固体和液体燃料气化发电技术发展报告

1、固体和液体燃料气化发电技术发展报告概述 气气化是固固体和液液体原料料（如煤煤或石油油）向主主要成分分为氢（HH2）和和一氧化化碳（CCO）的的气体的的转化。气气化已应应用了一一百多年年，所产产气体有有多种用用途，如如家庭供供暖和照照明（城市煤煤气 ）、化化学制品品，如氨氨（NHH3）或或甲醇及及汽油和和柴油替替代产品品。 近近年，人人们关注注于利用用气化发发电。最最初的原原因是大大型、高高效燃气气轮机的的开发。不不久意识识到煤炭炭气化结结合燃气气轮机发发电，可可能具有有最现代代化的常常规燃煤煤电厂一一样的效效率，而而排放物物却要少少得多。220世纪纪70年年代初期期，在德德国建立立了第一一座整

2、体体煤气化化联合循循环发电电厂（IIGCCC），如如今，世世界上已已有若干干座燃煤煤示范厂厂。图1 GBBL气化化炉（经经英国煤煤气公司司特许刊刊出） IGCC电厂也能燃用石油衍生的原料，如重油和焦油。这些产品在石油精炼过程中形成。传统上，这些产品用于生产电厂锅炉用重质燃料油和作船用燃料。但是，近年来，重质燃料油的市场需求迅速下降，且目前一些炼油厂的这类产品过剩。将这些重油气化既可为炼油厂提供电力，也可用于出口，且产生的H2可在炼油厂里提质和清洁其他产品，如柴油和汽油。在欧洲至少有4个大的燃石油的IGCC项目在进行。 生物质和废物都可气化；但是IGCC技术趋于偏爱大型、集中化电厂，但生物质和废

3、物最好是用于其资源附近的较小电厂。因此，可选择在邻近现有电厂的小型气化炉气化生物质和废物，利用这些气化产品部分取代燃用的煤或石油。这就使现有电厂在可获得生物质和废物时利用他们。某些气化炉技术可将生物质、废物同煤一起气化。 目前处于领先地位的几个生物质和废物气化项目大多在欧洲进行，几个最重要的项目在英国。 IGCC厂尚处于试验阶段，到目前为止，几乎所有这类项目都需要政府某种形式的支持。 该技术在广泛应用之前，有三个不足之处要加以改善。 1、同备有环保装置的传统燃煤电厂相比，建立IGCC电厂费用昂贵； 2、 迄今为止，IGCC厂的可靠性较差； 3、 至少那些配有制氧（O2）装置的IGCC设备的操作

4、灵活性尚待充分证实；尤其是，IGCC设备的启动时间次数是以天计而非小时计。 进一步的开发工作需要克服这些障碍，使该技术可以被接受。一旦排除这些障碍，IGCC设备将会在世界上新燃煤电厂占有重要的市场份额。该技术带来的效益气化技术带来以下效益： 使燃煤发电高效、洁净； 石油残渣洁净发电有很大机会与炼油厂的生产实现整体化； 固体和液体废物的有益环境的处理伴随着能源进一步回收的机会； 利用生物质发电。英国贸工部的支持自1990年以来，英国贸工部（DTI）已资助49个与气化发电有关的项目，资助基金为1090万英镑，所有这些项目的总费用为3660万英磅。简介气化气化是指含碳固体或液体物质向主要成分为H2和

5、CO的气体的转换。所产生的气体可用作燃料或作为生产诸如NH3或甲醇类产品的化学原料。 气化的限定化学特性是使给料部分氧化；在燃烧中，给料完全氧化，而在热解中，给料在缺少O2的情况下经过热降解。 气化的氧化剂是O2或空气和，一般为蒸汽。蒸汽有助于作为一种温度调节剂作用；因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应（即吸收热）。空气或纯O2的选择依几个因素而定，如给料的反应性、所产生的气体用途和气化炉的类型。 气化最初的主要应用是将煤转化成燃料气，用于民用照明和供暖。虽然在中国（及东欧）气化仍有上述用途，但在大多数地区，由于可利用天然气，这种应用已逐渐消亡。最近几十年中，气化主要用于石化工业，将各种碳氢化

6、合物流转换成合成气，如为制造甲醇，为生产NH3提供H2或为石油流氢化脱硫或氢化裂解提供H2。另外，气化更为专门的用途还包括煤转换为合成汽车燃料（在南非应用）和生产代用天然气（SNG）（至今未有商业化应用，但在70年代末和80年代初已受到重视）。气化发电在近十年中，电力工业因可利用大型燃气轮机发电而发生变化。这些燃气轮机，无论是单独使用（开路循环燃气轮机，OCGT），还是同热回收锅炉和蒸气轮机联合使用（联合循环燃气轮机，CCGT），都已证实是一种高效、洁净且宜操作的发电方法。燃气轮机发电的主要弱点是只能燃用洁净燃料，这种燃料或者是气体（如天然气），或者是易汽化的（如蒸馏燃料和液化石油气，LPG）

7、。燃气轮机不能燃用煤或重质燃料油，这些则是传统电力工业的主要燃料。 气化是煤和燃料油这类传统燃料与燃气轮机间的桥梁。将这类燃料气化产生一种燃料气，洁净后可在燃气轮机发电厂使用。因此，气化能发挥燃气轮机的长处，使其可利用任何燃料，无论是固体还是液体燃料。进一步而言，由于所产生的燃料气在燃气轮机中燃烧之前能进行洁净，去掉颗粒物、硫和氮化合物，因此以气化为基础的发电厂（GPP）的排放物要比传统电厂少得多。气化与联合循环结合（即IGCC）是唯一能接近燃用天然气系统的环境性能的以煤为基础的技术。此外，IGCC的热效率同传统的使用锅炉和蒸气轮机的燃煤电厂相比，即使不是更好，也是一样好。 使用煤的发电厂的典

8、型IGCC装置见图2所示。在30巴压力下将粉煤和空分装置（ASU）出来的氧气一起加入气化炉。粗燃料气在气化炉中约1300下产生，再用水洗涤，先冷却至约200，去掉粉尘和诸如像NH3及氯化氢这样的化合物。然后进一步冷却，用一种溶剂洗涤，去掉像硫化氢这样的硫化合物。之后这种洁净气在燃气轮机中燃烧。煤中的灰分作为气化炉中产生的矿渣回收，从气体中脱除的硫化合物作为硫回收。从ASU产生的氮一般加入燃气轮机中的燃料气，以控制氮氧化物（NOX）排放。图2 典型型气化联联合循环环装置示示意图 目目前人们们对气化化感兴趣趣的另一一原因是是，气化化是适于于作处理理废料和和利用生生物质的的一种方方法。气气化提供供一

9、种途途径，可可将废料料转换成成燃料气气，在小小型电厂厂使用，或或部分替替代现有有锅炉的的煤或燃燃料油。生生物质可可以类似似的形式式开发。尽尽管传统统的粉状状燃料（ppf）锅锅炉不能能直接处处理废物物或生物物质，而而将这些些燃料转转换成燃燃料气却却使得在在现有电电厂锅炉炉将这些些燃料与与煤共燃燃成为可可能。在在二氧化化碳（CCO2）排排放受到到关注的的地区，气气化具有有特殊重重要意义义。若干干此类项项目已投投入运行行或正在在开发中中，其中中绝大多多数在欧欧洲北部部和中部部地区。 第一座IGCC发电厂于20世纪70年代初建立，然而从那以后进展缓慢。近5年中，首批大规模示范装置在欧洲和美国投入运营。

10、这些装置的早期试验结果好坏掺半。减少排放物特性和效率都像预计的一样好，但在IGCC推广使用前，越来越明显有三个主要障碍需要排除： 1、 IGCC厂的基建费非常高，大大高于传统燃煤和燃油装置的基建费（2030%）。其原因部分是IGCC涉及的技术复杂，部分是该项技术还不是现成品。这就意味着一旦IGCC全部商业化应用，其设计和制造成本要高得多。 2、 目前IGCC的可靠性比预想的要低，当然比商业化电厂要求的要低。原因之一是某些单个组成部件尚未为用于IGCC厂而充分优化；另一原因是IGCC的整体设计比较复杂，其中一个部分发生问题会快速影响到其他部分。 3、 同其他发电技术相比，IGCC厂的操作灵活性较

11、差。冷启动时间非常长，一般4050h（传统的锅炉大约需810h）。跟踪负载的能力还有待充分证实。抛开这些技术问题，IGCC对发电还未产生太大影响的另一原因是目前燃煤发电能力增加的大部分是在像印度和中国这样的国家。在世界的这一部分地区，特别重视可靠性和成本，而这些都不是目前IGCC的优势。相对而言，在欧洲和北美，人们越来越注重排放物和效率问题（在该地区，IGCC会受到欢迎），由于在这些地方普遍可获得廉价天然气，故几乎没有发展以煤为基础的项目。因此，IGCC的目前状况是，它洁净而高效的，但费用高且可靠性低。IGCC同烟气脱硫（FGD）装置的传统（超临界的燃煤电厂的比较见表1。）表1 IGCC同超临

12、界粉燃料电厂的比较IGCC装备FGDD的粉燃燃料锅炉炉效率（%）4543可用性（%）7590排放物（mmg/NNm3 66% OO2）SOxNOxx粉尘30651101001550200基建费（英英镑/kkW）10000800 今今后有利利于选择择IGCCC的因因素可能能是： 缺乏廉廉价天然然气； 严格的的排放限限制； 煤炭价价格高，要要求效率率高； 废物和和生物质质的共同同气化机机会； 除非加加以解决决，下述述因素预预计会防防碍IGGCC的的应用： 基建费费高； 可靠性性低； 操作灵灵活性差差。气化化工艺气气化工艺艺的种类类有多多种不同同的气化化工艺。这这些工艺艺在某些些方面差差别很大大，例

13、如如，技术术设计、规规模、参参考经验验和燃料料处理。最最实用的的分类方方法是按按流动方方式分，即即按燃料料和氧化化剂经气气化炉的的流动方方式分类类。 正正像传统统固体燃燃料锅炉炉可以划划分成三三种基本本类型（称称为粉煤煤燃烧、流流化床和和层燃），气气化炉分分为三组组：气流流床、流流化床和和移动床床（有时时被误称称为固动动床）。流流化床气气化炉完完全类似似于流化化床燃烧烧器；气气流床气气化炉的的原理与与粉煤燃燃烧类似似，而移移动床气气化炉与与层燃类类似。每每种类型型的特性性比较见见表2。表2 各种种气化炉炉比较气流床流化床移动床燃料类型固体和液体体固体固体燃料规格（固固体）500m0.5-55m

14、m5-50mmm燃料滞留时时间1-10ss5-50ss15-300minn气体出口温温度900-114000*700-9900400-5500* 如果在在气化炉炉容器内内有淬冷冷段，则则温度将将较低。气流床气化炉在一台气流床气化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）一起汇流。气流床气化炉的主要特性是其温度非常高，且均匀（一般高于1000），气化炉内的燃料滞留时间非常短。由于这一原因，给进气化炉的固体必须被细分并均化，就是说气流床气化炉不适于用生物质或废物等类原料，这类原料不易粉化。气流床气化炉内的高温使煤中的灰溶解，并作为熔渣排出。气流床气化炉也适于气化液体，如今这种气化炉主要在炼油

15、厂应用，气化石油原料。 现在，运营中的或在建的几乎所有煤气化发电厂和所有油气化发电厂都已选择气流床气化炉。气流床气化炉包括德士古气化炉、两种类型的谢尔气化炉（一种是以煤为原料，另一种以石油为原料）、Prenflo气化炉和Destec气化炉。其中，德士古气化炉和谢尔油气化炉在全世界已有100部以上在运转。流化床气化炉在一个流化床内，固体（如煤、灰）悬浮在一般向上流动的气流中。在流化床气化炉内，气体流包含氧化介质（一般是空气而非O2）。流化床气化炉的重要特点（像流化床燃烧器一样）是不能让燃料灰过热，以至熔化粘接在一起。假如燃料颗粒粘在一起，则流化床的流态化作用将停滞。空气作为氧化剂的作用是保持温度

16、低于1000。这表示流化床气化炉最适合用比较易反应的燃料，如生物质燃料。 流化床气化炉的优点包括能接受宽范围的固体供料，包括家庭垃圾（经预先适当处理的）和生物质，如木柴，灰份非常高的煤也是受欢迎的供料，尤其是那些灰熔点高的煤，因为其他类型的气化炉（气流床和移动床）在熔化灰形成熔渣中损失大量能。 流化床气化炉包括高温温克勒（HTW），该气化炉由英国煤炭公司开发，目前由Mitsui Babcock能源有限公司（MBEL）销售，作为吹空气气化联合循环发电（ABGC）的一部分。在运转的大型流化床气化炉相对较少。流化床气化炉不适用液体供料。移动床气化炉在移动动床气化炉里，氧化剂（蒸汽和O2）被吹入气化炉

17、的底部。产生的粗燃料气通过固体燃料床向上移动，随着床底部的供料消耗，固体原料逐渐下移。因此移动床的限定特性是逆向流动。在粗燃料气流经床层时，被进来的给料冷却，而给料被干燥和脱去挥发分。因此在气化炉内上下温度显著不同，底部温度为1000或更高，顶部温度大约500。燃料在气化过程中脱除挥发分意味着输出的燃料气含有大量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料气在出口处用水洗来除去焦油。其结果是，燃料气不需要在合成气冷却器中来高温冷却，假如燃料气来自气流反应器，它就需冷却。移动床气化炉为气化煤而设计，但它也能接受其他固体燃料，比如废物。 有两项主要的移动床气化炉技术。20世纪30年代开发出早期的鲁尔干法排灰气化炉，

18、已广泛应用于城市煤气的生产，在南非用于煤化学品生产。在该气化炉内，床层底部温度保持在低于灰熔点，这样煤灰就可作为固体排出。20世纪70年代，鲁尔公司，然后是英国煤气公司（现在的BG plc）开发了底部温度足以使灰熔化的液态排渣炉。这种气化炉称为BGL （BG-Lurgi）气化炉。目前，有几台BGL气化炉在电厂安装，用来气化固体废物和共同气化煤和废物。典型气化炉炉以下下按字母母顺序介介绍一些些最重要要的和众众所周知知的气化化工艺。BGL气化炉（移动床）BGL气化炉最初开发于20世纪70年代，用来提供一种高甲烷含量的合成气，为用煤生产代用天然气（SNG）提供一种有效方法。这种气化炉15年以前由英国

19、煤气公司在法夫的Westfield开发中心开发的，开始是为试验用该工艺生产SNG的适用性，后来用于IGCC。 块煤和像石灰石这样的助熔剂送入一闸斗仓，定期往气化炉的顶部送料（见图1）。一个缓慢旋转的分配器盘将煤均匀地分布在床的顶层。对于粘结性煤给料，分配器被联接到一搅拌器，也维持床层均匀，和防止煤团聚。当床层下降，煤料经过一些反应。这些反应能在燃料床的不同高度分成三个层：上层煤被干燥和脱挥发分；中层被气化；低层被燃烧，产生的CO2作为中段的气化剂。O2和蒸汽经床底部喷咀（喷口）加入。产生的熔渣在气化炉底部形成熔渣池，定期排出。 气化炉容器有耐火材料衬里，以防止床层过多热量损失。由于耐火材料被煤

20、床本身与床层的最热部分（喷口的顶端）隔开，因此不经受高温。 气体在450-500的温度离开气化炉，气体中含有因煤脱挥发分而产生的焦油和油以及从床层淘析出的煤粉。这由安装在气体出口的淬冷容器脱除。气体同时由一水淬冷装置冷却和清洁。然后气体通过一系列交换器，使气体在脱硫前冷却到室温。气体中脱除的焦油和水转入一个分离器，焦油和煤尘从那里再循环到气化炉的喷咀（一部分可加在气化炉上部，用来抑制煤尘的扬析）。BGL气化炉具有很高的冷气体效率，即，与其他气化炉比较，煤原有热值（CV）的大部分在气体中作为化学能出现，而非热能。这样，BGL气化炉不像其他气化炉中的谢尔和德士古系统那样要求有高温热交换器。因此，气

21、化区和CCGT装置很少紧密结合，因为气体冷却系统不直接与蒸气轮机循环结合。BGL系统同气流床系统相比，燃气轮机产生的电力较多，蒸气轮机产生的电力较少。 BGL气化炉能处理给入气化炉顶部的块状供料里含的大量粉煤（即6mm），取决于煤的粘结性，如匹兹堡 No.8这样的高膨胀、高粘结性煤，其高达35%可作为粉煤给料。但是，原煤一般按重量计含有40-50%的粉煤。因此，气流床气化炉所有用煤要先经研磨，在BGL装置，煤要先经筛分。BG实验了气化炉利用粉煤的多种方式，将粉煤送入风咀，或干法输送，或以煤浆形式，或用沥青作为粘结剂将它们压制成型煤。 目前，由法夫电厂再度交付使用的Westfield的现有的、备

22、用的气化炉作为电厂的一部分将用煤和污泥发电120MWe。法夫电厂已申请建立第二座较大（400MWe）电厂，使用煤和城市固体废物（MSW）来发电。Desteec（气气流床） Destec工艺是煤浆入料、加压、两段式工艺。 该工艺最初由Dow 化学公司于20世纪70年代开发。随着中试规模和样机试验，1984年决定在Dow的普莱克明(路易斯安那)化学联合企业建立商业化装置，1987年该装置投入运营。1989年，Dow将气化和其余电力从公司脱离出，另成立一公司，80%由Dow所有，称为Deslec公司。同时，该技术已被选来用于印第安纳州的沃巴什河的IGCC电厂增容项目。 气化炉（图3）由衬有未冷却的耐

23、火材料的压力壳构成。图3 Deesteec气化化炉 在在气化炉炉的下（第第一）段段有两个个气化燃燃烧器，在在上段有有煤的进进一步喷喷入点。煤煤制成约约60%固体（按按重量计计）的浆浆状。大大约800%的煤煤浆同OO2一起起注入到到下段的的两个燃燃烧器中中，在约约13550-114000和大约约30巴巴压力下下不完全全燃烧。煤煤中的灰灰熔化，下下落至容容器并经经排放口口进入水水冷却装装置。在在第一段段形成的的燃料气气向上流流动到气气化炉的的第二段段，剩余余的200%煤浆浆在第二二段注入入和反应应，经热热解和气气化，并并将气体体冷却到到大约110500。这两两段工艺艺有增加加合成气气热值的的作用。

24、然然后粗合合成气在在一燃烧烧管合成成气冷却却器内冷冷却。 然后冷冷却的合合成气用用过滤器器净化，去去除大量量灰分和和半焦颗颗粒。这这些半焦焦可以再再循环至至气化炉炉。 唯唯一在运运转的DDesttec气气化炉在在沃巴什什河IGGCC电电厂，该该电厂以以烟煤作作原料。多多年来，用用次烟煤煤和石油油焦作原原料的进进行了大大量的试试验。高温温克勒勒（HTTW）（流流化床） HTW工艺是在原有温克勒流化床气化工艺的进一步发展。原温克勒工艺最初于20世纪20年代开发和利用，是一项常压工艺。 HTW工艺由莱茵褐煤公司发明，莱茵褐煤公司拥有并经营德国鲁尔地区的几座褐煤煤矿。HTW工艺最初是为生产铁矿石用的还

25、原气而开发；后来兴趣转向生产合成气，再后来转向发电。所有的应用是在褐煤气化基础上进行。目前重点放在废塑料气化领域。莱茵褐煤公司仍负责HTW工艺的开发，克鲁勃伍德公司从事销售和供应。图4 HHTW气气化炉 莱莱茵褐煤煤公司在在弗雷兴兴建设一一座中试试厂，该该厂从119788年至119955年运转转。额定定工作压压力100巴，每每小时处处理1.8t。119855年在科科隆附近近Berrrennratth建成成一座示示范装置置。该装装置工作作压力110巴，所所产的合合成气用用管道输输送至在在Wesssellingg 附近近的甲醇醇合成厂厂。Beerreenraath厂厂使用蒸蒸气和OO2作为为气化介

26、介质。 19889年出出于开发发工艺用用于发电电目的，在在Wesssellingg开始建建工作压压力255巴的中中试厂。那那时，褐褐煤的气气化，同同在气化化前预干干褐煤的的流化床床工艺结结合起来来，被视视为用莱莱茵褐煤煤以高效效、洁净净方式发发电的最最佳办法法。该项项工作最最终是设设计吹气气HTWW气化炉炉为基础础的IGGCC电电厂，名名为KooBRAA（Koombiikraaftwwerkk miit LLnleegriietiier BRAAunkkohllverrgassungg褐煤气气化联合合循环）。最最初的KKoBRRA装置置准备建建在科隆隆附近的的戈尔登登堡电站站，但是是，出于于经

27、济问问题的考考虑，该该项目现现已中止止。现在在，下一一代褐煤煤电厂愿愿意采用用高效传传统Pff锅炉。 随着KoBRa IGCC项目的消亡，研究重点转向废物气化。在Berrenrath厂已就废塑料和污物的气化进行试验研究。克鲁勃现已开发一种工艺，称之PreCon，在此工艺中，HTW气化炉与废料的预处理和灰的后处理结合生产化学品或发电用的合成气。 燃料在闸斗仓内加压，然后储存日仓或加料仓里，之后再螺旋给入气化炉。气化炉的底部是流化床，流化介质是空气或O2和蒸汽。气体加淘析的固体向上流至反应器，在这里再加入空气/O2和蒸汽来完成气化反应。之后将粗合成气在除尘器里除尘并冷却。在除尘器中脱除的固体回至气

28、化炉底部。用螺旋除灰器将灰从气化炉底部排出。 气化炉基底的温度保持在800-900，控制温度以保证其不超过灰溶点；在床上部悬浮段的温度可能相当高。操作压力可在10巴(为制造合成气)和25-30巴（为IGCC）间变化。鲁奇干法排排灰炉（移移动床） 鲁奇干法排灰气化工艺于20世纪30年代由鲁奇公司发明，作为生产城市煤气的一种方法。第一座商业化厂建于1936年。直到1950年，该工艺主要局限在利用褐煤，但在50年代，鲁奇和鲁尔煤气公司合作试验开发了一种工艺，也适用烟煤。自那时起，鲁奇气化工艺在世界上广泛应用，生产城市煤气和为各种用途（如NH3、甲醇、液化燃料产品生产合成气。除鲁奇公司供应这种气化装置

29、外，东欧和前苏联也建造鲁奇型气化炉。 世界第一座GPP在德国的吕嫩，使用鲁奇系统（不常见的是，这些气化炉为吹入空气式）。其他应用鲁奇装置的重要设施是在美国北达科他州的大平原（Great Plain） SNG厂，和南非萨索尔合成燃料厂。该工艺示意图见图5。图5 鲁奇奇干法排排灰气化化炉 该该工艺的的主要特特征是这这种移动动床工艺艺采用蒸蒸汽和（通通常）OO2作为为氧化剂剂，像BBGL气气化炉一一样，它它使用块块煤而非非粉煤，且且像BGGL装置置一样，产产生焦油油。鲁奇奇干法排排灰气化化炉和BBGL液液态排渣渣气化炉炉间的主主要区别别是前者者使用的的氧化剂剂中，蒸蒸汽与OO2的比比率更大大（前者者

30、大概为为4-55:1，后后者约0.55:1）。其其结果是是干法排排灰装置置的温度度所有各各点保持持足够低低，灰不不熔解，而而是作为为干灰脱脱除。干干法排灰灰式装置置的较低低温度意意味着其其更适合合用易反反应的煤煤，像褐褐煤，而而非烟煤煤。 块块煤给进进气化炉炉顶部的的闸斗仓仓，在进进入气化化炉之前前增压。一一个旋转转的煤分分配器确确保煤在在反应器器各处均均布。煤煤缓慢下下移到气气化炉。当当煤下移移时，由由经床层层向上流流动的燃燃料气加加温；煤煤就被不不断干燥燥和挥去去挥发分分（脱除除的挥发发分形成成焦油和和酚），然然后气化化。床层层的底部部，紧靠靠炉蓖的的上面之之处是气气化炉最最热的地地方（1

31、0000），在在此处燃燃烧任何何剩余的的煤。所所产生的的CO22与床层层中的碳碳起反应应形成CCO。灰灰由旋转转炉蓖排排出并在在闸斗仓仓中减压压。蒸汽汽和O22被向上上吹，通通过炉蓖蓖为气化化过程提提供氧化化剂。所所产生的的气体在在3000-5000的温度度离开气气化炉，利利用一水水淬冷进进行冷却却和洗涤涤。该气气化炉由由水夹套套围绕，水水夹套产产生的蒸蒸汽可用用于工艺艺过程中中。MBEL气气化炉（流流化床）该气化炉原由英国煤炭公司在其煤炭研究机构作为ABGC工艺（图6）的一部分开发，现归MBEL所有。该气化炉为吹气、加压系统设计，以获约80%的碳转化率，剩余的碳在流化床燃烧。在格洛斯特郡的S

32、toke Orchard建设并运转了0.5tph中试规模的气化炉。现在，由MBEL、阿尔斯通和苏格兰电厂组成的一个财团，以ABGC作为整体，对该工艺进一步开发，计划在法夫 Kincardine建一个100MWe示范装置。图6 装有有MBEEL气化化炉的AABGCC AABGCC是以在在MBEEL气化化炉内煤煤的部分分气化为为基础，压压力200-255巴，温温度110000。大约约70-80%的煤转转化成低低热值燃燃料气，燃燃料气冷冷却至4000，然后后用陶制制过滤器器清洁。石石灰石用用来脱除除煤中大大部分硫硫，成为为硫化钙钙。气化化炉内产产生的燃燃料气在在燃气轮轮机中燃燃烧，燃燃气轮机机的废气

33、气用来在在热回收收蒸气发发生器（HHRSGG）内产产生蒸汽汽，气化化炉产生生的固体体残渣（灰灰、半焦焦和硫化化吸附剂剂）经减减压、冷冷却并通通到在常常压操作作的循环环流化床床燃烧器器（CFFBC）。在在CFBBC内，残残余的炭炭被燃烧烧，硫化化钙经氧氧化成为为硫酸钙钙，硫酸酸钙是一一种环保保型物质质。在CCFBCC内产生生的热加加到HRRSG的的蒸汽系系统，所所产生的的蒸汽用用来驱动动蒸气轮轮机。在在Stooke Orccharrd的试试验证实实气化炉炉处理各各类煤和和吸附剂剂的能力力，在气气化炉里里脱硫达达90%。 AABGCC系统的的一项评评估表明明，应用用目前的的技术，该该系统将将会获得

34、得44.7%的的效率（更更高热值值基础）。Prenfflo（气气流床）Prenflo（加压气流床）气化工艺已由克鲁勃.伍德开发。这是一种加压、干式给料、气流床工艺。克鲁勃在德国萨尔州的Frstenhansen建一座每天处理48t的装置。随着这项工作的进行，西班牙的普埃托兰 IGCC电厂选择应用Prenflo工艺。该工艺如图7所示。 煤被磨碎至100m并靠氮由风力输送到气化炉。气化炉结构独特，气化炉本身与合成气冷却器结合。煤同O2和蒸气一起经装在气化炉下部的燃烧器给入。合成气在1600的温度下图7 Prrenfflo R 气化炉炉产生。但，它它在气化化炉出口口借助再再循环的的洁净合合成气淬淬冷，

35、将将其温度度减至大大约8000。然后后合成气气向上流流至一中中心分配配器管，并并经蒸发发器段向向下流动动，在大大约3880离开气气化炉。在在气化过过程形成成的熔渣渣在水槽槽内淬冷冷，并通通过闸斗斗仓装置置排出。谢尔气化工工艺 （气气流床） 谢尔气化工艺（SGP）作为一种将多种碳氢化合物原料转成洁净合成气的方法于20世纪50年代开发。SGP不是用于煤炭气化的，壳牌公司另有一单独的工艺（谢尔 煤炭气化工艺，SCGP）。 该气化炉有耐火熔材料衬里，在大约25-30巴（在IGCC范畴，生产H2的典型压力约巴）和1300下运行。燃料、O2和蒸汽从气化炉顶部经复合环形燃烧器射入。气化发生，伴随小量烟炱和灰

36、（在给料中0.5-1%的碳转化成烟炱）。粗合成气和杂质在气化炉底部排出，在合成气冷却器内冷却，冷却器由平行的螺旋形旁管组成，浸入在竖立的蒸汽发生器中。这种配制在100巴压力下产生饱合蒸气。气体从合成气冷却器入口时的1300冷却，到出口时的400。然后气体可在烟炱和灰洁净之前进一步冷却。这在淬冷管内进行，粗气体用水喷淋，以去除现存的大部分固态颗粒。夹带的颗粒作为分离器内废渣排出。然后气体转至洗涤器，洗涤器中的两个充填床用来减低颗粒浓度至1mg/m3。之后粗合成的气适宜用来脱硫和使用。 从气体中脱硫的灰和烟炱在由谢尔和鲁奇开发的烟炱灰脱除装置中处理。熔渣经过滤，碳质滤饼被焚化，产生高钒灰残渣。 S

37、GP与SCGP的主要区别为： 非（未）冷却的气化炉； 燃烧管合成气冷却器； 淬冷用非再循环冷却合成气； 气化炉内温度较低。 使用SGP的唯一气化发电厂是在鹿特丹的壳牌炼油厂的Per+综合企业。三个SGP系列用残渣生产合成气；67%的合成气用于制H2 ，其余用来发电。谢尔煤炭气气化工艺艺（气流流床） 壳牌公公司的气气化历史史可回溯溯到200世纪550年代代，那时时第一个个SGPP装置交交付使用用。19972年年，壳牌牌公司开开始煤的的气化工工艺的研研究工作作。在阿阿姆斯特特丹建设设了一座座6t/d中试试厂后，壳壳牌公司司于19978年年在德国国汉堡附附近哈尔尔堡建一一座1550t/d示范范厂。壳

38、壳牌公司司采用所所获得的的经验在在美国休休斯顿的的迪尔帕帕克现有有的石油油化工联联合企业业建一座座厂。该该厂规模模为气化化2200t/dd（每天天2500美国短短吨）烟烟煤成3365tt/d(每天4400美美国短吨吨)的高高湿、高高灰分褐褐煤。119877年迪尔尔帕克气气化炉投投入运营营，并证证实了SSCGPP气化多多种类型型煤的能能力。 19889年，在在荷兰的的Bugggennum的的一座IIGCCC电厂宣宣布选择择使用SSCGPP，它成成为采用用SCGGP的唯唯一商业业化电厂厂。谢谢尔气化化炉如图图8所示示图8 谢尔尔 煤炭炭气化炉炉（经壳壳牌公司司许可刊刊登）。 该该气化炉炉容器由由碳

39、素钢钢压力外外壳构成成，里面面有一气气化室，气气化室由由耐火衬衬里的膜膜壁封闭闭。通过过膜壁的的循环水水用来控控制气化化室壁温温度及产产生饱合合蒸汽。干干式pff、O22和蒸汽汽经气化化炉底部部的对置置燃烧器器送入，气气化炉操操作压力力255-300巴。气气化在115000和此温温度以上上发生，确确保煤灰灰熔化并并形成熔熔渣。熔熔渣在气气化炉壁壁内表面面下行，在在气化炉炉底部一一水槽内内淬冷，一一部分熔熔渣粘在在气化炉炉壁上并并冷却，形形成防护护层。 煤的气气化形成成一种粗粗燃料气气，主要要成分是是H2和和CO，及及少量CCO2和和一些夹夹带的渣渣粒。在在气化炉炉出口，粗粗气以再再循环的的冷却

40、的的燃料气气淬冷，使使温度降降至9900以下。冷冷却使渣渣粒冻结结，使它它们粘性性减小，不不易在表表面挂渣渣。 其其后，燃燃料气在在合成气气冷却器器中冷却却到3300，产生生高压和和中压蒸蒸汽。与与壳牌公公司的石石油气化化工艺的的合成气气冷却器器完全不不同，SSCGPP合成气气冷却器器在壳侧侧有气体体。因此此，合成成气冷却却器有一一套复杂杂的管道道，包括括各种节节省器、中中压及高高压汽化化器和一一些过热热器。 冷却的的合成气气利用陶陶瓷过滤滤器过滤滤。之后后大约550%的的冷却合合成气再再循环至至气化炉炉顶部作作气体的的淬冷介介质使用用，其余余的合成成气被洗洗涤，去去掉卤化化物和NNH3，然然

41、后送至至脱硫装装置。德士古气化化工艺（气气流床） 德士古工艺的主要特性是利用同样的基本技术成功地气化多种原料。这些原料包括气体、石油、 OrimulsionTM，石油焦和一系列煤。德士古另外还进行预处理工艺，这将使废塑料和废旧轮胎得以气化。德士古气化工艺是最早开发于20世纪40年代后期。开始工作重点集中在开发一种天然气重整工艺，以便为转换成液态碳烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为NH3产品生产合成气。20世纪50年代期间，研究扩大该工艺以气化石油及少量的煤。1973年发生石油危机之际，煤炭气化研究工作重新开始，1983年在美国的田纳西州的金斯波特的艾斯特曼化工厂，首座商业化煤气化工厂开始运

42、营。1984年，冷水IGCC厂投入运营。图9 德士士古淬冷冷型气化化炉目前，采用用德士古古工艺作作业的气气化发电电厂有EEL DDoraado（石石油焦）和和Pollk（煤煤）；德德士古工工艺还被被选择用用于多数数在建或或计划中中的石油油废料IIGCCCs厂。该工艺有两种不同的基本类型，其用来冷却粗制合成气的方法不同，在淬冷型中，来自气化炉底部的粗合成气用水骤冷。在完全热回收型中，粗合成气利用合成气冷却器冷却，德士古淬冷型气化炉示意图见图9，全热回收型见图10。图10 德德士古全全热回收收型气化化炉 忽忽略所采采用的合合成气冷冷却方法法的不同同，实际际气化工工艺是相相同的。原原料同OO2和（通

43、通常）蒸蒸汽从气气化炉顶顶部进入入。蒸汽汽作为温温度调节节剂。像像煤或石石油焦这这样的固固体原料料在给入入气化炉炉之前被被制成浆浆和粉碎碎；在这这种情况况下，浆浆料中的的水替代代蒸汽作作为调节节剂。气气化炉本本身是有有耐火衬衬里的压压力容器器。气化化在11250014450的温度度发生。操操作压力力依合成成气作何何种用途途而定：为IGGCC之之用压力力为330巴（虽虽然可以以更高）；为制造造化学品品之用的的操作压压力为660880巴。粗粗合成气气，还有有任何灰灰（像熔熔渣）和和烟炱（在在石油气气化时产产生），在在底部从从气化炉炉排出。 在淬冷型中，粗合成气经淬冷管离开气化炉底部，淬冷管的底部未

44、端浸入一水池中。粗气体经过水冷却到水的饱和温度，并清洁了渣和烟炱颗粒。之后，冷却过、饱和合成气经侧壁上的一个管子离开气化炉/淬冷容器。然后，按照用途和所用原料，粗合成气在使用前进一步冷却和/或净化。 在全热回收型中，粗合成气离开气化炉段，并在放热合成气冷却器内冷却是从1400到700，回收的热量用来产生高压蒸汽。熔渣向下流至冷却器，在底部的一池中淬冷，再经闸斗仓排出。部分冷却的合成气离开气化炉的底部，之后在清洁和使用前在对流冷却器内进一步冷却。到现在为止，大多数德士古气化炉已采用淬冷型。其高于全热回收设计的主要优势是它更为廉价，可靠性更高；主要劣势（用于IGCC）是热效率较低。实际大部分在用的

45、气化炉用于生产化学品，热效率不成为问题，故淬冷方式更受欢迎。淬冷方式的另一有效特性是，在石油气化时，淬冷式有助于合成气中的洗去石油烟炱颗粒。可以看出，采用德士古气化炉的燃石油的IGCC项目大多使用淬冷式气化炉，而燃煤的德士古 IGCC项目使用合成气冷却器。气化工艺的的选择多种因因素影响响一个专专用项目目的气化化炉选择择。商业业因素最最为重要要，政治治方面的的考虑也也可以是是重要的的。影响响气化炉炉选择的的技术问问题包括括要气化化的物料料的特性性及项目目规模。煤炭三种主要气化炉（即气流、流化床和移动床）都能用来气化煤炭。煤炭的特性会影响气化炉的选择，包括灰分含量和熔点和煤炭反应性。项目的规模也会

46、有一定影响。 以上所译论的气化炉，除谢尔 SGP外，都已证实可用来气化煤。气流床反应器，和BGL气化炉，取决于煤灰熔解并转化成液体，成熔渣。假如灰熔点或渣的粘性太高，可使用一种适宜的助熔剂来使它们降低，通常为石灰石。所需石灰石的量依灰熔点和煤炭中的灰含量而定。因此，高灰熔点的高灰分煤将需要相当量的石灰石，相反，流化床气化炉以及鲁尔干法排灰气化炉，则取决于灰不熔解。由此得出结论，低灰含量和低灰熔点趋向于选择液态排渣气化炉；高灰分含量和高灰熔点选择非液态排渣气化炉更为有利。 反应性是要考虑的另一个问题。流化床气化炉的气化温度较低，更适合活性褐煤，但不太适于反应活性小的煤。 大约300MWe发电厂已

47、建有气流床气化炉，在更大规模的电厂建该气化炉是可能的。相比之下，流化床和移动床气化炉趋向于为较小的电厂所选择，因此一个大型发电厂项目将会需要多台气化炉。这种做法作的缺点是损失一些规模经济，但有一个优点，即是使用多台气化炉可以在一台因维修不工作时，电厂仍不停运转。 在选择煤的气化炉时，进一步考虑是采用以空气作氧化剂的工艺，还是采用以O2作氧化剂的工艺。一般而言，流化床系统利用空气作为氧化剂，其它气化炉则用O2。利用空气作为气化介质具有无需空分装置，空分装是设备的昂贵部分；以此相比，由于利用了空气，就意味着燃料气要用氮稀释，则下游工艺设备需要较大。石油 只有气流气化炉适合于气化像重油这样的液态碳烃

48、化合物。谢尔 SGP和Texaco这两种气化炉都有使用这类原料的成功历史记录。因此，将在这两种气化炉中选择进行商业化。生物质 生物质是很活性的，且生物质项目趋向于在小规模（一般50MWe）电厂进行，有几个气化炉已专为利用生物质而开发，这些气化炉通常在常压下操作，这样容易将生物质送入气化炉。废物液态废物，像废油，最好在气流床反应器中气化。 固态废料，像城市固体垃圾和污泥，可在流化床成移动床系统气化。较小型的项目和无需废物与煤同燃的项目，趋向于使用流化床。较大项目，和废物与煤共同气化的项目采用移动床更为有利。气化电厂项目现状目前，至少有35个 气化发电厂项目在运行、交付、建造、设计或计划中。它们的

49、规模各不相同，从500MWe到不足10 MWe，并且使用的燃料也不同，例如重油残渣、废木料、污泥和甘蔗渣等。以下选择介绍部分项目，表3列出了全部正在运行和将运行的电厂。煤气化发电厂Buggeenumm电厂（荷荷兰） BBugggenuum电厂厂是世界界首批商商业化规规模（2253MMWe）的的燃煤IIGCCC电厂（图图11）。IIGCCC是以壳壳牌公司司SCGGP气化化炉和西西门子公公司提供供的CCCGT为为基础的的。该电电厂19993年年投入运运行。该该项目不不仅是当当前首批批IGCCC发电电厂，而而且包含含了许多多先进设设计的特特点。其其中最重重要的是是空分装装置（AASU）和和燃气轮轮机

50、耦合合得相当当好，燃燃气轮机机压缩机机为空分分装置供供应全部部空气。该该项目效效率提高高的代价价是电厂厂结构复复杂和不不易启动动。图11 BBugggenuum IIGCCC电厂（经DDemkkoleec公司司特许刊刊出）项目名称地点出力（MWW）燃料气化炉电力装置1998年年情况年份Buggeenumm荷兰235MWWe烟煤谢尔CCGT-V944.2运行1995PionnPiine美国100MWWe烟煤KRWCCGT-GE 6FAA交付1998Polk美国250MWWe烟煤德士古CCGT-GE 7F运行1996Puerttolllanoo西班牙298MWWe煤和石油焦焦PrenffloCCG

51、T-V944.3交付1998Vesoov捷克400MWWe褐煤鲁奇CCGT-2xGGE 99E运行1995沃巴什河美国MWe烟煤DesteecCCGT-GE 7FAA运行1995Doraddo美国MWe(总总)石油焦德士古GT-GEE 6BB运行1996Falcoonarra意大利MWe减粘裂化炉炉残渣德士古CCGT-ABBB 133E2在建1999GSK日本MWe真空装置残残渣德士古CCGT-2xGGE 99EC在建2000Perniis荷兰125MWWe炼油厂残渣渣谢尔SGPPCCGT-2xGGE 66E运行1997Priollo GGarggalllo意大利521MWWe炼油厂沥青青德士

52、古2xCCGGT VV94.2在建1999Sarass意大利550MWWe减粘裂化炉炉残渣德士古CCGT-3xGGE 99E在建2000Star美国240MWWe石油焦德士古2xGE 6FAA在建1999Amerccenttralle荷兰85MWtth废木料鲁奇CFBB现有锅炉在建2000ARBREE英国MWeSRC柳树树木TPS CCFBCCGT-AGTTTypphooon在建1999Energgy FFarmm意大利12MWee短期轮作的的树木鲁奇CFBBCCGT-NuoovoPPignnonee PGGT100B/11在建2000Lahtii芬兰70MWtth废木料Fosteer WWh

53、eeelerr CFFB现有锅炉运行1998McNeiil美国约15MWWth废木屑BatteelleeCFFB现有锅炉运行1997Varnaamo瑞典6MWee废木料Fosteer WheeeleerCCFBCCGT-AGTTTypphooon运行1993Fondootocce意大利1MWe城市固体垃垃圾热选择（移移动床）燃气轮机发发电机运行1994Grveeinn Chhiannti意大利6.7MWWe(总总)矸石燃料TPS CCFB锅炉和蒸汽汽轮机运行1992New BBernn美国60MWWth黑液Chemrrec(气流)锅炉和蒸汽汽轮机运行1997Schwaarzee Puumpee

54、德国60MWee固体和液体体混杂废废物Noelll,鲁奇奇BGLLCCGT-GEFFramme 66运行，BLLC于119999年启动动1997Westffielld英国120MWWe污泥加煤BGLCCGT-GE6BGT采用天天然气运运行1998Zeltwweg澳大利亚10MWtth生物质/废废物AE&CFFB现有锅炉运行1997表3 在运运行和将将运行的的气化发发电厂 自电厂厂投入运运行以来来，出现现了两类类主要问问题：与与高度集集成有关关的运行行问题和和与在燃燃气轮机机中燃烧烧低热值值合成气气相关的的燃气轮轮机问题题。目前前，这两两个问题题已经解解决，但但要完全全校正这这两个问问题需要要大

55、量的的时间。 Buuggeenumm电厂是是世界最最洁净燃燃煤电厂厂之一（取取决于怎怎样正确确计算数数据），NNOx和和SOxx的总排排放量低低于燃气气CCGGT（图图4）。表4 Buuggeenumm电厂污污染物排排放排放物g/GW-1SOx60NOx60-120颗粒物实际零Polk电电厂（美美国）Pollk电站站座落于于弗罗里里达州，靠靠近坦帕帕州，由由坦帕电电力公司司管理和和经营。该该电站是是一个由由德士古古全部热热回收型型气化炉炉和GEE 7FF燃气轮轮机组合合在一起起的2550WMMe（净净出力）的的IGCCC电站站。该项项目是美美国能源源部支持持的洁净净煤技术术示范项项目。与与Bu

56、gggennum电电厂相比比，Poolk电电站的集集成性较较差：空空分装置置由独立立的空气气压缩机机供给空空气，没没有来自自燃气轮轮机压缩缩机的空空气。 该电厂厂于19996年年投入商商业化运运行。自自此，总总的来说说，该电电厂运行行良好。出出现的主主要问题题与热交交换器有有关，这这些热交交换器用用于在脱脱除硫化化合物前前冷却粗粗制合成成气和在在进入燃燃气轮机机前加热热洁净合合成气。一一些细灰灰尘存积积在这些些热交换换器中，从从而又导导致不断断的腐蚀蚀，其结结果是从从交换器器的污秽秽侧出来来的含尘尘合成气气经过洁洁净侧进进入燃气气轮机。现现在已经经不用这这些交换换器了，而而是粗制制合成气气冷却

57、和和洁净合合成气再再热分别别进行。这这些改进进降低了了电厂的的热效率率，目前前，净热热效率低低于400。PPuerrtolllanno电厂厂（西班班牙）PPuerrtolllanno电厂厂座落于于西班牙牙中南部部，是由由Elccogaas公司司管理和和经营的的3000MWee的IGGCC电电厂，EElcoogass公司是是欧洲电电力部门门和供应应商的联联合公司司（图112）。PPuerrtolllanno电厂厂由Prrenfflo?气化炉炉和西门门子公司司的V994.33的燃气气轮机组组成。该该电厂在在设计上上与Buuggeenumm电厂很很相似，象象Bugggennum电电厂一样样，Puue

58、rttolllanoo电厂燃燃气轮机机和空分分装置完完全集成成化。燃燃料是石石油焦和和煤的混混合物。图12 在在建的PPuerrtolllanno IIGCCC电厂（经经Elccogaas SSA公司司特许刊刊出） 目目前，该该电厂正正处于交交付阶段段。和BBugggenuum电厂厂一样，主主要问题题出现在在与高度度集成设设计有关关的运行行上，还还有一些些燃气轮轮机的燃燃烧问题题。沃巴巴什河电电厂(美美国)沃巴什什河电厂厂由PSSI能源源公司管管理，座座落于印印第安那那州西部部。该电电厂是2262MMWe的的IGCCC电厂厂，自119955年以来来一直在在运行。该该IGCCC之所所以不寻寻常，

59、有有两个原原因： 1该该装置是是为现有有的500年代的的老式蒸蒸汽轮机机进行改改造增容容； 22气化化系统由由技术卖卖主（DDesttec/Dynnegyy）拥有有和经营营，他们们将合成成气卖给给电力部部门。该该电厂由由一台DDesttec气气化炉和和一台GGE7FFA燃气气轮机组组成。 该电厂厂于19995年年底开始始投入运运行。没没有出现现过大的的电厂和和设备故故障。已已经克服服了的一一些小问问题，包包括合成成气冷却却器的灰灰尘存积积、燃气气轮机中中部分燃燃烧内衬衬破裂以以及用于于脱除气气体中细细灰尘的的陶瓷过过滤器故故障（自自被金属属部件代代替以来来）。石石油气化化发电厂厂Perrnis

60、s炼油厂厂(荷兰兰)最最近，壳壳牌公司司在其鹿鹿特丹附附近的PPernnis炼炼油厂安安装了气气化发电电厂。该该气化发发电厂具具有三个个主要作作用：提提供处理理高硫油油渣的简简易方法法；为炼炼油厂提提供H22以及发发电。该该气化发发电厂被被称为PPer，它的的安装是是炼油厂厂扩建计计划的一一部分，以以便改进进炼油厂厂使其满满足汽车车燃料中中硫含量量的严格格限制。 该电厂由三套并行的气化系统组成，每套系统有一个谢尔石油气化炉。从两套系统出来的气体经加工回收H2，H2用于炼油厂。来自第三套系统的气体用作电厂燃气轮机的燃料。第三套系统是备用系统，它可有效的保证，若有系统脱机，用于炼油厂的H2仍可保持