應(yīng)增加，而H20含量呈先減小后緩慢增加的趨勢。一二段氣化溫度1600-0-冷煤氣效率由于氣化溫度繼續(xù)降低(1 000 C左右)時(shí)，C和H20之間的反應(yīng)活性要優(yōu)于C和CO2之間的反應(yīng)河1400-」6◆C0--C0,_CH,t60/C=0. 8310008000.000.050.100.150.200.250.30段給煤比R。圖3氣化溫度 和冷煤氣效幸隨二段給煤比的變化關(guān)系由圖3可知，隨著二段給煤比的增加，冷煤氣效率先增后降，當(dāng)二段給煤比增大到0.1時(shí)，冷煤氣效率達(dá)到最大值79. 42%;而當(dāng)二段給煤比為0. 15時(shí)，冷煤氣效率為74. 94%。說明兩段式水煤二段給煤比R。漿氣化工藝具有提高冷煤氣效率的潛力。而當(dāng)二段圖4二段給煤比對合成氣氣體組分 含量的影響2014年第4期陳曉利，等:基于兩段式水煤漿氣化的氣化參數(shù)對氣化性能的影響15(反應(yīng)速率要快些),使得H2受氣化溫度降低的影先增后降。響比CO要小。因此，H2 含量稍微增加，且增大c.二段給煤比存 在著最佳值，綜合考慮到氣的幅度很小。化溫度和冷煤氣效率，在本文的計(jì)算條件下，最佳在二段反應(yīng)區(qū)內(nèi)主要發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)和甲二段給煤比為0.1 ~0. 15。烷化反應(yīng)，及煤脫揮發(fā)分生成焦的反應(yīng)。因此，增參考文獻(xiàn):大二段給煤比，使得煤熱解部分增加，進(jìn)而使得CH,的生成量增加，氣化溫度降低，降低了CH [1] 許世森 ICCC 與未來煤電[J].中國電力2005, 38的分解率，因此合成氣中CH4的含量增加。(2): 13-17. .隨著二段給煤比的增加，合成氣的有效氣含量2] 段立強(qiáng)，徐鋼,林汝謀，等. ICCC系統(tǒng)熱力與環(huán)境性能結(jié)合的評價(jià)準(zhǔn)則[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004, 24降低，當(dāng)二段給煤比從0增大到0.3時(shí)，有效氣含(12): 263 -267.量從65.63%降低到60.5%。因此，受到有效氣含[3]李巖，武慶源，王鵬.汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)改變對機(jī)組經(jīng)量的降低和CH,的含量增加的相關(guān)作用，冷煤氣濟(jì)性的影響[J].東北電力技術(shù)，2010, 31 (7): 4-8.效率隨著二段給煤比的增加先增后降。因此，二段4] 薛永鋒，楊尚文.國產(chǎn)600 MW超臨界機(jī)組滑壓運(yùn)行方式試驗(yàn)研究[J]. 東北電力技術(shù)，2010, 31 (10): 11-14.給煤比存在著最佳值，綜合考慮到氣化溫度和冷煤5] 趙偉光，張景彪，張偉. N1000-25/600/600型汽輪機(jī)組氣效率，在本文的計(jì)算條件下，最佳二段給煤比為能耗診斷分析[J].東北電力技術(shù)，2011, 32 (4): 10.1 ~0. 15。[6] 鄧世敏，危師讓，林萬超，ICCC系統(tǒng)專用單元模型研究4結(jié)論[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001, 21 (3); 34-36.a隨著二段給煤比的增加，合成氣的有效氣[7] 崔意華、壓力、煤漿濃度、氧煤比對水煤漿氣化的影響[J].化肥設(shè)計(jì)，2010, 48 (5); 23 -26.含量降低，而合成氣中CH,的含量增加，當(dāng)二段作者簡介:給煤比從0增大到0.3時(shí)，有效氣含量從65. 65%陳曉利(1982-)，女，博士,工程師，主要從事煤氣化、降低到60. 5%。IGCC及多聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)廨啓C(jī)等技術(shù)研究工作。b. 受到有效氣含量的降低和CH,的含量增加的相關(guān)作用，冷煤氣效率隨著二段給煤比的增加(收稿日期2014-01-15)出版物上日期、時(shí)間、時(shí)刻的表示1全數(shù)字式日期表示法但仍可按習(xí)慣使用。①一個(gè)全數(shù)字式日期由時(shí)間元素“年、月、日”組成。3 日期與時(shí)間的組合表示②一個(gè)全數(shù)字8期應(yīng)按如下順序表示:即年、月、日。當(dāng)8期與時(shí)間的表示組合時(shí)，其時(shí)間元素應(yīng)按如下順③全數(shù)字日期只允許用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，即“0，1,序排列:年、月、日、時(shí)、分、秒。2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9”。如果需要，也可使用分隔符。例如:當(dāng)陽歷日期1981年8月25日與時(shí)間14時(shí)12分④時(shí)間元素的表示:年用4位數(shù)表示;月用2位數(shù)表36秒組合時(shí)，可表示為“19810825141236”( 在數(shù)據(jù)處理示;日用2位數(shù)表示。系統(tǒng)之間交換時(shí)用);或“1981 -08-25-14: 12: 36"⑤1981年8月24日可表示為如下形式之一-:(便于人們理解)。19810824 (不用分隔符); 1981 -08 -24 (用連字符分4 a (年)、d (天)、h (小時(shí))在敘述文中的用法隔); 1981 08 24 (用間隔字符分裂隔)。①電臺每天播放18 h。2時(shí)間、時(shí)刻的表示②每隔1~2a,舉辦1次國際學(xué)術(shù)討論會。①表示時(shí)間。例如:“今天植樹共用了1 h 30 min 30 s。③3 d后，我們?nèi)ケ本＂诒硎緯r(shí)刻。例如:“1959 年10月23日10時(shí)53分10.需要說明的是，以上用法只是作為一-種可以表述的方秒?！薄懊魈焐衔? h 30 min”法提出來，目前并不著意強(qiáng)調(diào)其使用。③“星期(周)、月、年”不是時(shí)間的法定計(jì)量單位，摘自《量和單位的使用原則及方法》