技術背景

  國內現狀:由于我國能源特點是缺油少氣,煤炭資源相對豐富,而直接將煤燃燒給環境帶來巨大的污染,因此利用煤氣化技術,將煤轉換成可燃性的氣體后再利用,減少對環境的污染。對于煤氣化爐類型,目前主要有固定床、流化床和氣流床三種,對于不同的爐型,相應的有固定床間歇氣化爐、灰熔聚、德士古、恩德爐等多種造氣方式??傮w而言,目前這些制氣方式存在一系列問題:裝置環境污染較大,現場粉塵量較大,操作環境差,工藝相對落后,投資費用及占地面積大,設備產能較低等問題。

  國外狀況:20 世紀20 年代,世界上就出現了常壓移動床煤氣發生爐;第二代煤氣化技術開發于20世紀60年代,到20世紀80年代,開發的煤氣化新技術,有的實現了工業化,有的完成了示范廠試驗,具有代表性的爐型有德士古(Texaco)水煤漿加壓氣化爐、熔渣魯奇爐、高溫溫克勒爐(HTW)及謝爾(Shell)干粉煤加壓氣化爐等。這些氣化爐亦有相當多的技術缺陷,如:使用煤種狹窄、凈化系統復雜(焦油處理)、氧耗高、設備投資成本高等。

  美國:美國的煤氣發生爐研究應用一直處于世界領先水平,美國最新的等離子煤氣發生爐在節能減排、煤炭氣化效率、及降低氧耗方面都有突破性的進展。最具代表性的是美國西屋公司研發的等離子炬煤氣發生爐,但由于美國對中國利用煤炭清潔高效利用的戰略性針對,使用技術封鎖及嚴格的保密制度,導致等離子煤氣發生爐一直未能在中國市場進行應用。

圖為美國的等離子炬煤氣發生爐

河海的等離子氣化工藝

  河海等離子氣化技術是在美國西屋等離子火炬公司最早發明和利用的等離子火炬進行航天試驗和民用推廣的基礎上,通過不斷地測試、研發與改進,增加河海獨有的新技術,從而使等離子氣化技術趨于成熟化應用,實現煤炭的清潔高效利用,得到一個環保、靈活和經濟的能源解決方案,可應用于中小型的新建項目、改造老化的煤和石油發電設施以滿足新的電力或專用氣液生產的需要。

PGCC工藝系統及優勢

  河海等離子氣化技術是在美國西屋等離子火炬公司最早發明和利用的等離子火炬進行航天試驗和民用推廣的基礎上,通過不斷地測試、研發與改進,增加河海獨有的新技術,從而使等離子氣化技術趨于成熟化應用,實現煤炭的清潔高效利用,得到一個環保、靈活和經濟的能源解決方案,可應用于中小型的新建項目、改造老化的煤和石油發電設施以滿足新的電力或專用氣液生產的需要。

1、目標定位

  河海利用獨有的等離子氣化爐加上燃氣輪機(內燃機)或燃氣鍋爐+蒸汽輪機等發電系統,實現煤炭的清潔高效利用,可建立煤炭清潔高效分布式能源模式——PGCC系統(等離子氣化清潔循環熱動系統),是一種既具有天然氣清潔環保的特性,又具有煤炭的廉價成本優勢的系統,為突破中國傳統分布式能源模式做出貢獻。

  PGCC系統名詞釋義:

  P: Plasma,集水蒸氣等離子發生器、氧等離子發生器、等離子點火炬于一體的等離子氣化技術;

  G:Gasification,通過等離子技術將蘭炭燃料清潔氣化為主要成分是H2和CO的可燃性氣體;

  C:Clean,集勒納德塔、等離子脫硫脫硝、冷凝式煙氣余熱回收于一體的清潔排放系統;

  C:Cycle,通過熱電聯產技術形成以燃氣蒸汽化水為載體的聯合循環系統。

2、系統介紹

  PGCC系統由等離子氣化系統、鍋爐燃燒系統、汽機發電系統以及煙氣凈化處理系統四大子系統組成,該系統采用了等離子技術、蘭炭氣化技術、煙氣凈化處理技術以及熱電聯產等前沿技術。

  

等離子氣化系統

  等離子氣化是蘭炭在等離子氣化爐中的一個氣化過程。利用等離子點火器產生的等離子電弧制造高能熱環境,通入適當比例的等離子氣化劑,使蘭炭在等離子活性狀態的熱環境中發生一系列復雜的化學反應,生成主要成分為H2、CO的可燃氣體,可燃氣體具有純度高、潔凈的優點。

  

  該系統主要由水蒸氣等離子發生器、氧等離子發生器、等離子點火炬、等離子氣化爐四大設備組成。

  • 水蒸氣等離子發生器:根據布朗氣發生器的原理,通過研發改進,增加等離子模塊,經過一系列復雜的化學反應產生等離子氧化劑,其改進的主要目的是解決等離子產生過程中的安全問題,提高系統的整體穩定性。
  • 氧等離子發生器:氧等離子體由氧分子、氧原子、激發態氧以及正、負離子組成??傮w上是電學中性和化學中性的,具有比氣體更高的能量和很好的導電性。
  • 等離子點火炬:等離子體內含有大量化學活性的粒子,如原子(C、H、O)、原子團(OH*、H2*、O2*)、離子(O2-、H2-、OH-、O-、H+)和電子等,可加速熱化學轉換,促進燃料完全燃燒。利用等離子炬發出電弧產生的高強度熱源來點燃蘭炭,并將火焰在氣化爐內逐級放大,能將蘭炭中的炭氣化成燃氣(主要為H2和CO),無機物則可變成無害熔渣。
  • 等離子氣化爐:蘭炭在干餾段經過充分的干燥,進入氣化段,熾熱的蘭炭在氣化段與等離子氣化劑(由水蒸氣等離子發生器產生)充分反應生成燃氣,產生的灰渣由爐篦驅動從灰盆自動排出。

鍋爐燃燒、汽機發電系統

(1) 蒸汽輪機發電系統(配套ORC低溫余熱發電)

  PGCC發電系統可由鍋爐—蒸汽輪機發電系統組成。燃料在鍋爐中燃燒加熱水形成蒸汽,蒸汽壓力推動汽輪機轉動,然后汽輪機帶動發電機旋轉,最終將機械能轉變成電能。做完功后的低品位蒸汽還可以用ORC發電技術再次進行發電(整體熱效率得到明顯提高)??蓛灮瘋鹘y能源結構,提升能源使用效率,減少污染物排放,降低環境壓力。

(2) 內燃機發電系統

  從等離子氣化爐制取的氣體在內燃機中燃燒做功,產生部分電力。缸套水可用于供熱。內燃機產生的煙氣進入余熱鍋爐繼續放出熱量,鍋爐產生的蒸汽推動汽輪機發電,乏汽可用于供熱。

(3) 燃氣輪機發電系統

  從等離子氣化爐制取的氣體在內燃機中燃燒做功,產生部分電力。產生的煙氣進入余熱鍋爐繼續放出熱量,鍋爐產生的蒸汽推動汽輪機發電,乏汽可用于供熱。

煙氣超凈化處理系統

  該系統主要由勒納德塔、等離子脫硫脫硝一體化裝置、冷凝式煙氣吸收塔組成。

(1) 勒納德塔:利用勒納德效應,產生大量的負氧離子,利用其氧化吸收作用,可去除煙氣中部分的硫化物和NOx。勒納德深度除塵塔在去除煙氣中硫化物、NOx的同時,可以將煙氣溫度和相對濕度控制在適當的條件;為下一步等離子脫硫脫硝煙氣處理提供最佳的反應工況。

(2) 等離子脫硫脫硝一體化裝置:
  等離子脫硫脫硝處理過程: 煙氣進入等離子脫硫脫硝一體化裝置后,煙氣中的O2和水蒸氣發生激活,產生強氧化性的自由基O-,OH-,(HO2)3-和H2O2等。通過這些自由基將煙氣中的SO2氧化為SO3、NO氧化為NO2,SO3與水生成H2SO4、NO2與水生成HNO3。生成的H2SO4、HNO3可作為副產物利用。

等離子脫硫脫硝化學反應原理:
  利用等離子設備產生強電壓低電流反應室,將煙氣成份激活,形成活性自由基,在這狀態下SO2會形成自由基,引發復雜的鏈反應 ,最終重組形成穩定的更易于被水吸收的SO3;等離子體自由基 OH*、O*、N*、 OH*、O3*等與NO反應。

(3) 冷凝式煙氣吸收塔:
  基本原理:在高效換熱層涂裝特殊納米材料,可增大過濾板對水的吸附力(粘滯力),使過濾板上附著水流后,減小過濾板間隙,產生納米通道,從而提高煙氣降溫效果。
  吸收塔的主要作用:用于降低煙氣的排放溫度,經冷凝式煙氣吸收塔作用后,煙氣排放溫度可降至環境溫度。采用多層高效換熱層可以最大限度降低煙氣溫度, 煙氣排放無明顯白色煙霧形成,真正實現超凈排放。

        

系統優勢

  • 整個PGCC工藝系統經過不斷的技術更新,形成節能環保產業鏈。
  • PGCC系統利用等離子氣化技術將蘭炭轉化為可燃氣體,實現少投入、高產出、低污染,盡可能把對環境污染的排放物消除在生產過程之中。
  • 利用制備的可燃氣體作為燃料,通過高效的燃燒設備提高燃料能量利用效率,并采用勒納德塔+等離子煙氣脫硫脫硝一體化裝置+冷凝式煙氣吸收塔,最終使煙氣達到“近零”排放和廢熱深度回收利用,環境效益非常顯著,為城市提供清潔能源。
  • PGCC系統投資成本和運行成本都大大低于天然氣分布式能源系統,為中國能源發展提供了一個新的思路和未來。

詳情咨詢

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