本發(fā)明屬于先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)是將清潔的煤氣化技術(shù)和高效的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)，具有較高的發(fā)電效率和優(yōu)良的環(huán)保性能，IGCC實(shí)施CO₂捕集后能耗損失低于常規(guī)燃煤發(fā)電技術(shù)。IGCC由兩大部分組成，即煤氣化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)部分。煤氣化部分主要設(shè)備有氣化爐、空分系統(tǒng)、煤氣凈化設(shè)備、CO₂捕集裝置等；燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)等。采用干煤粉氣化爐的IGCC的工作過程簡(jiǎn)要描述為煤粉由惰性氣體輸送后在氣化爐中與工業(yè)級(jí)純氧和水經(jīng)過氣化反應(yīng)成為中低熱值煤氣(主要是CO+H₂)，經(jīng)過凈化與CO₂捕集后，除去粗煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物以及絕大部分的CO₂，使之變?yōu)榍鍧嵉吞嫉臍怏w燃料，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，然后高溫氣體工質(zhì)驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶鞴?，燃?xì)廨啓C(jī)排氣則進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。

在空分系統(tǒng)中，空氣經(jīng)過壓縮、深冷與精餾等過程，可以獲得工業(yè)級(jí)純氧，部分高純度氮?dú)?，以及純度不太高的污氮?dú)?。煤粉通常采用空分系統(tǒng)產(chǎn)生的高純度氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w輸送進(jìn)入氣化爐。高純度氮?dú)獾漠a(chǎn)生需要消耗額外的壓縮功，使空分系統(tǒng)的能耗會(huì)增加。因此，在IGCC的技術(shù)研發(fā)中，一個(gè)課題即是研究如何用少量的高純度氮?dú)廨斔兔悍邸?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送系統(tǒng)及方法，減少空分系統(tǒng)的能耗，提高氣化爐的冷煤氣效率，最終實(shí)現(xiàn)IGCC系統(tǒng)的凈效率提高，以部分補(bǔ)償CO₂捕集帶來的效率損失。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送系統(tǒng)，包括干煤粉氣化爐2，所述干煤粉氣化爐2的煤粉入口連通煤處理設(shè)備1，干煤粉氣化爐2的氧化劑入口連通空分系統(tǒng)3，氣化爐2還包括水蒸氣入口，干煤粉氣化爐2的合成氣出口依次連通廢熱鍋爐4、氣-氣換熱器5、洗滌除塵設(shè)備6、水汽變換單元7、余熱回收單元8、脫硫脫碳單元9和硫回收單元10；所述脫硫脫碳單元9的燃料氣出口連通入氣-氣換熱器5的燃料氣入口，氣-氣換熱器5的燃料氣出口連通燃?xì)廨啓C(jī)11的入口，燃?xì)廨啓C(jī)11的尾氣出口連通余熱鍋爐12的入口，余熱鍋爐12的高溫高壓蒸汽出口連通汽輪機(jī)13的入口；所述廢熱鍋爐4的高壓蒸汽出口連通余熱鍋爐12的入口；所述脫硫脫碳單元9的高純度CO₂出口連通煤處理設(shè)備1出口和干煤粉氣化爐2的煤粉入口。

所述帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送系統(tǒng)進(jìn)行煤粉輸送的方法，原煤在煤處理設(shè)備1中處理為煤粉后，由脫硫脫碳單元9產(chǎn)生高純度CO₂輸送到干煤粉氣化爐2中；空分系統(tǒng)3產(chǎn)生的純氧與另外一股水蒸氣作為干煤粉氣化爐2的氧化劑和反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入干煤粉氣化爐2中；干煤粉氣化爐2產(chǎn)生的合成氣進(jìn)入廢熱鍋爐4，干煤粉氣化爐2產(chǎn)生的渣排除；合成氣在廢熱鍋爐4釋放高溫顯熱后，進(jìn)入氣-氣換熱器5，廢熱鍋爐4產(chǎn)生的高壓蒸汽進(jìn)入余熱鍋爐12過熱；合成氣在氣-氣換熱器5中降溫并釋放熱量給燃料氣，隨后進(jìn)入洗滌除塵設(shè)備6；合成氣在洗滌除塵設(shè)備6除去灰塵、NH₃和Cl污染物后，進(jìn)入水汽變換單元7；合成氣在水汽變換單元7將大部分CO與水反應(yīng)轉(zhuǎn)換為CO₂與H₂，再進(jìn)入余熱回收單元8；合成氣在余熱回收單元降溫后進(jìn)入脫硫脫碳單元9，脫硫脫碳單元9分離出來的H₂S進(jìn)入硫回收單元10，硫回收單元10將H₂S轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品硫；脫硫脫碳單元9產(chǎn)生的CO₂分為兩路，一部分用于輸送煤粉，另一部分由電站輸出，用于利用與封存；合成氣在脫硫脫碳單元9脫除CO₂與H₂S后，成為合格燃料氣，再進(jìn)入氣-氣換熱器5升溫；燃料氣離開氣-氣換熱器5后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)11做功發(fā)電，燃燒尾氣進(jìn)入余熱鍋爐12；余熱鍋爐12產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)13做功發(fā)電，余熱鍋爐12排煙排入大氣。

進(jìn)行CO₂捕集的IGCC電站中通常會(huì)有大量的高純度CO₂，使用高純度CO₂代替高純度N₂作為干煤粉氣化爐煤粉輸送的氣體可大幅度減少IGCC電站對(duì)于高純度N₂的需求，降低空分系統(tǒng)空壓機(jī)與增壓機(jī)能耗，降低廠用電量。CO₂作為輸送氣體進(jìn)入氣化爐后，在高溫高壓條件下，還會(huì)與碳發(fā)生反應(yīng)，減少氣化過程對(duì)于氧氣的需求，降低空分系統(tǒng)的制氧規(guī)模，進(jìn)一步降低空分能耗與設(shè)備投資。此外，CO₂與碳發(fā)生的反應(yīng)可以提高氣化爐出口有效氣的產(chǎn)率，提高氣化爐的冷煤氣效率。采用CO₂輸送煤粉的IGCC電站的系統(tǒng)凈效率將有較大提高，部分補(bǔ)償了CO₂捕集帶來的效率損失。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提供的帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送新方法，使用高純度CO₂代替高純度N₂作為煤粉的輸送的介質(zhì)，從而大幅度減少IGCC電站對(duì)于高純度N₂的需求，降低空分系統(tǒng)空壓機(jī)與增壓機(jī)能耗，降低廠用電量。

2、本發(fā)明提供的帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送新方法，可減少氣化過程對(duì)于氧氣的需求，降低空分系統(tǒng)的制氧規(guī)模，進(jìn)一步降低空分能耗與設(shè)備投資。

3、本發(fā)明提供的帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送新方法，在氣化爐內(nèi)高溫高壓條件下CO₂與碳發(fā)生的反應(yīng)可以提高氣化爐出口有效氣的產(chǎn)率，提高氣化爐的冷煤氣效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用CO₂輸送煤粉的IGCC電站示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明帶CO₂捕集的IGCC系統(tǒng)中氣化爐煤粉輸送方法，原煤在煤處理設(shè)備1中處理為煤粉后，由脫硫脫碳單元9產(chǎn)生高純度CO₂輸送到干煤粉氣化爐2中；空分系統(tǒng)3產(chǎn)生的純氧與另外一股水蒸氣作為干煤粉氣化爐2的氧化劑和反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)入干煤粉氣化爐2中；干煤粉氣化爐2產(chǎn)生的合成氣進(jìn)入廢熱鍋爐4，干煤粉氣化爐2產(chǎn)生的渣排除；合成氣在廢熱鍋爐4釋放高溫顯熱后，進(jìn)入氣-氣換熱器5，廢熱鍋爐4產(chǎn)生的高壓蒸汽進(jìn)入余熱鍋爐12過熱；合成氣在氣-氣換熱器5中降溫并釋放熱量給燃料氣，隨后進(jìn)入洗滌除塵設(shè)備6；合成氣在洗滌除塵設(shè)備6除去灰塵、NH₃和Cl污染物后，進(jìn)入水汽變換單元7；合成氣在水汽變換單元7將大部分CO與水反應(yīng)轉(zhuǎn)換為CO₂與H₂，再進(jìn)入余熱回收單元8；合成氣在余熱回收單元降溫后進(jìn)入脫硫脫碳單元9，脫硫脫碳單元9分離出來的H₂S進(jìn)入硫回收單元10，硫回收單元10將H₂S轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品硫；脫硫脫碳單元9產(chǎn)生的CO₂分為兩路，一部分用于輸送煤粉，另一部分由電站輸出，用于利用與封存；合成氣在脫硫脫碳單元9脫除CO₂與H₂S后，成為合格燃料氣，再進(jìn)入氣-氣換熱器5升溫；燃料氣離開氣-氣換熱器5后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)11做功發(fā)電，燃燒尾氣進(jìn)入余熱鍋爐12；余熱鍋爐12產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)13做功發(fā)電，余熱鍋爐12排煙排入大氣。