工艺 BGL煤气化.doc

英国煤气化公司/德国鲁奇公司气化工艺将煤转化为洁净能源 概述 90年代初，英国煤气公司大致完成了2亿英镑的煤炭气化研究、开发和示范项目。该项目于1975年开始，与德国鲁奇能源与环境Lurgi Energie und Umwelt GmbH公司合作进行。该项目是围绕英国煤气公司和德国鲁奇公司BGL气化炉展开的。该 BGL气化炉是长期以来技术已成熟的鲁奇干灰式气化炉的排渣式改型。 1990年，在英国贸工部DTI的支持下，对BGL气化炉在发电方面的性能进行了示范。利用气化炉中制得的经过净化的燃气在罗尔斯罗依斯 Rolls Royce 公司的奥林帕斯 Olympus燃气轮机中燃烧，并发电。示范证明了，这项技术是燃煤发电的一个有效方法。此外，示范项目产生的数据，为气化炉用于整体煤气化联合循环IGCC电厂或合成气生产的商业性运行提供了保障。 由DTI委托的一项总结性研究表明， BGL整体煤气化联合循环确是高效、经济的发电工艺。该研究还表明，该工艺比常规燃煤电站的环境效益更好。 目前，英国煤气公司和德国鲁奇公司已给苏格兰和德国的项目发放了许可证，使这项技术走向商业化。苏格兰和德国的这两个项目是通过废物气化进行发电。 带来的效益 生产能力强BGL气化炉已运行了15，000多小时，气化了177，000多吨英国和美国煤炭、生产的电力并入英国国家电网。 环境影晌佳BGL气化工艺气化高硫煤时，脱硫效率为99.5％。 效率高作为IGCC电厂的组成部分，BGL气化炉至少提供44％低热值LHV的净循环效率配有现代燃气轮机，效率将达到50％LHV。 应用灵活BGL气化炉除用于发电，也可用于化工合成。 市场机会 BGL气化技术很适用于发电和化工合成。其应用市场遍及全球发达国家和发展中国家。该技术尤其适用于对现有电厂燃气轮机的改造；当然，在燃用劣质煤以及燃用废物和生物质的情况下，亦应考虑应用这一技术。 英国贸工部的支持 BGL气化技术的开发和示范的总费用为2亿英镑、其中贸工部资助800万英镑。贸工部的支持最终促成了BGL气化炉的结合与应用，并且促进了该技术的商业化。 参与这项技术开发的其他机构还有英国煤炭公司、国家电力公司和Power Gen公司。 背景 示范规模的气化炉（经英国煤气公司特许刊出） 从短期来看，燃煤电厂在发达国家的发展潜力是有限的。燃气联合循环燃气轮机CCGT则在基建投资和运行成本方面均优于燃煤电厂。应用CCGT也可达到高效率和良好环境效益的目的。 从长远观点并就全球范围内来看，因煤炭储量远大于石油和天然气的总储量，所以燃煤可能会成为受到青睬的选择方案。随着石油和天然气资源越来越接近枯竭，煤炭将越来越具有竞争力。同时，在能源供应保障至关重要或煤炭价格相对低廉的地区，燃煤将仍是优选方案。 即使这样，使煤炭在与天然气竞争中居有利地位的新技术正在不断地被开发。这些技术多以气化为主。气化技术为燃气CCGT不仅提供了经济可行的选择方案，而且在若干应用场合也提供了环境效益良好的高效技术。 在某些应用领域，低热值燃料或废物的气化已成为一种具有吸引力的选择方案。在炼油工业中，气化是一种提高诸如重烃类残渣和石油焦价值的方法。 BGL气化工艺 BGL气化炉示意图 在BGL气化炉中，块煤最大粒度50mm通过煤料床顶部的闸斗仓进入加压的气化炉。结渣剂石灰石和煤一起添加。当煤逆着向上的气流在气化炉中由上向下移动时，被干燥、脱除挥发分、气化、最终燃烧。在气化炉的基底，喷嘴将水蒸汽和氧的混合物喷入燃烧区，在这里氧和余下的焦反应释放出温度高于2000℃的高热。这样的高温足以使灰熔化，并提供热以支持气化反应。 液态灰渣先排到炉底收集池里,然后再自动排入水冷装置。灰渣在水冷装置形成一种无味的、不可渗滤的熔渣状玻璃质固体。所有炉灰都以这种方式排出。 初始产品气的主要成分是一氧化碳CO，氢（H2）、甲烷CH4、二氧化碳CO2、水蒸汽、焦油、油类和轻烃类气体见表1。净化后，这种煤气组分适于在燃气轮机中燃烧或用于化工合成。 成分 组分 H2 CO CH4 CO2 其它碳氧化合物 不可燃物质 30.8 57.2 6.2 4.9 0.4 0.5 表1 典型BGL洁净（干）煤气组分 从事的开发工作 70年代中期，英国煤气公司和德国鲁奇公司为生产代用天然气SNG着手开发排渣型移动床气化炉。以鲁奇公司于灰气化炉为基础的设计方案优于原始设计方案，具体表现在 煤气的转换率高； 比干灰气化炉的产气量大； 炉灰由不可渗滤性的玻璃质固体所取代。 19751981年间，用一个直径1．8m的气化炉对10万t英国和美国各种煤炭和焦炭进行气化。1981年后，一个直径2．3m的气化炉投入运行长达5，000小时，示范了处理粉煤的三种方法，即，加工成型煤经闸斗仓投入，干煤粉经喷嘴喷入，或以水煤浆形式通过喷嘴喷入。 1990年，应用上述气化工艺发电进行了连续2个月的试验。该试验是为满足电力企业提出的按发电负载变化运行的严格要求而设计的。试验期间，使用了一台27MWe的罗尔斯罗依斯公司的奥林帕斯燃气轮机燃烧气化炉产出的煤气进行发电，并将电力并入英国国家电网。该试验表明。BGL气化炉可轻松满足电力企业根据电力需求变化灵活调整设备运行的要求。 在贸工部参与之前，此项开发工作得到厂国际上许多机构的帮助，如美国电力研究所 EPRI，欧盟委员会和燃气研究院。 BGL气化炉IGCC流程图 BGL特点 与其他以氧气为主的气化系统相比， BGL气化炉耗氧量较低，从而使总效率明显提高； 煤料床顶部的气体温度一般为-450℃、因而不需要昂贵的热回收设备； 气体出口处凝结的焦油和油类副产品可保护炉壁金属表面使之不受腐蚀，这样，炉壁使用低成本的碳钢就足够了； 灰渣是质地紧密的固体物质，封存了微量元素。灰渣无害并具非浸溶性，适于作建筑材料； 气化过程中无飞灰产生；原始产品气的 CO2含量低；能够满足改变负荷的要求； 气化炉可快速开机和关机； 水蒸汽／氧气喷射系统利用的是与鼓风炉里相似的喷嘴可使焦油和油类副产品气化； 喷嘴也可用来把其他废物喷入气化炉中进行焚烧； 在气化炉底部的高温区，炉壁被一层固体灰渣所保护； 煤中90％以上的能量被转化成可利用的燃料； 原煤可被气化，粉煤可另加工成型煤投入或从喷嘴喷入； BGL设备不必由专门生产商提供部件一可确保当地供应部件； 可利用成熟的气体处理技术予以脱除原始产品气中的硫； 净化后的产品气可直接用作燃料气，其热值约为13MJ／m3，或用作各种化工工艺所需的原料气； BGL工艺不排放废水； 气体出口温度低、无需产生高压水蒸汽，提高了工艺效率，并可灵活选择气化炉场地。 用途 发电 BGL气化技术示范之后、福斯特惠勒 Foster Wheeler能源公司进行了一项可行性研究。该项可行性研究的结论是，在IGCC工艺系统中运行的 BGL气化炉可实现高效、经济的发电见表2。 BGL工艺很适于为 IGCC工艺系统中的燃气轮机生产燃料气，其总效率主要取决于燃气轮机的效率。在当今最现代化的联合循环发电厂中燃烧燃料气可实现高于44％LHV的煤电转换率，将来则可能至少达到50％LHV的煤电转换率。BGL气化炉的煤燃料气的高转换率将大大有助于未来燃气轮机技术的发展。 气化 100 煤消耗量 （t/h） 2 气化炉压力bar 30 氧气纯度 （） 85 电厂 燃气轮机入口温度 （℃） 1260 水蒸汽温度 （℃） 540 水蒸汽压力（bar） 100 效率 净电力输出 MWe 304.4 效率 LHV, 44.3 污染物排放 SOxmg/MJ 2 NOxppmv,干燥，15O2 49 粉尘 mg/MJ 7 经济情况1991年价格 基建成本（百万英镑） 266 单位基建成本（英镑/kW） 872 发电成本便士/kWh,8IRR 3.16 化工合成和代用天然气 SNG 主要从天然气生产出来的合成气在全球范围内广泛用于多种化学生产过程。 BGL气化炉可高度灵活地为化工生产提供高纯度的合成气。 在现有设备当中，BGL工艺具有独一无二的高效生产SNG的优势。英国煤气公司也开发了一种生产 SNG的特制高压气化炉。 废物气化 以填埋和填海处理废物的方式受到来自环境部门越来越大的压力。气化可使废物中的热值转换为洁净的产品气。排渣系统确保废物中包括重金属在内的矿物质熔入惰性灰渣内。 BGL气化炉还具有可接受大粒级人料的优点。 BGL气化工艺的现状 英国煤气公司和德国鲁奇公司在继续推动该技术走向商业化，尤其是在当前废物气化领域。苏格兰和德国的两个项目已到了前期的计划和设计阶段。预计这两个项目不久将进入商业实施阶段。 BGL气化技术也适十将气化炉生产的煤气进行远距离应用。这样，就可以在需用电力之处建设小型的、分散的发电厂。利用分散的小型发电厂也可有效地利用热电联供系统中的废热。 结论 BGL工艺技术上成熟，即可实现商业化； BGL工艺以较高的热效率实现煤炭的完全气化； BGL工艺具有良好的运行灵活性，产气量高； BGL工艺的环境污染小，可使用高硫煤； 作为 IGCC电厂的组成部分， BGL气化炉的总效率高 于44％LHV； BGL工艺可用于现有电厂的改造； BGL气化炉可燃用多种燃料，包括各种废物和生物质； BGL 工艺可用于化工合成，可生产出代用天然气、氨 等各种产品。 英国煤气公司的评价 BGL气化炉的煤气高效能源转换和独立应用性使其成为洁净能源的可靠来源。在煤气利用与气化炉分开的条件下， BGL工艺尤其适用。该工艺处理大块燃料的能力使其在不断发展的废物气化商场上占有优势，这正是我们所希望它在发电方面的最初应用领域。我们与鲁奇公司合作，一直把固体废物气化的商业应用做为新的目标。在需要燃料气或合成气的任何领域，例如发电领域或炼油废物综合利用领域，都存在利用 BGL工艺的机遇。 在煤炭成本低于煤气成本的地方，气化炉的高效独立应用将适用于地方的小型独立发电。用管道把产品气输送至其他远行燃气轮机或燃料电池热电联供系统的丁业区就是一个例子。在贸工部的支持下，我们已就有关燃料电池发电系统的煤炭气化提出了报告。在支持 BGL工艺所具有的高效率和生产洁净能源的独立研究方面，贸工部也提供了资金。 R Rudman先生 许可证签发经理