燃煤电厂脱碳技术.ppt

燃煤电厂脱碳技术 在电厂主要有3种不同的捕集技术路线，即： 燃烧前脱碳 整体煤气化联合循环(Integrated GasificationCombined Cycle，IGCC)发电技术 富氧燃烧技术(燃烧中捕集) 燃烧后脱碳 一、IGCC技术 是将煤气化技术与高效的联合循环有机结合的先进动力系统。 如图所示，它由两大部分组成，即煤的气化与煤气净化系统部分和燃气—蒸汽联合循环发电系统部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气冷却净化系统；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、汽轮机发电系统。 一、IGCC技术 IGCC的工艺流程如下：煤经过气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，成为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室中燃烧，加热燃气工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动汽轮机做功。IGCC联合循环动力岛较常规的联合循环系统工质和能量的交换与转换利用更为复杂。 气化炉 气化炉是IGCC系统的关键设备之一，在煤气化过程中，部分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反应，生成含有CO、H2、CH4等可燃气体的合成煤气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂是空气时，因其含有大N2，生成低热值煤气。 目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的喷流床气化炉。 煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干燥、热解(挥发份析出)、气化燃烧三个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发；其他属于化学变化，煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（CO2+CO+H2+CH4+NH3+H2S+焦油+焦等），同时煤粘结成半焦；煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。 煤气化主要反应 碳与水蒸汽的反应：C+H2O→CO+H2；C+2H2O→CO2+2H2 碳与二氧化碳的反应：C+ CO2→2CO 甲烷生成反应：C+2H2→CH4；CO+3H2→CH4+H2O；CO2+4H2→CH4+2H2O；； 变换反应：CO+H2O→CO2+H2 完全燃烧反应： C+O2→CO2 此外气化过程中还会发生一些微量成份的化学反应，生成H2S、COS、NH3等有害物质。 煤气的净化设备 原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些有害物质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。 目前，在IGCC中使用的粗煤气净化系统有“常温湿法的净化系统”和“高温干法的净化系统”。当前所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化技术较为成熟。 一般氧气浓度小于40%、富氧空气流量小时膜法更为经济；而变压吸附法在中等氧浓度(60%～93% )和中小规模范围内较经济；深冷法则在高氧浓度和较大规模情况下使用。 IGCC控制污染物排放的特点和优势： ①IGCC通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧后处理更合理、更经济； ②IGCC中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下,煤气的流量只是烟气的1/10量级，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； ③煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还原性气氛下，煤中的硫分主要变成H2S，它比SO2的脱除要容易得多； ④由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于效率高，污染物排放相应减少；⑤由于采用气化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联产，而且对分离利用CO2也提供了一个比较现实的途径。 二、富氧燃烧技术 用比通常空气(含氧21% ) 含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。 燃料在氧气和二氧化碳混合气体中的燃烧，能大幅度地提高燃烧产物中的CO2浓度，将会使分离和捕集CO2的工艺相对简单且成本降低，同时可以大幅度减少甚至消除燃煤产生的其他污染物的排放。 研究表明，O2/CO2燃烧介质和温度对SO2的排放没有明显的影响，O2/CO2气氛下SO2排放量较空气气氛有所减小。 实验已证明，在富氧燃烧方式下，NOx的生成量显著减少，是常规空气燃烧的1/5～1/7。 三、燃烧后脱碳-烟气脱碳 吸收法 吸附法 低温蒸馏法 膜分离法等 吸附法 吸附法可分为变压吸附法