华能天津整体煤气化发电IGCC电站项目和设计方案介绍

TPRITPRI华能绿色煤电公司250MWIGCC示范工程系统设计介绍西安热工研究院有限公司2009.9.16TPRITPRI0、IGCC技术及在中国的现状1、IGCC技术方案选择2、IGCC系统配置3、系统整体化设计4、全厂指标5、空分系统6、气化炉系统7、脱硫系统8、饱和器及合成气预热系统9、燃气轮机系统10、全厂辅汽用汽系统11、余热锅炉系统12、蒸汽轮机系统13、IGCC全厂系统14、IGCC技术发展和展望目录TPRITPRI0.1、IGCC—IntegratedGasificationCombinedCycle整体煤气化联合循环气化G燃料煤气净化水联合循环发电CC空分氧气氮气整体化ITPRITPRI0.2、中国IGCC在建和计划项目华能绿色煤电天津IGCC项目（250MW）中电投廊坊IGCC项目（400MW）大唐国际沈阳IGCC项目（400MW）大唐国际天津IGCC项目（400MW）大唐国际北京IGCC项目（400MW）大唐深圳IGCC项目（400MW）华电半山IGCC项目（200MW）国华温州IGCC项目（300～400MW）东莞天明电力IGCC项目（200MW）TPRITPRI1、IGCC系统技术方案选择前期对SIMENS燃机再热和非再热，注60%和注55.4%的氮气，注60%蒸汽和注30%蒸汽方案进行了计算比较。同时对GE燃机注蒸汽和不注蒸汽，补燃和不补燃的方案进行比较。在以上8个比较方案中，从机组效率和污染物排放、可靠性角度考虑，选择SIMENS燃机,注入60%蒸汽的IGCC系统方案。TPRITPRI2、250MWIGCC系统配置IGCC电厂可分为煤气化系统、煤气净化系统、动力岛系统三大部分。①煤气化系统包括：气化炉、空分、除渣、除灰、水洗系统、初步水处理等。②煤气净化系统包括：水气分离、COS水解、脱硫系统、硫回收系统③动力岛系统：采用9E级双轴联合循环系统。2.1、250MWIGCC系统总体配置TPRITPRITPRIGasifierASUWetScrubberSulfurRecoveryGasTurbineSynGasCoolerAGR(MDEA)HRSGDrySolidRemovalCoalO2N2QUENCHGASAirN2N2SteamTurbine(steamtubien)SteamSulfurH2S+CO2PoweroutputStackFluegasAirN2fromASUASHsaturationSteamdrain2.2、250MWIGCC系统框图TPRITPRI2.3、250MWIGCC系统具体配置1）、气化炉：采用2000t/dTPRI二段式干煤粉加压气化炉，压力31barg，废锅流程，冷煤气效率83%左右。2）、空分系统：采用开封空分集团的低压独立空分，规模42000Nm3/hO2，氧气纯度为99.6%。3）、煤气除尘系统：采用旋风分离器和干法及水洗涤塔除尘。4）、煤气脱硫系统：采用MDEA系统脱除h2s和部分CO2。硫回收系统采用lo-cat技术。TPRITPRI5）、煤气饱和系统：经过脱硫后的净合成气需要注入中压饱和蒸汽来调整合成气组分，以控制燃料热值和Nox排放。6）、燃气轮机发电机组：采用SIEMENS研制的STG5-2000E(LC)型燃气轮机，在v94.2基础上的对压气机等部件进行了改进，燃机轴功率为175MW，发电机为上海电气集团制造。7）、余热锅炉：采用杭州锅炉厂的三压再热式余热锅炉。8）、汽轮机发电机组：采用上海汽轮机厂研制的单缸三压再热汽轮机，各等级进汽参数为:9.0/520/4.0/520/0.58/208，功率94457kW。3、系统整体化设计1、利用凝结水冷却脱硫系统合成气，同时凝结水被加热到60℃，进入余热锅炉省煤器。2、显热利用：采用低压废热锅炉回收除尘后到水洗后的显热。3、将空分多余氮气回注到合成气中，以降低NOX排放。4、蒸汽注入到合成气系统调整进入燃气轮机合成气的热值。5、气化岛及脱硫岛蒸汽用量由动力岛提供。6、气化炉废热锅炉产生的中压饱和蒸汽一部分注入合成气饱和器及辅汽外，其余全部回到余热锅炉中压汽包。TPRITPRI设计煤种（神华煤）LHV=22760kJ/kg原煤投煤量=2097t/d燃气轮机发电功率=172849kW汽轮机功率=94457kW电厂总功率=267306kW全厂厂用电率=15.11%全厂净效率=41.08%NOX排放指标=40ppm（15%02）SO2=25mg/Nm3,烟尘排放量=7.5mg/Nm3(6%02)4、全厂指标TPRITPRI5、空分系统低压、独立、双泵内压缩PSA、膜分离、深冷分离5.1、空分流程TPRITPRI产品名称产量Nm3/h纯度出装置界区压力MPa(G)温度℃备注中压氧气42000≥99.6％O23.733内压缩液氧100≥99.6％O2~0.2饱和高压氮气4200010PPmO27.6≥80内压缩(出冷箱33℃，再被加温到80℃)低压氮气2000010PPmO20.880上塔氮气出冷箱外压缩到0.8MPa(G)液氮80010PPmO2~0.2饱和液氩12304PPmN21PPmO2~0.2饱和纯度达到GB/T10624一级品规定仪表空气30000.840增压机二级抽节流工厂空气40000.840增压机二级抽节流5.2、空分运行工况参数TPRITPRI6、气化炉系统6.1、气化炉系统简图TPRITPRI6.2、气化系统洗涤塔后合成气组分COmol%55.49CO2mol%0.86H2mol%26.40N2mol%8.82ARmol%0.11H2Omol%7.74H2Smol%0.134HCNmol%9.04E-03COSmol%0.012NH3mol%0.0058CH4mol%0.43水洗后压力bar29水洗后温度℃140水洗后合成气流量t/h173.2标态下体积流量Nm3/h182767TPRITPRI7、脱硫系统回凝结水系统凝结水系统来水解7.1、脱硫系统简图干法脱硫高温脱硫湿法脱硫低温甲醇洗Selexol(NHD)烷基醇胺法(MEA、MDEA等）TPRITPRI7.2、合成气脱硫后合成气参数脱硫后压力bar27脱硫后温度℃120脱硫后煤气流量t/h160.5标态下体积流量Nm3/h156455有效气流量Nm3/h137211脱硫后煤气成分CO%mol59.77CO2%mol2.11H2%mol27.03N2%mol9.73AR%mol0.12H2O%mol0.31H2S%mol0.001NH3%mol0.03CH4%mol0.9total%mol100.001LHVkJ/kg11399.6TPRITPRI名称单位西班牙IGCC华能天津IGCC处理煤气量Nm3/h180937+7404181485.8COS前煤气加热器加热蒸汽流量t/h2.053.1加热蒸汽压力Bar3548加热蒸汽温度℃242.5300MDEA再沸器加热蒸汽流量t/h13.1916加热蒸汽压力Bar6.56加热蒸汽温度℃162160CO2脱除率%~0447.3、脱硫系统的蒸汽用量比较TPRITPRI8、饱和器及合成气预热系统8.1、饱和器及合成气预热系统简图TPRITPRI饱和后压力bar26饱和后温度℃180饱和后煤气流量t/h2498.2、注氮饱和后合成气参数饱和后煤气成分单位数值CO%mol33.92CO2%mol1.197H2%mol15.34N2%mol9.147AR%mol0.068H2O%mol39.8H2Sppm7CH4%mol0.51*减注蒸汽工况下TPRITPRI9、燃气轮机9.1、燃气轮机设计平衡图TPRITPRI9.2、Siemens燃机Nox排放指标TPRITPRI9.3、Siemens燃机运行特性TPRITPRI注：根据燃机一联会simens提供的资料的拟合曲线simens燃料热值和nox排放曲线6885,507215,758103,1506601,3902040608010012014016065007000750080008500热值（kJ/kg)nox(ppm)9.4、IGCC电厂燃料热值和NOx排放曲线TPRITPRI负荷/100%1中压过热辅汽用量t/h8.201.1气化炉喷嘴t/h8.22低压过热辅汽用总量t/h30.152.1全厂动力岛伴热（低压蒸汽）t/h12.2至空分高压氮气加热用汽t/h1.322.3至气化装置伴热及工艺用汽t/h14.832.4至净化MDEA再沸器蒸气t/h132.5暖通用汽t/h02.6至火炬用汽t/h03中压饱和辅汽用量t/h101.23.1洁净煤气预热蒸汽t/h5.23.2至空分纯化再生系统（11barg,260℃)t/h2.753.3反吹氮气加热用汽t/h1.53.4至cos前加热t/h3.13.5合成气饱和用汽t/h88.6510、全厂辅汽用汽TPRITPRI11、余热锅炉11.1、余热锅炉设计平衡图TPRITPRI11.2设计煤种、额定工况余热锅炉和汽轮机系统能量平衡及分布图TPRITPRI12、汽轮机单缸(高压部分冲动式)汽轮机12.1、汽轮机本体结构TPRITPRI12.2、汽轮机性能设计参数蒸汽轮机接口参数序号名称单位设计工况1设计工况2负荷负荷/100%100%1高压进汽蒸汽压力MPa9.09.132高压进汽蒸汽温度℃520.05203高压进汽流量kg/h1964001957004高排蒸气压力MPa4.54.545高排蒸气温度℃428.14249中压进汽压力MPa4.04.0910中压进汽温度℃520.052011中压进蒸汽流量kg/h246690.025231512低压进汽压力(阀前）MPa0.50.54814低压进汽温度℃206.020815低压进汽流量kg/h17600.01845016低压排汽焓kJ/kg2345.02340.817凝汽器压力MPa0.00490.004918蒸气轮机发电功率kW9214694457TPRITPRI13.1、IGCC系统aspenplus模型13、IGCC全厂系统TPRITPRI13.2IGCC电厂设计煤种额定工况全厂平衡图水解IGCC全厂系统平衡图华能绿色煤电项目预留至二期辅助蒸汽接口自低压启动锅炉来至净化装置低压加热器至气化炉汽包至气化炉喷嘴余热锅炉烟囱凝结水泵凝汽器燃气轮机发电机蒸汽轮机燃气轮机煤气饱和器洗涤塔干法除尘器煤气冷却器气化炉汽包气化炉备注型号及规范名称编号蒸汽轮机发电机空分装置煤气净化装置开工蒸汽来蒸汽喷射器至气化炉暖炉启动用至空分污氮再生加热至余热锅炉中压汽包至气化炉喷嘴(启动用）至净化系统冷却净化系统来凝结水系统来回凝结水系统煤气显热回收冷却水泵TPRITPRI环境温度℃12.6-3.326.512.6-3.326.5负荷率%100100100100100100煤种/设计煤种设计煤种设计煤种校核煤种校核煤种校核煤种脱硫后煤气流量t/h160.5160.1150.1149148.1138.6水洗后煤气流量t/h173.2172.8162.0158.5157.5147.40燃气轮机发电功率kW172849.4172857.3159204.1173477.1172865.2158760.9蒸汽轮机发电功率kW94457.093686.087110.093160.091908.086568.0原煤煤耗t/d2096.72091.51960.92224.32210.92069.1电厂发电功率kW267306.4266343.3246314.1266344.1264563.2245328.9电厂发电效率%48.448.347.747.947.947.5电厂净功率kW226916.4226098.8209096.0226099.5224587.7208259.7电厂效率%41.0841.0440.4840.7040.6740.30毛标准煤耗率g/kWh253.