IGCC技术案例介绍

无忧,PPT,整理发布,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,孙 宏,中石化宁波工程公司,2011-5-31,北京,节能减排新技术,IGCC,福建炼化,IGCC,介绍,技术难点和创新,装置运行情况,主要,内容,污染物减排效果,低碳减排,500年！,2.5小时！,2岁！,1生！,CO2！,3600个！,低碳减排,12000个！,削皮、包装、冷藏，,7倍价格！,洗洗吃！,IGCC,I,ntegrated,G,asification,C,ombined,C,ycle,2024/10/6,5,IGCC,的基本概念,整体气化联合循环,整体,煤,气化联合循环,整体煤气化联合循环,发电,多联产,IGCC,IGCC,2024/10/6,6,IGCC,的基本概念,2024/10/6,7,IGCC,的基本概念,煤、沥青、石油焦,燃气轮机,发电,2024/10/6,8,IGCC,的基本概念,气化技术和高效联合循环相结合的先进动力系统,70,年代开始研发、,90,年代开始商业示范,高效率、低污染先进的洁净煤发电技术,A,C,B,与传统发电相比，,IGCC,的经济、环保优势突出,2024/10/6,9,IGCC,的基本概念,44%,50%,百万千瓦超超临界,IGCC,发电效率,绿色环保,IGCC,能“洗”掉煤炭中,99%,的污染物，可实现包括二氧化碳在内的污染物的近零排放。,2024/10/6,10,IGCC,的基本概念,十分之一,常规电站,IGCC,污染物,NOx,二分之一,水,五分之一,硫,2024/10/6,11,IGCC,的基本概念,节水,产业链长,燃料适应性广,IGCC,98%,以上的脱硫率在使用含硫量高于,3%,的高硫煤、高硫石油焦时优势突出。,燃煤电厂的烟气量巨大，,SO2,浓度低，脱硫成本很高。,IGCC,采用高压气化工艺，因此脱硫装置小，效率高，成本低。,IGCC,采用纯氧气化，氮气引入量少，热力型,NOx,生成量很少，在燃烧室内注入氮气、蒸汽进一步降低温度控制热力型,NOx,生成。未来,Nox,和,CO,排放将低于,3ppm,。,来源于,广州化工,2009,，,37-9,，,P215,2024/10/6,12,IGCC,的基本概念,IGCC,目前还不能大幅度减少,CO2,排放，但可以实现在燃料燃烧前将,CO2,分离和捕集。,气化后合成气压力较高，脱除,CO2,比烟气中更容易。,IGCC,采用了合成气净化技术，使得粉尘接近零排放。,来源于,广州化工,2009,，,37-9,，,P215,2024/10/6,13,IGCC,的基本概念,CO2,减排目标,2024/10/6,14,IGCC,的基本概念,CO2,的封存和利用,地质封存：,CO2,被压缩到天然地质库，比较好的选择是海洋（深度,1000-3000m),、地下含盐储水层（深度,800m,以上）、废弃油气井。,矿石碳化：一定条件下使,CO2,与天然物质反应生成稳定的固体矿物，目前处于研究阶段。,化学利用：催化加氢，合成甲醇、甲烷、甲酸等；高分子合成，合成聚碳酸酯、橡胶等；有机合成，合成尿素衍生物。此法成本过高，处于研究阶段。,来源于,电力设备,2008,，,9-5,，,P7,2024/10/6,15,IGCC,的基本概念,CO2,的封存和利用,CO2,气驱强化采油（,EOR,）：,EOR,法应用,CO2,提高原油开采量，同时部分封存,CO2,。,此技术比较成熟，美国在上世纪,70,年代就商业应用。,利用注入,CO2,从煤层获得煤层气的技术（,ECBM,）也有良好前景。,生物固化：水藻类生物大量吸收,CO2,。成本过高。,氨吸收,CO2,生成碳酸氢铵。,来源于,电力设备,李现勇,2008,，,9-5,，,P7,2024/10/6,16,IGCC,的基本概念,多联产,IGCC,，是以煤气化为基础，保留,IGCC,高效、清洁的优势，同时生产氢气、甲醇、二甲醚、乙烯等多种化工产品。,多联产更适合石化行业的特点，有利于发挥,IGCC,的综合优势。,多联产,IGCC,是电力与化工产品的高度联合，系统更具经济性和实用性。,涉及多系统整合，更具创新性、示范性。,2024/10/6,17,IGCC,的基本概念,IGCC,的国外发展,2024/10/6,18,1985,年到,2000,年,美国先后部署了,5,轮“洁净煤发展计划”,1,政府资助,（,50%-80%,）,2,自主技术,欧盟国家总的能源结构中仍以煤为主,因此,欧盟也十分重视,IGCC,的发展,欧洲的两座,IGCC,示范电站都得到了欧盟的支持,参与的国家有荷兰、德国、西班牙、法国等,IGCC,示范电站所采用的技术也全部来自欧盟国家。从技术的角度看,荷兰的,Buggenum,IGCC,示范电站和西班牙的,Puerto llano IGCC,示范电站技术更为先进,也最具代表性。这两个示范电站使欧洲的煤气化技术和燃气轮机技术得到了巨大的跨越。,IGCC,的国外发展,2024/10/6,19,欧盟,2004,年开始执行,HYPOGEN,项目,该项目从,2004,年开始,到,2015,年完成建设和示范运行,总投资达到,13,亿欧元,目标是建成以煤气化为基础的生产,192MW,电力和氢的近零排放电站,并进行,CO2,的分离和处理。德国提出了,COORETEC,计划,旨在研究开发以化石燃料为基础的近零排放发电技术。,日本非常重视,IGCC,的研究开发,走的是一条自主开发的道路。从煤气化技术到燃气轮机技术,在政府和企业的共同努力下,取得了较大的进展。,IGCC,的国外发展,2024/10/6,20,IGCC,的国外发展,来自,http:/www.chinaep- 蒸汽联合循环电站工程”,IGCC,的国内发展,2024/10/6,23,关注要点,关键技术,示范电站,降低造价,福建炼化,IGCC,的主要功能,2024/10/6,24,福建联合石化,福建炼化,IGCC,的主要功能,IGCC,以炼油产生的沥青作原料，为一体化工程提供氢气、各种规格蒸汽、氮气、氧气和电力。,2024/10/6,25,I,1200,万吨,/,年炼油,II,III,IV,80,万吨,/,年乙烯,70,万吨,/,年,PX,芳烃联合,IGCC,等装置,福建炼化,IGCC,项目简介,2024/10/6,26,装置,公用工程,碳黑膜滤,变压吸附,（,PSA,）,气化,辅助锅炉,系统,酸性气体脱除,丙烯制冷,空分,汽电联产,（,Cogen,）,一氧化碳,变换,装置组成,2024/10/6,27,福建炼化,IGCC,项目简介,装置规模,年操作时间：,8400,小时,沥青进料：,76.2,万吨,/,年,氢气：,3.98,6,万吨,/,年（,99.9vol%,）,发电：,318MW,超高压过热蒸汽：,443t/h,（,11MPa,，,530C,）,高压过热蒸汽：,334t/h,（,3.6MPa,，,390C,）,中压蒸汽：,53.6t/h,（,1.1MPa,）,2024/10/6,28,AGR,rectisol,AGR,Rectisol,Shift Gas,福炼,IGCC,流程图,AIR,SEPARATION,UNIT,AIR,OXYGEN,NITROGEN,STEAM,FEED OIL,STEAM,WATER DISCHARGE,METALS,SOLID,RECOVERY,WASTE WATER,SYNGAS GENERATION AND GAS COOLING,STEAM,STEAM,Shift Reaction,PSA,HYDROGEN,Tail Gas,Claus gas,Stack gas,Solvent regeneration,COMBINED,CYCLE,UNIT,POWER,Syngas,to GT,25.7,万,Nm3/h,其中粗氮,7.4,万,Nm3/h,H,：,5.8,万,Nm3/h,M: 1.2,万,Nm3/h,90.7t/h,19.4,万,Nm3/h,6.3,万,Nm3/h,3.98,万,t/a,318MW,GTG 134MW,STG 30MW,11MPa 530C 443t/h,3.6MPa 390C 334t/h,2,套,4,万,Nm3/h,2024/10/6,29,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,30,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,31,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,32,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,33,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,34,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,35,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,36,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,37,IGCC,主流程介绍,2024/10/6,38,Cogen,流程简图,2024/10/6,39,燃气轮机发电,两台,GE,的,PG9171,燃机,-,配套压气机、空滤器、水洗装置等,配套两台,Bresh,的两台发电机组,-,发电机铭牌,156MW,，,15kV,，,50Hz,-,配套励磁系统，空冷器等,2024/10/6,40,余热锅炉,HRSG,每台燃机配套一台,HRSG,回收燃机烟气废热，产生高压蒸汽（,3.7MPaG,390,）的蒸汽,320t/h,每台,HRSG,设置烟道补燃装置将蒸汽产量增加到,400t/h,正常情况下不需要补燃,补燃燃料为燃料气（,Fuel Gas,）,HRSG,为卧式，包括烟囱,2024/10/6,41,SHP,辅助锅炉,两台,三种燃料：,-PGO/PFO,（等同于重燃料）,-,燃料气，正常情况下连续用的燃料,-,燃料油，开车用燃料,总的蒸汽产量,225t/h,-,正常情况下燃烧,PFO/PGO,燃料产生蒸汽,100t/h,2024/10/6,42,POX,蒸汽过热器,两台,过热,POX,装置产生的饱和蒸汽,正常情况下每台过热器的负荷各,50,可能的话可以用一台,蒸汽温度由燃料气量控制,2024/10/6,43,蒸汽轮机发电机组,两台,进汽参数为,SHP,蒸汽,双抽模式：抽出,HP,蒸汽（,3.6MPa,，,390C,）,抽出,MP,蒸汽（,1.1MPa,，,260C,）,发电量：,2X25MW,2024/10/6,44,发电情况,2,台,GE,燃气发电机组（额定发电量,156MW,）,2,台汽轮发电机组（额定发电量,25MW,）,无刷励磁发电机,燃气发电机额定电压,15kV,，升压到,110kV,后接入总变。,蒸汽发电机额定电压,10.5kV,，升压到,35kV,后接入总变。,2024/10/6,45,技术难点和创新,2024/10/6,46,大型炼化配套的多联产,IGCC,装置与用于纯发电的,IGCC,装置有很大不同：,一体化工程,IGCC,装置的原料将不仅仅限定为煤或天然气，有可能是一体化装置中任何可用的中间产品或废物，如渣油、脱油沥青、石油焦等；,一体化工程,IGCC,装置的产品目的不再主要是发电，而是为一体化工程供应氢气、蒸汽、合成气、氧气、氮气等，发电作为调节蒸汽平衡的手段；,2024/10/6,47,多联产,IGCC,装置涉及到气化、变换、脱硫、脱碳、制氢、硫回收、燃机、汽机等诸多单元技术，这些单元技术尽管都比较成熟，但如何将它们有机的集成在一起，使能量利用率和投资效益最高难度很大；,作为公用工程岛，,IGCC,装置为炼化装置提供氢气、合成气、蒸汽等，为保证炼化装置的稳定运行，要求,IGCC,装置有很高的可靠性和适应性。,2024/10/6,48,独立来看，福炼项目,IGCC,装置内部各单元的设计都比较成熟，但按照炼油乙烯一体化工程的总体设计要求，不仅,IGCC,内部各单元具有高度关联性，而且需要通过整合技术满足其他装置的工况变化和氢气、蒸汽的需求。这种高度关联的工艺流程设计在国内石化行业尚属首例，与电厂,IGCC,流程相比，要保证其运行的稳定性与可靠性，复杂性要高很多，这给本项目的设计带来许多困难。,2024/10/6,49,主要难点有：,国内首套，缺少,IGCC,装置整体的,PDP,装置采用的造气制氢、燃气透平产汽,/,发电工艺在国内石化行业属首例，与国内电厂的相关流程相比更为复杂。国内相关行业的各设计单位及国际上的工程公司在此类高综合性项目上均缺少相关的工程设计经验。尤其是,Cogen,装置，缺少各功能单元间的联系，缺少相关配套系统的设计，缺少,POx,和,Cogen,两部分间有机的联系。整体上,IGCC,全装置无法形成统一的系统，全装置的控制无法有机地联系起来。,IGCC,全装置在整体上没有完整的,PDP,，尤其是装置单元之间、第三方设备包之间、各控制系统之间的整合是,IGCC,的核心技术。,2024/10/6,50,与一体化装置关联度高，外界要求苛刻,作为一体化工程的公用工程岛，,IGCC,装置最重要的产品是超高压蒸汽和氢气，其中蒸汽的稳定涉及到一体化工程全厂的稳定运行，其可靠性至关重要，而另外一个产品氢气品质和流量的稳定也决定了一体化工程炼油部分装置的稳定生产。,另外，生产负荷要求为,60%150%,，与常规化工装置相比，波动范围大。,IGCC,装置还需要稳定运行以消耗上游单元的产出物脱油沥青，因为炼油到,IGCC,之间的沥青存储时间很短。,2024/10/6,51,与一体化装置关联度高，外界要求苛刻,IGCC,装置内的原料、燃料、公用工程互供关联度高，系统复杂。上下游各单元相互依存，单元内又相对独立；从装置内单元间的小系统到一体化装之间的大系统，从单元间的密切关联到一体化项目的纽带，,IGCC,必须要面临装置内各系统的整合并接受外部条件的限制。,2024/10/6,52,与一体化装置关联度高，外界要求苛刻,IGCC,生产的合成气，经,CO,变换及净化后，一部分净化合成气由,PSA,装置进行氢气提纯，送入一体化氢气管网，并负责调节氢气管网平衡，确保炼油装置平稳运行，因此，保氢是,IGCC,装置在一体化项目中的第一责任；其次，,IGCC,向全厂提供大部分超高压蒸汽，驱动如乙烯单元的裂解气压缩机驱动透平等大型机组，此外，,IGCC,从界区外接收部分高压、中压及低压蒸汽，负责控制全厂蒸汽管网平衡,2024/10/6,53,第三，,IGCC,内的空分装置向全厂提供氮气和氧气，满足一体化项目氮气和氧气需求；最后，,IGCC,的联合发电系统向全厂提供大部分的电能。对于上述与界区外息息相关的几个主要产品及目的而言，因产汽设备、用汽设备的繁多及工艺装置对蒸汽系统的依赖度高，确保全厂蒸汽管网平衡尤其显得复杂且难以控制。,2024/10/6,54,既要考虑装置可靠性又要保证合理投资额度,IGCC,必须连续运行，否则影响炼油乙烯，因此我们要考虑部分重要设备的备用等；由于工况多，负荷波动时需要,IGCC,装置的控制系统自动调节达到稳定，这造成控制系统庞大、复杂、投资高。例如，,SHELL,工艺的控制系统设置十分复杂，控制方案可靠，联锁繁多，这在提高了安全可靠性的同时，也带来了装置操作灵活性的限制，影响到对装置一次性投资的控制。如何解决装置的安全性和可操作性这一对矛盾，以及与技术经济指标的矛盾是摆在设计面前的一个课题。,2024/10/6,55,系统整合工作复杂、要求高,IGCC,最大的难点，是对这套装置各单元的整合集成。工艺先进、构成复杂、生产产品种类多，是这个公用工程岛的显著特点。如何在装置生产运行过程中，使这些单元有机地联接在一起，按照整个项目的设计参数、生产工艺要求平稳运行，确保各个单元的,“,动作,”,既彼此独立，又和谐一致稳定，是福建炼油乙烯,IGCC,项目需要解决的重大技术课题。,2024/10/6,56,技术先进但工程成熟度不足，气化等关键控制系统复杂，系统整合对成套设备包的工艺、控制设计要求高。,IGCC,装置技术先进，但同时也缺乏实际操作验证。由,Shell,新专利在国外类似装置的开车及运行情况不理想。酸性气体脱除单元,PDP,的供应商,Lurgi,公司在低温甲醇洗工艺上有丰富的经验，但是福炼,IGCC,流程首次采用了膨胀机流程以节能降耗，同时涉及到变换气和合成气的混合，变换气和合成气两个系统在运行既要相互协调又要考虑特殊工况下的负荷不匹配问题。同样，,GTG,的供货商,GE,公司也是在福炼,IGCC,项目中第一次采用低热值的合成气作为燃料，,GTG,的关键部件烧嘴、燃烧室等和相关的系统也是,GE,公司为福炼,IGCC,项目特殊设计和制造的。对于非发电目的的燃机控制系统设计，,GE,也没有太多经验。,2024/10/6,57,技术优化及创新：,为攻克以上难点，中石化宁波工程公司进行了大量工作，取得了许多技术创新,完善流程，对单元流程和设备设计进行优化，对关键控制与逻辑进行完善和优化，确保装置本质安全,安全及可靠性分析（在最终的,RAM,分析报告中，筛选出了,IGCC,项目中各单元在可靠性、实用性和可维护性方面的关键设备，并分析了其对于,IGCC,的长周期运行可能造成的潜在影响。,RAM,分析还提出了在系统设计中应该完善的一些建议，适当的维修和检查程序应当落实到位，来检测和防止特别是关键设备出现的故障。）,2024/10/6,58,技术优化及创新：,系统整合、提高装置可靠性，满足一体化项目对,IGCC,的要求,装置整合工况分析,主控系统设计,应用装置动态模拟计算，对复杂工况进行定量的验证，进而优化设计,控制方案的整合和优化,控制系统的整合和优化,硫排放,IGCC,装置每年输入的硫为,5.73,万吨,/,年,输入系统的灰量为,1500,吨,/,年。,2024/10/6,59,污染物减排效果,硫排放,脱硫后的合成气硫含量在,0.1ppm(v),以下,酸性气体脱除尾气排出的硫化氢含量在,20,ppm(v,),以下,装置年总硫排放量仅为,348.7,吨,2024/10/6,60,污染物减排效果,57300,吨,/,年,348.7,吨,/,年,2024/10/6,61,污染物减排效果,硫排放量,氮氧化物排放,辅助锅炉排出烟气中的,NOx,含量仅为,400mg/Nm3,燃气轮机采取合成气补氮、增湿等抑制,NOx,生成的措施，排放烟气中的,NOx,含量仅为,40mg/Nm3,2024/10/6,62,污染物减排效果,NOx,排放,：,国家标准,450 mg/Nm,3,IGCC,控制指标,100 mg/Nm,3,2024/10/6,63,污染物减排效果,固体污染物排放,脱油沥青带入的灰分量为,1500,吨,/,年。原料中的灰分最终随碳黑滤饼一同送入下游单元，与一体化项目的其他固体废料集中焚烧处理，副产高压蒸汽,。,2024/10/6,64,污染物减排效果,序号,项目,单位,IGCC,装置,常规动力装置,1,总硫排放,吨,/,年,348.7,2,822,2,氮氧化物,(NOx),排放,吨,/,年,2,122,8,549,3,CO,2,排放,千吨,/,年,3,369,6,822,4,锅炉烟气排放量,Nm,3,/h,255.210,4,282.710,4,5,烟尘排放,mg/Nm,3,0,50,6,烟囱规格,高度,70m,高度,180m,与常规锅炉发电装置的比较,从上表可以看出：,IGCC,装置的总硫排放量仅为锅炉发电装置（设置烟气脱硫系统）的,12%,；,NOx,排放量仅为常规装置的,25%,；,CO2,排放量不到常规装置的,50%,；,相应烟囱高度要远低于常规装置。,主要大气污染物及,CO2,排放量比常规装置先进，从总体上大大降低了一体化项目建厂的环保压力。,CO2,气体排放源酸性气体脱除尾气中的,CO2,含量高达,95%(v),。烟气组成均非常有利于碳捕集的实施。,2024/10/6,65,污染物减排效果,装置耗水量,IGCC,装置采用燃气轮机发电技术与常规发电装置相比，循环水量大大减少。福炼,IGCC,装置的循环水消耗量为约,22300m3/h,，同等规模产能的锅炉发电装置循环水消耗量约为,65000m3/h,。,IGCC,装置循环水消耗量为同等规模产能的锅炉发电装置的,34%,，相当于每年可减少循环水消耗量,900,万吨。,2024/10/6,66,污染物减排效果,2024/10/6,67,IGCC,全装置于,09,年,3,月,3,日建成中交，到,09,年,7,月,22,日，燃机合成气切换成功，全流程打通，历时,4,个月完成了开车和试运行工作。装置的开车过程时间短，效率高。,空分装置于,2009,年,2,月,6,日产出合格氧气和氮气；辅助锅炉系统于,2009,年,2,月,9,日点火开始产汽。,2009,年,6,月,15,日气化装置投料开工，全系统相继投入运行；,2009,年,6,月,20,日，装置产出合格的氢气；,2009,年,7,月,22,日，燃机合成气切换成功，,IGCC,全流程打通；,2009,年,11,月,11,日，全装置顺利进入商业运行。,顺利开车、稳定运行,2024/10/6,68,2024/10/6,69,2024/10/6,70,Thanks!,