碳基燃料燃燒前的脫碳技術

脫碳是指一種凈化氣體的過程,指脫除混合氣體中的二氧化碳,主要見于合成氨生產原料氣或煤氣的處理。脫除原料氣中二氧化碳的方法,分為3類。脫碳是鋼加熱時表面碳含量降低的現象。脫碳的過程就是鋼中碳在高溫下與氫或氧發生作用生成甲烷或一氧化碳。
 
燃燒前脫碳是在碳基燃料燃燒前,將其化學能從碳轉移到其他物質中,再將其分離。
IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)即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。IGCC由兩部分組成,即煤的氣化與凈化部分和燃氣──蒸汽聯合循環發電部分。第一部分的主要設備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設備(包括硫的回收裝置);第二部分的主要設備有燃氣輪機發電系統、余熱鍋爐、蒸汽輪機發電系統。IGCC的工藝過程如下:煤經氣化成為中低熱值煤氣,經過凈化,除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物,變為清潔的氣體燃料,然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒,加熱氣體工質以驅動燃氣透平做功,燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水,產生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機做功。 
 
作為當今國際上最引人注目的高效清潔發電技術之一, IGCC是最典型的可以進行燃燒前脫碳的系統。它將煤炭氣化與燃氣—蒸汽聯合循環有效地結合起來,實現了能量的梯級利用,將煤中的化學能盡可能多地轉化為電能,極大地提高了機組發電效率。燃料進入氣化爐氣化,生產出煤氣,然后再將煤氣重整為CO2和H2 ,將燃料化學能轉到H2 中,然后再分離CO2 和H2。一般IGCC系統的氣化爐都采用富氧或純氧技術,所需氣體體積大幅度減小、CO2 體積分數顯著變大,從而大大降低投資和運行費用。目前世界上已經運行的IGCC機組,其供電效率已經達到43%左右,隨著相關關鍵技術的不斷發展,還能進一步提高到50%左右。
IGCC技術把潔凈的煤氣化技術與高效的燃氣──蒸汽聯合循環發電系統結合起來,既有高發電效率,又有極好的環保性能,是一種有發展前景的潔凈煤發電技術。在目前技術水平下,IGCC發電的凈效率可達43%~45%,今后可望達到更高。而污染物的排放量僅為常規燃煤電站的1/10,脫硫效率可達99%,二氧化硫排放在25mg/Nm3左右,遠低于排放標準1200 mg/Nm3,氮氧化物排放只有常規電站的15%~20%,耗水只有常規電站的1/2~1/3,對于環境保護具有重大意義。
 
 

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