绿色化学工艺(共9页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上华东理工大学20122013学年第_1_学期 绿色化学工艺 课程论文 2012.11班级 热能102 学号 姓名 崔颂 开课学院 资源与环境工程学院 任课教师 陈雪莉 成绩_论文题目：绿色化学工艺与IGCC发电论文要求：结合课程所讲内容，选择自己感兴趣的方向写一篇论文。论文字数：不少于4000字论文格式：标题(黑体四号)；学号、姓名、专业；摘要和关键词(仅中文)；正文(宋体小四)，1.5倍行距，页边距选Word文档默认格式；参考文献(著录格式参考华东理工大学学报)教师评语：教师签字： 年 月 日摘要绿色化学的设想是在化学生产过程中，不再使用有毒有害的物质，不再产生废物

2、，不再处理废物。整体煤气化联合循环是一种先进洁净煤发电系统，又称IGCC，它符合绿色化学的设想及要求，由于他具有提高效率的最大潜力、优良的环保性能等诸多优点而备受关注，现已成为当今世界能源动力领域的研究热点与前沿。国家的大力支持以及我国的能源结构的影响，直接导致IGCC发电技术成为未来煤发电的主流。关键字：绿色化学，洁净煤，联合循环，IGCC，国家支持 引言相对于石油的短缺，我国的天然气储量十分丰富。但是这部分煤的主要用途却是用来发电，而且利用效率很低，大多是用来直接燃烧，不符合现在节能环保，绿色化工的要求，这就要求我们更好地利用这部分煤，生产一些绿色环保节能的化工产品，合理利用热能发电，并且

3、减少对石油的依赖，这是由我国现阶段的能源结构所决定的。1绿色化学的基本含义绿色化学又被称为环境友好化学，在其基础上发展的技术有以下几种；环境友好技术，绿色技术或洁净技术。绿色化学工艺的核心就是要利用化学原理从源头上消除化学工业对环境的污染。绿色化学工艺的理想就是采用“原子经济”反应，即也就是说原料中的每一原子都会转化成产品，以此来实现没有任何废物、副产品的社会，并且实现废物的零排放；同时也不采用有毒有害的原料、催化剂和溶剂，并生产环境友好的产品。2 IGCC系统介绍2.1 IGCC系统的组成部分在此，介绍他们其中的一种。以shell气化炉为气化系统的整体粉煤气化联合循环发电技术由煤的气化净化部

4、分和燃气-蒸汽联合循环发电系统两大部分组成。煤的气化净化部分包括煤气化系统、煤气净化系统和空分系统。主要设备包括空分装置、气化炉、气体冷却器、气体洗涤器、除硫及硫回收装置等，联合循环发电部分包括燃烧室、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机等。2.2 IGCC系统的工艺过程煤经过气化成为中低热值煤气，然后再经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变成清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功，进而就可以形成循环的发电，而且达到了能源的充分利用和污染物的更少的排放。IGCC技术把高效的燃气

5、蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高的发电效率，又有极高的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。3 IGCC技术的特点3.1效率高IGCC通过煤炭气化和煤气净化，使得煤炭变成洁净煤气再到燃气轮机中做功，相当于常规锅炉的燃烧前处理。一般情况下，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧后处理更加合理和经济。IGCC与粉煤火力发电比较，预计商业化IGCC可以提高效率约20%，发电效率甚至可以达到45%以上，单位发电量的二氧化碳排放量下降至石油火力发电的水平，并且还有十分巨大的提升空间。3.2适用煤种扩大为了防止灰分在炉壁或传热管凝附，阻碍传热和压力损失，煤粉火力发电主要采用灰熔点高的煤；相

6、反，IGCC的气化炉内的灰分被高温熔融排出，可以扩大使用灰熔点低的煤种，还可以利用高硫分、高灰分、热值低的低品位煤，如褐煤等等。3.3经济性指标可观相对于煤粉火力发电的烟灰处理，IGCC以炉渣装处理，容积可以缩小一半左右，非常利于有效利用。减少场地投资，节约成本。IGCC中处理的对象主要是粗煤气，常规锅炉要处理的主要是烟气。相同条件下，煤气的流量只有烟气的十分之一，而且煤气在更高压力下污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更多的污染物。3.4利于二氧化碳的回收二氧化碳是目前世界公认的影响最大的温室气体，随着地球表面的气温越来越高温室效应越来越明显，关于二氧化碳的排放问题早已成为了全世界关注的

7、焦点，也是各个企业不得不面对的一个重大的问题。换句话说，哪个企业拥有更少的二氧化碳排放量，哪个企业就会在未来的竞争中获得更大的优势，而且这个优势是显而易见的。煤粉火力发电的二氧化碳回收在锅炉燃烧后的排气中进行，二氧化碳的浓度低、容积大，IGCC在燃烧前加压下的高浓度、低容积燃烧气中回收，回收动力和占地面积更为有利。3.5环保性能优良IGCC的粉尘排放量均低于10mg/m3，国家标准是<50mg/m3，基本上没有脱硫副产品的二次污染。与同容量燃煤电站相比，NOX、SO2的排放量减少了90%以上，SO2的排放浓度在煤炭含硫3%时也可以达到25mg/m3以下，国家标准是<400mg/m3

8、，并且可以回收单质硫；采用燃气轮机氮气回注方式可以将NOX排放浓度控制在50mg/m3，国家标准是<450mg/m3。可以采用二氧化碳排放补集并永久封存技术CCS，据报道神华包头煤制气项目就采用了CCS技术，整个工厂达到了污染物的零排放。另外，IGCC电站的耗水量比平常常规的电厂可以节约1/2-1/3，约为同容量常规电厂的一半。这对于我国水资源严重短缺但是煤炭资源十分丰富的西部来说，无疑是解了燃眉之急。3.6可以实现多联产总所周知，电的使用量与季节以及时间的关系是十分巨大的，所以才会出现用电的高峰期和低谷期。但是对于发电这个行业来说，如果在低谷期减少发电量，这显然是不经济、不科学的，但是

9、如果产电过剩也是一种巨大的浪费，得不偿失。这就迫切的需要我们想出一个好的办法来改善这种现状，于是煤基多联产的技术因运而生，从很大程度上解决了发电厂面临的这个问题，同时也对煤化工的行业送来了一股清风。煤制气产品可以充分综合利用，作为其他的化工原料，从而使IGCC项目具有延伸产业链，发展循环经济的技术优势。4 IGCC存在的技术问题虽然IGCC项目在我们看来已经是十分完美的发电项目与化工项目了，而且似乎已经完全可以取代现有的火力发电厂，从而可以完全自主运行并且大规模生产了，但这似乎只是我们看到的表面现象而已，在当前世界上，针对IGCC项目的讨论似乎就从来没有停止过。事实上，这样的一个堪称经典的项目

10、，仍然存在着许许多多的我们无法察觉的问题。政策上的东西暂时不谈，在技术上，IGCC依然有许多问题需要我们面对。下面，就列举几个技术上的难题，1.目前国外投产的IGCC示范电站仅有十几个，运行不大稳定，仍然没有太多的成熟经验。2.整体煤气化联合循环装置系统复杂，基建设投资费用较高，约为同容量燃煤机组的一倍。3.大容量煤气化设备、高温煤气除尘及脱硫技术有待进一步开发，关键设备还需要进口。4.厂用率较高，约为10%-12%需优化配置。5整体煤气化技术IGCC技术中，煤气化技术几乎是发电项目的第一步，所以对于整个IGCC的重要性是非常巨大的。因此，研究IGCC的第一步便是研究煤气化技术，它是保证IGC

11、C顺利实施的基石。煤气化技术中的煤气化反应即不完全是热解反应，也不全是燃烧反应，而是欠氧反应。其产物主要为CO。气化技术主要是通过气化床来实现的，气化床主要分为3类，即固定床、流化床和喷流床。5.1固定床气化技术固定床气化炉是最早开发出的气化炉，它和燃煤的层燃炉类似，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂则从炉子的下部进入，因而气固间是逆向流动的。这种气化炉和燃煤的层燃炉一样，对煤的粒径有一定的要求。固定床气化炉有两种煤气出口方式的设计。粗煤气唯一出口位置设计在干燥区上面煤层的顶部，称为单段气化炉，但这种气化炉的粗煤气是比较差的。另一种设计是，有两个煤气出口，

12、除了在干燥区上部的出口外，另一个则在气化区的顶部，煤气产量的一半从这个出口离开气化炉，产生的粗煤气的质量是比较好的。固定床存在的问题是：煤气生产能力有限，容易造成床体阻塞，使得气流不畅，煤气质量不稳定等。5.2循环流化床气化技术循环流化床气化又称沸腾床气化。它可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和性质，使得整个床层内温度分布均匀，混合条件好，有利于气化反应的进行。煤气的主要成分是CO和H2，CH4的含量一般少于2%。流化床有浓相和稀相之别。应用在流化床气化炉的结够上又有鼓泡床和喷射床等不同形式。流化床对原料煤的性质很敏感，受煤的粘结性，热稳定性，水分，灰熔点的影响较大。5.3喷流床气化技术

13、喷流床是目前IGCC各示范工程中采用最多的一种气化炉。喷流床煤气化工艺是采用气体或水作为输送介质，在一定压力下喷入气化炉，煤粉与同时喷入的氧化剂在短时间内接触，在高温高压下，气化过程在瞬间完成。它是一种高温高压的煤粉气化炉。煤气的主要成分是CO,H2，CO2,和水蒸气，离开气化炉的热煤气温度在1200-1400。煤粉中的灰以飞灰的形式随热煤气一起，必须经除尘、洗涤脱硫处理，成为清洁的煤气，再送往燃烧室。喷流床气化炉由于是煤粉的高温高压气化，因此，煤种的适应性广，碳转化率高，能达到99%以上。喷流床气化工艺相对成熟，单炉容量大，大容量运行经验较丰富，有较好的煤种适应性、变负荷能力强、碳转化率较高

14、，已经应用于IGCC项目，电站容量为250-300MWe。总结随着科技的发展，人们对环境保护和节约能源等方面的认识越来越清楚，节能减排，环保低碳已成为当今工业发展的主旋律。绿色化学工艺已经逐渐被人们所接受和认同，这对未来大化工的发展显得尤为重要。总之，开发和应用绿色化学工艺，已成为现代化学工业的发展趋势和前沿技术，是建设环境友好型社会，实现可持续发展的关键。目前我国是世界上新建燃煤发电厂最多的国家，如果我们尽快采用世界先进的洁净煤发电技术，在20年后使发电用煤减少3*108-5*108t是有可能的。大力发展IGCC发电技术，将大大推进我国火电机组的升级换代，优化火电装机结构，进一步提高我国火力发电机组的发电效率，减少燃煤大气污染物的排放，实现我国能源工业的可持续发展都具有十分重要的意义。参考文献1纪红兵，佘远斌.绿色化学化工基本问题的发展与研究J.化工进展，2007，（05）2孟祥芳，唐家隆，夏来宝.我国化学工业节能减排与清洁生产技术发展战略研究J，科技进步与对策，2011，（17