IGCC蒸汽凝液回收利用研究

王高峰，孔 巖

（華能（天津）煤氣化發電有限公司，天津 300450）

天津IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整體煤氣化聯合循環發電系統，是將煤氣化技術和高效的聯合循環相結合的先進動力系統。它由兩大部分組成，化工島和動力島。化工島即空分裝置、煤氣化裝置、合成氣凈化及硫回收部分，動力島即燃氣-蒸汽聯合循環發電部分。在煤的氣化與凈化部分消耗大量的低壓蒸汽作為工藝蒸汽和伴熱保溫蒸汽。蒸汽在經過復雜的工藝系統和龐大的伴熱管道后，凝液的電導、鐵離子、鈉離子出現大幅升高，無法作為軟化水直接回收至動力島的凝汽器，造成電廠的除鹽水耗遠高于常規火電，如不進行精制處理回收，不但增加了發電成本，還會造成大量的資源浪費。

1 蒸汽系統介紹

天津IGCC 蒸汽系統經過多次改造，形成了復雜的中壓蒸汽系統、次中壓蒸汽系統、低壓蒸汽系統和低低壓蒸汽系統。中壓蒸汽有四路汽源，分別是外購4.2MPa 中壓蒸汽、發電島中壓再熱蒸汽、二期機組3.8MPa 中壓蒸汽、氣化爐汽包產5.0MPa 中壓飽和蒸汽。5.0MPa 中壓飽和蒸汽只作為機組運行期間氣化爐工藝用汽。低壓蒸汽的汽源有由四部分組成，分別是外購4.2MPa 中壓蒸汽減壓、發電島余熱鍋爐低壓再熱蒸汽、氣化爐低壓廢熱鍋爐產生的1.5MPa 次中壓蒸汽減壓，另外小部分低壓蒸汽由氣化爐排污以及后期匯入的余熱鍋爐中壓汽包和高壓汽包排污閃蒸供給。最為經濟的切換原則是機組啟動前使用外購蒸汽減壓，氣化爐啟動后使用低壓廢鍋次中壓蒸汽減壓，汽輪發電機并網后切換至低壓再熱蒸汽。低壓蒸汽凝液閃蒸后產生低低壓蒸汽輸送給凈化裝置工藝冷凝液汽提塔作為工藝汽源。少量的中壓蒸汽凝液和大量的低壓蒸汽凝液組成了復雜的低壓蒸汽凝液系統。冬季工況下蒸汽凝液高達25t/h，夏季工況下20t/h。

2 凝液改造實施方案

在凝液回收改造前，由于凝液電導、鐵離子、鈉離子超標無法直接回收至低壓汽包利用，全部凝液匯集后經冷卻排入IG 循環冷卻水塔，作為自來水的補充。

每小時25噸凝液直接排放，造成了大量的除鹽水損耗。為提高除鹽水再利用率，充分回收凝液中的顯熱，對蒸汽凝液回收系統進行工藝優化改造，將裝置區內不同等級的蒸汽冷凝液全部回收并分級閃蒸，將凝液熱能有效回收，既保證裝置的穩定運行，又實現裝置節能降耗。改造后氣化裝置中的氮氣加熱器、調和水加熱器、凈化合成氣加熱器產生的中壓蒸汽凝液進入閃蒸罐1進行閃蒸，閃蒸產生的低壓蒸汽匯入低壓蒸汽管網。底部凝液和空分裝置、煤氣化裝置、凈化及硫回收裝置來的低壓蒸汽凝液進入閃蒸罐2。閃蒸產生的低低壓蒸汽向凈化裝置工藝冷凝液汽提塔提供汽源。閃蒸罐2底部凝液經凝液泵和高溫凝液永磁除鐵過濾器，品質合格的凝液送入余熱鍋爐低壓汽包回收，未沖洗合格前送入氣化裝置經冷卻器冷卻后進入工藝水罐，代替除鹽水使用。未能全部回收的排入IG 塔作為自來水的補充。如表1所示。

表1 預熱鍋爐低壓汽包補充凝結水水質要求

高溫凝液永磁除鐵過濾器是一種高效節能型水處理除鐵設備，選用磁場強度8 000-14 000GS 的永磁材料，利用永磁鐵產生高強度的直流磁場，使過濾材料表面形成極高的磁場梯度，它能夠有效地去除凝結水中鐵的固態腐蝕產物，使機組的水汽品質得到很大改善或減輕凝結水混床的負荷。具有適應性強、耐高溫、自動化程度高、維護量小、使用壽命長、運行可靠等優點。當除鐵器進出口壓差大于0.05MPa，并延遲5s 未降低時，除鐵器自動選擇進行反洗步驟。當除鐵器過濾器連續運行15d 后，自動提示是否進行反洗功能，也可以手動設置反洗時間。經過實驗得出合適的反洗周期為，系統投入一周內每24h 反洗一次，水質合格后每168h 自動反沖洗一次。除鐵器自2018年投運以來，已累計運行超過8 000h，平均機組啟動一周內可以實現蒸汽凝液的全部回收。如圖1所示。

圖1 凝液回收流程圖

3 改造后效果

經除鐵器處理后的凝液能達到氫電導≤0.3μS/cm，鈉離子≤5μg/L，硬度≈0μmol/L，鐵離子≤50μg/L。滿足GB/T12145—1999，《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》、DL/T561-95《火力發電廠水汽化學監督導則》及華能集團企業標準要求。此凝液回收裝置能夠回收約25t/h 的合格熱水，進入余熱鍋爐低壓汽包，即回收了水又回收了大量熱能。蒸汽凝液回收量基本不受機組負荷影響，在降低凝汽器補水率的同時，對除鹽水系統又不造成沖擊，還實現了蒸汽凝液的零排放，低壓汽包溶氧也得到了較好的控制，在節水的同時還降低了除鹽水制水裝置的壓力，降低了廠用電率，對電廠節能降耗起到了積極的作用。如表2，表3所示。

表2 除鐵器實際運行中產水月度分析平均值

表3 預熱鍋爐低壓汽包實際運行水質月度分析平均值

4 結束語

由于我國多煤少油缺氣的能源結構特點，在一次性能源消費中，煤炭占70%以上，而油氣資源的儲量相對較低，難以扮演能源轉型升級的主角。中國能源科技創新的階段目標是：2020年前后，突破新型煤炭高效清潔利用技術，初步形成煤基能源與化工的工業體系。

整體煤氣化聯合循環（IGCC）加上多聯產，被認為是目前最具發展前景的清潔煤技術，它在燃燒前先去除煙氣中的污染物，污染少，效率高，有利于綜合利用煤炭資源，能同時生產甲醇、尿素等化工產品。天津IGCC 已經累計運行超過2萬小時，為社會提供超過51億千瓦時綠色電能，燃燒前二氧化碳捕集也已試運成功。現階段天津IGCC 的任務是提高整體運行效率和進一步發揮綠色煤電優勢，包括蒸汽凝液回收、用電改造、燃燒前二氧化碳捕集等項目。天津IGCC 致力于煤炭能源清潔利用，目標是實現IGCC 的可復制可推廣，為我國能源結構升級提供綠色模板。