張惠群，李 鵬

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，西安 710075)

煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電是新一代高效、潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)，其廠供電效率、脫硫率、NOx排放量、耗水量均優(yōu)于常規(guī)電廠。而與IGCC電廠配套的除灰除渣系統(tǒng)，按專業(yè)或區(qū)域劃分均處于氣化島范圍內(nèi)，目前氣化爐的除灰渣設(shè)計(jì)技術(shù)掌握在氣化爐技術(shù)擁有方或部分化工設(shè)計(jì)單位，且國(guó)產(chǎn)化煤氣化爐相關(guān)的灰渣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)處于仿制階段。本文以某IGCC示范項(xiàng)目為依托，通過(guò)對(duì)氣化爐除灰渣的工藝特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，提出優(yōu)化建議，以期形成對(duì)煤氣化爐除灰渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)思路。

1 工程概況

華能天津IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))項(xiàng)目示范工程以國(guó)家“十一五”863計(jì)劃重大課題為依托，是我國(guó)首臺(tái)自主開發(fā)、自主設(shè)計(jì)、自主制造、自主建設(shè)、自主運(yùn)營(yíng)的IGCC示范機(jī)組，于2011年底投產(chǎn)運(yùn)行，機(jī)組容量為267 MW、發(fā)電效率為48.4%、廠用電率為15.21%、供電煤耗為299.3 g、除塵效率為99.99%、脫硫效率大于99%，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)際IGCC示范工程的先進(jìn)水平。其核心技術(shù)為某研究院研發(fā)的2 000 t/d級(jí)干煤粉加壓氣化爐，采用兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)，其特點(diǎn)是在氣化爐二段加入干煤粉，吸收一段高溫煤氣的熱量，以降低氣化爐出口溫度，提高冷煤氣效率。

本文主要針對(duì)該工程除灰渣系統(tǒng)進(jìn)行研究，除渣系統(tǒng)采用刮板撈渣機(jī)，貯渣倉(cāng)，裝車外運(yùn)系統(tǒng)，除灰系統(tǒng)采用旋風(fēng)除塵器，高溫高壓過(guò)濾器，鋼灰?guī)?，氣化風(fēng)，卸料系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)原始資料

2.1 鍋爐燃煤

該工程設(shè)計(jì)煤種燃煤量為87.08 t/h，校核煤種燃料量為91.84 t/h。煤質(zhì)分析見(jiàn)表1。

表1 煤質(zhì)分析

2.2 鍋爐灰渣量

該工程飛灰排出方式有三種：飛灰循環(huán)模式(正常工況)：約有90%～100%參加飛灰循環(huán)輸送至磨煤機(jī)，約有0～10%左右的飛灰排出送至灰?guī)欤划?dāng)飛灰循環(huán)系統(tǒng)短期故障的情況下，飛灰不排往磨煤機(jī)，而排至灰?guī)?；飛灰不參加循環(huán)系統(tǒng)。鍋爐灰渣量見(jiàn)表2。日利用時(shí)間按24 h，年利用時(shí)間按6 000 h計(jì)算；氣化爐排灰渣以飛灰循環(huán)模式為主，另外兩種模式極少發(fā)生。

表2 灰渣量

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 除渣系統(tǒng)

除渣系統(tǒng)采用灰渣激冷罐、水力旋流器、循環(huán)灰水冷卻器、灰渣放料罐、刮板撈渣機(jī)、貯渣倉(cāng)、裝車外運(yùn)系統(tǒng)構(gòu)成。煤粉高溫氣化后產(chǎn)生的1 400 ℃熔融狀爐渣和灰分向下流入氣化爐底部的灰渣激冷罐，遇水激冷后，迅速分解成玻璃狀灰渣小顆粒，灰渣顆粒向下流入渣收集罐中。78 ℃的灰水由循環(huán)泵從渣收集罐的頂部抽出，經(jīng)水力旋流器和循環(huán)灰水冷卻器循環(huán)回到灰渣激冷罐。灰渣由渣收集罐進(jìn)入渣放料罐，當(dāng)所有的灰渣進(jìn)入渣放料罐后，渣放料罐即與渣收集罐隔絕并開始卸壓，然后將渣水全部送出界外。由排放水罐來(lái)的40 ℃低壓循環(huán)水通過(guò)低壓循環(huán)水泵送到渣放料罐中，沖洗和重新注水完成后，用高壓氮?dú)饧訅褐?.25 MPa，然后與渣收集罐重新連通。卸壓后的渣水由渣放料罐排入刮板撈渣機(jī)，經(jīng)撈渣機(jī)的斜升段脫水后直接排入渣倉(cāng)儲(chǔ)存，渣倉(cāng)內(nèi)的灰渣由汽車定期運(yùn)至綜合利用用戶或灰場(chǎng)。

該工程設(shè)置2臺(tái)水浸式刮板撈渣機(jī)，1運(yùn)1備，撈渣機(jī)連續(xù)額定出力為15 t/h，最大出力60 t/h。每臺(tái)撈渣機(jī)溢流水池頂部配置1臺(tái)出力為60 m3/h的溢流水泵，下部帶有攪拌功能，將渣水定期排至渣水澄清單元。撈渣機(jī)水平段的前部和中部均為渣池，尾部為溢流水池，渣池容積大于定期最大排渣(水)的總?cè)莘e。撈渣機(jī)出口配置1座鋼結(jié)構(gòu)渣倉(cāng)，有效容積為200 m3，可容納鍋爐最大出力(BMCR)工況下燃用設(shè)計(jì)煤種25 h的渣量。渣倉(cāng)下部設(shè)有裝車操作室。

3.2 除灰系統(tǒng)

除灰系統(tǒng)采用旋風(fēng)除塵器、高溫高壓過(guò)濾器、飛灰收集罐、飛灰放料罐、中間儲(chǔ)罐、飛灰充氣倉(cāng)、鋼灰?guī)?、氣化風(fēng)、卸料系統(tǒng)構(gòu)成。合成氣冷卻器送來(lái)的3.06 MPa、340 ℃合成氣中夾帶一定量的飛灰和氣化爐二段中未氣化的碳黑顆粒，送入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行預(yù)除灰，其除塵效率不低于50%，然后進(jìn)入高溫高壓過(guò)濾器進(jìn)一步過(guò)濾除灰，過(guò)濾后的合成氣中灰塵含量約1～2 mg/m3。旋風(fēng)除塵器與高溫高壓過(guò)濾器過(guò)濾下來(lái)的飛灰分別通過(guò)各自的飛灰收集罐落入飛灰放料罐。當(dāng)飛灰放料罐中的飛灰量達(dá)到高料位時(shí)，進(jìn)行卸壓放料，旋風(fēng)除塵器與高溫高壓過(guò)濾器過(guò)濾下的飛灰落入各自的飛灰收集罐中。

飛灰由飛灰卸料冷卻罐進(jìn)入中間儲(chǔ)罐，流化氣體通過(guò)儲(chǔ)罐過(guò)濾器送入大氣。飛灰由中間儲(chǔ)罐進(jìn)入飛灰充氣倉(cāng)，然后通過(guò)飛灰循環(huán)吹掃器將90%的飛灰送到磨煤及干燥單元循環(huán)利用，10%的飛灰送出界區(qū)外。飛灰以氮?dú)庾鰟?dòng)力在管道內(nèi)被輸送至灰?guī)靸?chǔ)存，由于90%～100%的飛灰循環(huán)輸送回磨煤機(jī)，只有0～10%左右的飛灰送至灰?guī)?，飛灰量較少，因此該工程設(shè)置1座錐底鋼結(jié)構(gòu)灰?guī)?，灰?guī)熘睆綖? m，高19.7 m，有效容積為300 m3，可容納氣化爐滿負(fù)荷工況下燃用設(shè)計(jì)煤種33 h的灰量?；?guī)靸?nèi)設(shè)置1套氣化裝置?；?guī)鞄?kù)頂配置1臺(tái)過(guò)濾面積40 m2的過(guò)濾器，凈化庫(kù)內(nèi)排氣。灰?guī)煸O(shè)有2個(gè)排放口，一路裝設(shè)干式散裝機(jī)，供罐車裝運(yùn)干灰運(yùn)至綜合利用用戶；一路裝設(shè)雙軸攪拌機(jī)，將灰加水混合成為含水率25%左右的調(diào)濕灰直接裝入自卸汽車，運(yùn)至灰場(chǎng)碾壓堆放，干灰散裝機(jī)及濕式攪拌機(jī)設(shè)備出力均為100 t/h。

該工程已于2012年底投產(chǎn)發(fā)電，運(yùn)行至今未收到除灰渣系統(tǒng)運(yùn)行的不良反饋。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議

4.1 除渣系統(tǒng)的建議

a.建議除渣系統(tǒng)采用機(jī)械除渣方式，機(jī)械系統(tǒng)為連續(xù)運(yùn)行方式。由于氣化爐產(chǎn)生的渣為高溫高壓液態(tài)渣，經(jīng)激冷罐冷卻?；?，收集罐和放料罐泄壓成為溫度約50 ℃，壓力為常壓的渣水混合物，周期性排至水浸式刮板撈渣機(jī)的渣池內(nèi)，撈渣機(jī)連續(xù)運(yùn)行，粗渣經(jīng)撈渣機(jī)脫水輸送到渣倉(cāng)或皮帶機(jī)-堆渣場(chǎng)或渣倉(cāng)，定期裝車外運(yùn)。

b.建議除渣采用上回鏈的刮板撈渣機(jī)，撈渣機(jī)配備渣池和溢流水池。

4.2 除灰系統(tǒng)的建議

a.建議采用空分系統(tǒng)產(chǎn)生的熱氮?dú)獯鎵嚎s空氣作為氣力輸灰的氣源。由于氣化爐空分系統(tǒng)產(chǎn)生的熱氮?dú)夂艹湓?，可以替代壓縮空氣作為氣源進(jìn)行氣力輸灰，因此不需要單獨(dú)設(shè)置氣力輸送的空壓機(jī)。

b.當(dāng)氣化爐采用文丘里水膜除塵時(shí)，洗滌下的灰水應(yīng)經(jīng)中和、濃縮、絮凝、壓濾脫水后，裝車外運(yùn)，澄清水循環(huán)利用。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于IGCC發(fā)電工程在電力行業(yè)起步較晚，行業(yè)內(nèi)對(duì)煤氣化工藝的認(rèn)識(shí)不足，缺乏經(jīng)驗(yàn)，IGCC除灰渣工藝不同于傳統(tǒng)的燃煤電站處理工藝，通過(guò)對(duì)華能天津IGCC示范項(xiàng)目氣化爐除灰渣系統(tǒng)工藝過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成設(shè)計(jì)思路，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)為以后同類工程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。