綠色化學工藝(共9頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上華東理工大學20122013學年第_1_學期 綠色化學工藝 課程論文 2012.11班級 熱能102 學號 姓名 崔頌 開課學院 資源與環(huán)境工程學院 任課教師 陳雪莉 成績_論文題目：綠色化學工藝與IGCC發(fā)電論文要求：結(jié)合課程所講內(nèi)容，選擇自己感興趣的方向?qū)懸黄撐摹Ｕ撐淖謹?shù)：不少于4000字論文格式：標題(黑體四號)；學號、姓名、專業(yè)；摘要和關(guān)鍵詞(僅中文)；正文(宋體小四)，1.5倍行距，頁邊距選Word文檔默認格式；參考文獻(著錄格式參考華東理工大學學報)教師評語：教師簽字： 年 月 日摘要綠色化學的設(shè)想是在化學生產(chǎn)過程中，不再使用有毒有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物

2、，不再處理廢物。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)是一種先進潔凈煤發(fā)電系統(tǒng)，又稱IGCC，它符合綠色化學的設(shè)想及要求，由于他具有提高效率的最大潛力、優(yōu)良的環(huán)保性能等諸多優(yōu)點而備受關(guān)注，現(xiàn)已成為當今世界能源動力領(lǐng)域的研究熱點與前沿。國家的大力支持以及我國的能源結(jié)構(gòu)的影響，直接導致IGCC發(fā)電技術(shù)成為未來煤發(fā)電的主流。關(guān)鍵字：綠色化學，潔凈煤，聯(lián)合循環(huán)，IGCC，國家支持 引言相對于石油的短缺，我國的天然氣儲量十分豐富。但是這部分煤的主要用途卻是用來發(fā)電，而且利用效率很低，大多是用來直接燃燒，不符合現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保，綠色化工的要求，這就要求我們更好地利用這部分煤，生產(chǎn)一些綠色環(huán)保節(jié)能的化工產(chǎn)品，合理利用熱能發(fā)電，并且

3、減少對石油的依賴，這是由我國現(xiàn)階段的能源結(jié)構(gòu)所決定的。1綠色化學的基本含義綠色化學又被稱為環(huán)境友好化學，在其基礎(chǔ)上發(fā)展的技術(shù)有以下幾種；環(huán)境友好技術(shù)，綠色技術(shù)或潔凈技術(shù)。綠色化學工藝的核心就是要利用化學原理從源頭上消除化學工業(yè)對環(huán)境的污染。綠色化學工藝的理想就是采用“原子經(jīng)濟”反應(yīng)，即也就是說原料中的每一原子都會轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，以此來實現(xiàn)沒有任何廢物、副產(chǎn)品的社會，并且實現(xiàn)廢物的零排放；同時也不采用有毒有害的原料、催化劑和溶劑，并生產(chǎn)環(huán)境友好的產(chǎn)品。2 IGCC系統(tǒng)介紹2.1 IGCC系統(tǒng)的組成部分在此，介紹他們其中的一種。以shell氣化爐為氣化系統(tǒng)的整體粉煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)由煤的氣化凈化部

4、分和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)兩大部分組成。煤的氣化凈化部分包括煤氣化系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)和空分系統(tǒng)。主要設(shè)備包括空分裝置、氣化爐、氣體冷卻器、氣體洗滌器、除硫及硫回收裝置等，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分包括燃燒室、燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機、發(fā)電機等。2.2 IGCC系統(tǒng)的工藝過程煤經(jīng)過氣化成為中低熱值煤氣，然后再經(jīng)過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變成清潔的氣體燃料，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動燃氣輪機做功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機做功，進而就可以形成循環(huán)的發(fā)電，而且達到了能源的充分利用和污染物的更少的排放。IGCC技術(shù)把高效的燃氣

5、蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與潔凈的煤氣化技術(shù)結(jié)合起來，既有高的發(fā)電效率，又有極高的環(huán)保性能，是一種有發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。3 IGCC技術(shù)的特點3.1效率高IGCC通過煤炭氣化和煤氣凈化，使得煤炭變成潔凈煤氣再到燃氣輪機中做功，相當于常規(guī)鍋爐的燃燒前處理。一般情況下，燃燒前處理要比燃燒中、燃燒后處理更加合理和經(jīng)濟。IGCC與粉煤火力發(fā)電比較，預(yù)計商業(yè)化IGCC可以提高效率約20%，發(fā)電效率甚至可以達到45%以上，單位發(fā)電量的二氧化碳排放量下降至石油火力發(fā)電的水平，并且還有十分巨大的提升空間。3.2適用煤種擴大為了防止灰分在爐壁或傳熱管凝附，阻礙傳熱和壓力損失，煤粉火力發(fā)電主要采用灰熔點高的煤；相

6、反，IGCC的氣化爐內(nèi)的灰分被高溫熔融排出，可以擴大使用灰熔點低的煤種，還可以利用高硫分、高灰分、熱值低的低品位煤，如褐煤等等。3.3經(jīng)濟性指標可觀相對于煤粉火力發(fā)電的煙灰處理，IGCC以爐渣裝處理，容積可以縮小一半左右，非常利于有效利用。減少場地投資，節(jié)約成本。IGCC中處理的對象主要是粗煤氣，常規(guī)鍋爐要處理的主要是煙氣。相同條件下，煤氣的流量只有煙氣的十分之一，而且煤氣在更高壓力下污染物的濃度高，因而可以用更小的代價脫除更多的污染物。3.4利于二氧化碳的回收二氧化碳是目前世界公認的影響最大的溫室氣體，隨著地球表面的氣溫越來越高溫室效應(yīng)越來越明顯，關(guān)于二氧化碳的排放問題早已成為了全世界關(guān)注的

7、焦點，也是各個企業(yè)不得不面對的一個重大的問題。換句話說，哪個企業(yè)擁有更少的二氧化碳排放量，哪個企業(yè)就會在未來的競爭中獲得更大的優(yōu)勢，而且這個優(yōu)勢是顯而易見的。煤粉火力發(fā)電的二氧化碳回收在鍋爐燃燒后的排氣中進行，二氧化碳的濃度低、容積大，IGCC在燃燒前加壓下的高濃度、低容積燃燒氣中回收，回收動力和占地面積更為有利。3.5環(huán)保性能優(yōu)良IGCC的粉塵排放量均低于10mg/m3，國家標準是<50mg/m3，基本上沒有脫硫副產(chǎn)品的二次污染。與同容量燃煤電站相比，NOX、SO2的排放量減少了90%以上，SO2的排放濃度在煤炭含硫3%時也可以達到25mg/m3以下，國家標準是<400mg/m3

8、，并且可以回收單質(zhì)硫；采用燃氣輪機氮氣回注方式可以將NOX排放濃度控制在50mg/m3，國家標準是<450mg/m3?？梢圆捎枚趸寂欧叛a集并永久封存技術(shù)CCS，據(jù)報道神華包頭煤制氣項目就采用了CCS技術(shù)，整個工廠達到了污染物的零排放。另外，IGCC電站的耗水量比平常常規(guī)的電廠可以節(jié)約1/2-1/3，約為同容量常規(guī)電廠的一半。這對于我國水資源嚴重短缺但是煤炭資源十分豐富的西部來說，無疑是解了燃眉之急。3.6可以實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)總所周知，電的使用量與季節(jié)以及時間的關(guān)系是十分巨大的，所以才會出現(xiàn)用電的高峰期和低谷期。但是對于發(fā)電這個行業(yè)來說，如果在低谷期減少發(fā)電量，這顯然是不經(jīng)濟、不科學的，但是

9、如果產(chǎn)電過剩也是一種巨大的浪費，得不償失。這就迫切的需要我們想出一個好的辦法來改善這種現(xiàn)狀，于是煤基多聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)因運而生，從很大程度上解決了發(fā)電廠面臨的這個問題，同時也對煤化工的行業(yè)送來了一股清風。煤制氣產(chǎn)品可以充分綜合利用，作為其他的化工原料，從而使IGCC項目具有延伸產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的技術(shù)優(yōu)勢。4 IGCC存在的技術(shù)問題雖然IGCC項目在我們看來已經(jīng)是十分完美的發(fā)電項目與化工項目了，而且似乎已經(jīng)完全可以取代現(xiàn)有的火力發(fā)電廠，從而可以完全自主運行并且大規(guī)模生產(chǎn)了，但這似乎只是我們看到的表面現(xiàn)象而已，在當前世界上，針對IGCC項目的討論似乎就從來沒有停止過。事實上，這樣的一個堪稱經(jīng)典的項目

10、，仍然存在著許許多多的我們無法察覺的問題。政策上的東西暫時不談，在技術(shù)上，IGCC依然有許多問題需要我們面對。下面，就列舉幾個技術(shù)上的難題，1.目前國外投產(chǎn)的IGCC示范電站僅有十幾個，運行不大穩(wěn)定，仍然沒有太多的成熟經(jīng)驗。2.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)裝置系統(tǒng)復雜，基建設(shè)投資費用較高，約為同容量燃煤機組的一倍。3.大容量煤氣化設(shè)備、高溫煤氣除塵及脫硫技術(shù)有待進一步開發(fā)，關(guān)鍵設(shè)備還需要進口。4.廠用率較高，約為10%-12%需優(yōu)化配置。5整體煤氣化技術(shù)IGCC技術(shù)中，煤氣化技術(shù)幾乎是發(fā)電項目的第一步，所以對于整個IGCC的重要性是非常巨大的。因此，研究IGCC的第一步便是研究煤氣化技術(shù)，它是保證IGC

11、C順利實施的基石。煤氣化技術(shù)中的煤氣化反應(yīng)即不完全是熱解反應(yīng)，也不全是燃燒反應(yīng)，而是欠氧反應(yīng)。其產(chǎn)物主要為CO。氣化技術(shù)主要是通過氣化床來實現(xiàn)的，氣化床主要分為3類，即固定床、流化床和噴流床。5.1固定床氣化技術(shù)固定床氣化爐是最早開發(fā)出的氣化爐，它和燃煤的層燃爐類似，爐子下部為爐排，用以支撐上面的煤層。通常，煤從氣化爐的頂部加入，而氣化劑則從爐子的下部進入，因而氣固間是逆向流動的。這種氣化爐和燃煤的層燃爐一樣，對煤的粒徑有一定的要求。固定床氣化爐有兩種煤氣出口方式的設(shè)計。粗煤氣唯一出口位置設(shè)計在干燥區(qū)上面煤層的頂部，稱為單段氣化爐，但這種氣化爐的粗煤氣是比較差的。另一種設(shè)計是，有兩個煤氣出口，

12、除了在干燥區(qū)上部的出口外，另一個則在氣化區(qū)的頂部，煤氣產(chǎn)量的一半從這個出口離開氣化爐，產(chǎn)生的粗煤氣的質(zhì)量是比較好的。固定床存在的問題是：煤氣生產(chǎn)能力有限，容易造成床體阻塞，使得氣流不暢，煤氣質(zhì)量不穩(wěn)定等。5.2循環(huán)流化床氣化技術(shù)循環(huán)流化床氣化又稱沸騰床氣化。它可以充分利用床內(nèi)氣固兩相間的高強度的傳熱和性質(zhì)，使得整個床層內(nèi)溫度分布均勻，混合條件好，有利于氣化反應(yīng)的進行。煤氣的主要成分是CO和H2，CH4的含量一般少于2%。流化床有濃相和稀相之別。應(yīng)用在流化床氣化爐的結(jié)夠上又有鼓泡床和噴射床等不同形式。流化床對原料煤的性質(zhì)很敏感，受煤的粘結(jié)性，熱穩(wěn)定性，水分，灰熔點的影響較大。5.3噴流床氣化技術(shù)

13、噴流床是目前IGCC各示范工程中采用最多的一種氣化爐。噴流床煤氣化工藝是采用氣體或水作為輸送介質(zhì)，在一定壓力下噴入氣化爐，煤粉與同時噴入的氧化劑在短時間內(nèi)接觸，在高溫高壓下，氣化過程在瞬間完成。它是一種高溫高壓的煤粉氣化爐。煤氣的主要成分是CO,H2，CO2,和水蒸氣，離開氣化爐的熱煤氣溫度在1200-1400。煤粉中的灰以飛灰的形式隨熱煤氣一起，必須經(jīng)除塵、洗滌脫硫處理，成為清潔的煤氣，再送往燃燒室。噴流床氣化爐由于是煤粉的高溫高壓氣化，因此，煤種的適應(yīng)性廣，碳轉(zhuǎn)化率高，能達到99%以上。噴流床氣化工藝相對成熟，單爐容量大，大容量運行經(jīng)驗較豐富，有較好的煤種適應(yīng)性、變負荷能力強、碳轉(zhuǎn)化率較高

14、，已經(jīng)應(yīng)用于IGCC項目，電站容量為250-300MWe。總結(jié)隨著科技的發(fā)展，人們對環(huán)境保護和節(jié)約能源等方面的認識越來越清楚，節(jié)能減排，環(huán)保低碳已成為當今工業(yè)發(fā)展的主旋律。綠色化學工藝已經(jīng)逐漸被人們所接受和認同，這對未來大化工的發(fā)展顯得尤為重要?？傊?，開發(fā)和應(yīng)用綠色化學工藝，已成為現(xiàn)代化學工業(yè)的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)，是建設(shè)環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前我國是世界上新建燃煤發(fā)電廠最多的國家，如果我們盡快采用世界先進的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，在20年后使發(fā)電用煤減少3*108-5*108t是有可能的。大力發(fā)展IGCC發(fā)電技術(shù)，將大大推進我國火電機組的升級換代，優(yōu)化火電裝機結(jié)構(gòu)，進一步提高我國火力發(fā)電機組的發(fā)電效率，減少燃煤大氣污染物的排放，實現(xiàn)我國能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。參考文獻1紀紅兵，佘遠斌.綠色化學化工基本問題的發(fā)展與研究J.化工進展，2007，（05）2孟祥芳，唐家隆，夏來寶.我國化學工業(yè)節(jié)能減排與清潔生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究J，科技進步與對策，2011，（17