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我国IGCC发电技术的研究开发工作经历了约二十年,一些单项技术如气化炉、空分设备、煤气脱硫、余热锅炉等有一定的技术基础。“八五”期间与美国德士古(Texaco)公司等合作,完成了水煤浆加压气化200MW和400MW等级的IGCC预可行性研究。国外发展情况。目前IGCC发电技术正处于第二代技术的成熟阶段,燃气轮机初温达到1288℃,单机容量可望超过400MW。世界在建、拟建的IGCC电站24座,总容量8400MW,最大单机300MW。荷兰的BAGGENUM电站(单机253MW)已于1994年投入运行,美国IGCC示范工程取得重大进展,WabashRiver电厂煤气化电厂改造项目,系统供电能力262MW,设计供电效率38%,脱硫效率>98%。项目于1998年11月完成商业化示范运行。美国WABASHRIVER电站(单机265MW)及TAMPA电站(单机260MW)、西班牙的PUERTOLLANO电站(单机300MW),已于1997年前相继投入试验或试生产。
(2)循环流化床燃烧(CFBC)技术。
循环流化床燃烧(CFBC)技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下,即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。
循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺,以石灰石为脱硫吸收剂,燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入,一次风从布风板下部送入,二次风从燃烧室中部送入。石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床,燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。为了提高吸收剂的利用率,将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用。钙硫比达到2~2.5左右时,脱硫率可达90%以上。
流化床燃烧方式的特点是:①清洁燃烧,脱硫率可达80%~95%,NOx排放可减少50%;②燃料适应性强,特别适合中、低硫煤;③燃烧效率高,可达95%~99%;④负荷适应性好。负荷调节范围30%~100%。
循环流化床(CFBC)锅炉煤种适应性广,是当前世界上煤炭洁净燃烧的首选炉型,具有氮氧化物排放低、燃料适应性广、燃烧效率高、脱硫率可达到98%、排出灰渣易于综合利用、负荷调节范围大等突出的高效低污染优点,是重要的洁净燃烧技术。我国的CFBC技术开发工作始于八十年代中期,由中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学和哈尔滨工业大学等单位组织开发研制的循环流化床锅炉分别于九十年代相继投入运行,最大容量达到了75t/h。主要技术类型有:百叶窗式、热旋风筒式、平面流分离器式等。目前国内已具备设计、制造75t/h及以下的小型CFBC锅炉的能力,但在工艺及辅机配套、连续运行时间、负荷、磨损、漏烟、脱硫等技术方面还有待完善。已投入运行的CFBC锅炉大部分未实施石灰石脱硫,燃烧室运行温度大多高于900℃。国家经贸委组织的75t/h循环流化床锅炉完善化示范工程,先后完成两种完善化炉型的设计、制造、安装和试验,于1996年初陆续投入运行。
四川内江电厂引进了芬兰奥斯龙公司100MW循环流化床锅炉已于1996年6月投产。50MW(220t/h)循环流化床锅炉纳入“八五”科技攻关,完成了设计和制造,1996年开始安装调试,目前项目工作尚未结束。国内已基本具备设计、制造50MWCFBC锅炉的能力。
1997年,通过鉴定或工程验收的有:清华大学、四川锅炉厂承担的四川湔江水泥厂75t/h循环流化床锅炉完善化工程;中科院工程热物理所分别与杭州锅炉厂、济南锅炉厂、无锡锅炉厂联合承担的75t/h循环流化床锅炉完善化或研究制造。在循环流化床燃烧技术大型化方面取得突破的“甘肃窑街煤电公司130吨/小时循环流化床锅炉示范项目”,目前已顺利通过验收。
清华大学开发的循环流化床等洁净煤技术能有效地解决燃煤造成的环境污染问题。循环流化床锅炉具有在800~900℃条件下稳定运行,能烧劣质煤并能高效脱硫三大优点。燃煤电厂采用这种设备,既能节约优质煤,又能减少二氧化硫和氮氧化物排放,还能降低发电成本,具有良好的环保效益和经济效益,非常适合我国国情。
清华大学实验室开发的130吨/小时循环流化床锅炉2001年初在秦皇岛北山发电厂成功应用;220吨/小时循环流化床锅炉已在山东威海热电厂进行建设并已投入运营;425吨/小时循环流化床锅炉的研发也被列入了科技部“十五”攻关计划。我国在循环流化床锅炉科技开发方面已取得了良好的成果,但是,由于缺乏资金,国产流化床锅炉的进一步开发困难重重。
国外:CFBC技术在发达国家得到大力开发,技术成熟,正向大型化发展。目前单机容量最大的CFBC锅炉(250MW,蒸发量700吨/时)电站已在法国投入运行,锅炉效率90.5%,脱硫率93%,Nox排放低于250mg/Nm3按技术特点分为以下几个技术流派:以Lurgi公司为代表的带有外置换热床采用热旋风分离器的循环床;以德国B&W公司为代表的塔式布置中温旋风分离循环床技术;美国福斯特惠勒公司发展的汽冷旋风筒分离器带有INTREX副床的循环床技术等。锅炉容量等级有50t/h、100t/h、400t/h,最大单机容量CFBC锅炉(250MW,蒸发量900t/h)电站已在法国投入运行,ABB-CE也在设计1500t/h的CFBC锅炉。目前全世界12MW以上的CFBC锅炉运行约300台,其中40%在美国,40%在欧洲,20%在亚洲。最长运行时间达到9万小时,最长连续运行时数为13个月,负荷率一般可达90%以上。
(3)增压流化床燃气-蒸汽联合循环发电(PFBC-CC)。
我国到“八五”末期,由东南大学等单位研究开发的PFBC-CC示范试验装置(15MW)在徐州贾旺电厂建设之中,容量是国外最大容量的1/25。大型商业化PFBC机组的高温烟气净化技术及设备、大功率高初温燃气轮机技术、控制技术等还处于实验室研究开发阶段。
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