IGCC系统中气化炉特性研究.doc

IGCC系统中气化炉特性研究 第32卷第3期 2009年7月 煤炭转化 C0ALC0NVERS10N Vo1.32NO.3 Ju1.2009 IGCC系统中气化炉特性研究 邱朋华. 陈小利 摘要气化炉是IGCC系统中的关键部件之一,与其他部件紧密相关.基于整个IGCC系统 研究气化炉特性,首先利用Thermoflex软件对某200MW级IGCC示范工程建立系统模型,从系 统的角度出发,对不同气化参数(水煤浆浓度,气化压力,氧煤比和碳转化率)的IGCC系统进行计 算,并分析对气化结果的影响.结果表明,水煤浆浓度和氧煤比对气化结果的影响较大. 关键词IGCC,气化炉,气化参数,气化结果,气化特性 中图分类号TQ545,TM6l1.31 0引言 气化炉是IGCC系统中最关键部件之一,其气 化参数不仅影响气化结果本身,而且影响着整个 IGCC系统.所以在IGCC系统中建立气化炉模型并 对合成气成分预测是十分必要的.国内外学者对此 进行了大量研究,如Ni等[1建立新的气流床气化炉 的模型和程序,探讨了o/c和温度及压力对气化成 分及其冷煤气效率的影响;Watkinson等口利用简 单平衡模型来预测气化炉出口气体成分;Wen等口 建立了气流床气化炉数学模型,模拟分析气化成分 含量和碳转化率随炉高的变化及气化成分随氧煤比 和汽煤比的变化;李政等采用小室模型的方法 建立了一个预测Texaco煤气化炉性能的数学模 型;Zheng等[5利用Aspenplus软件对配置有 Shell,Texaco,BGL和KRW四种气化炉的IGCC 系统进行了比较分析,研究了气体成分及其气化炉 选择对整体特性的影响;张斌等_6]基于Aspenplus 软件建立了喷流床气化炉模型;蒋绍坚等L7建立了 一 种基于物料平衡,能量平衡和化学平衡分析的气 化数学模型,并利用该模型进行空气气化计算;周志 杰等[8]基于化学平衡建立了气流床干煤粉气化数学 模型,着重分析了氧煤比和汽煤比的影响;汪洋等_g] 利用Aspenplus软件,运用Gibbs自由能最小化方 法建立了气流床气化炉模型,研究了气化炉主要操 作参数对气化结果的影响;侯祥松等[1叩分析了 Texaco气化技术的特点,建立了基于多个化学反应 平衡常数法的气化模型;沈玲玲等口采用Aspen plus流程模拟软件对某拟建的IGCC示范工程的德 士古气化炉进行数值模拟,并研究了煤气化炉重要 的操作参数对气化结果的影响. 为了在IGCC系统中研究气化炉特性,首先建 立带有水煤浆气化的整个200Mw级IGCC系统模 型,从系统角度出发,对不同气化参数的IGCC系统 分别进行计算,通过计算分析对气化结果的影响. 1IGCC系统模型的建立 本IGCC系统采用煤制备成煤浆作为燃料,同 空分系统产生的高纯度氧气,经气化炉将其转化为 高温高压粗合成气,经除尘和脱硫等净化工艺,使之 成为洁净的合成气供给燃气轮机燃烧做功,燃气轮 机排出的高温烟气经过余热锅炉加热给水产生过热 蒸汽,带动蒸汽轮机发电,从而实现煤气化联合发电 过程.空分系统采用部分整体空分,燃机抽气回送到 空分系统,以解决燃机通流问题.气化炉出口粗合成 气具有较高温度,采用辐射废锅和对流废锅流程回 收合成气热量,生成高温高压的饱和蒸汽回送到余 热锅炉中.净化系统主要包括除尘,脱硫和COS的 脱除等环节,为了达到净化的最佳效果,并有效利用 余热,净化系统与三压再热式余热锅炉之间存在汽 *国家重点基础研究发展计划(973)项目(2004CB217600)和国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05Z335). 1)硕士生;2)教授,博士生导师;3)副教授,硕士生导师;4)教授;5)高级工程师;6)工程师,哈尔滨工业大学燃烧工程研究所,150001哈 尔滨 收稿日期:2O09一O4—07;修回日期:2009—05—09 阳 王 中雷 振 李陈 华亮 少克 吴庞 颖 王 24煤炭转化 水交换,且在净化不同环节中布置有换热器,有效利 用能量,以提高系统的效率.建立的IGCC系统模型 见图1. 图1IGCC系统模型 Fig.1ModelofIGCCsystem 2结果与讨论 在IGCC系统中气化炉主要气化参数为水煤浆 浓度,气化压力,氧煤比和碳转化率,它们的改变对 气化结果有很大的影响,进而影响到气化炉的性能 以至影响到整个系统. 2.1水煤浆浓度的影响 水煤浆浓度是指固体煤的质量浓度,它直接影响 到水煤浆的着火性能和热值.在气化温度1310℃, 气化压力3.6MPa,碳转化率98的条件下,水煤 浆浓度变化的结果见表1. 表1水煤浆浓度对气化结果的影响 Table1Effectofcoal—waterslurryconcentration ongasificationres