IGCC蒸汽凝液回收利用研究

王高峰，孔 岩

（华能（天津）煤气化发电有限公司，天津 300450）

天津IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，化工岛和动力岛。化工岛即空分装置、煤气化装置、合成气净化及硫回收部分，动力岛即燃气-蒸汽联合循环发电部分。在煤的气化与净化部分消耗大量的低压蒸汽作为工艺蒸汽和伴热保温蒸汽。蒸汽在经过复杂的工艺系统和庞大的伴热管道后，凝液的电导、铁离子、钠离子出现大幅升高，无法作为软化水直接回收至动力岛的凝汽器，造成电厂的除盐水耗远高于常规火电，如不进行精制处理回收，不但增加了发电成本，还会造成大量的资源浪费。

1 蒸汽系统介绍

天津IGCC 蒸汽系统经过多次改造，形成了复杂的中压蒸汽系统、次中压蒸汽系统、低压蒸汽系统和低低压蒸汽系统。中压蒸汽有四路汽源，分别是外购4.2MPa 中压蒸汽、发电岛中压再热蒸汽、二期机组3.8MPa 中压蒸汽、气化炉汽包产5.0MPa 中压饱和蒸汽。5.0MPa 中压饱和蒸汽只作为机组运行期间气化炉工艺用汽。低压蒸汽的汽源有由四部分组成，分别是外购4.2MPa 中压蒸汽减压、发电岛余热锅炉低压再热蒸汽、气化炉低压废热锅炉产生的1.5MPa 次中压蒸汽减压，另外小部分低压蒸汽由气化炉排污以及后期汇入的余热锅炉中压汽包和高压汽包排污闪蒸供给。最为经济的切换原则是机组启动前使用外购蒸汽减压，气化炉启动后使用低压废锅次中压蒸汽减压，汽轮发电机并网后切换至低压再热蒸汽。低压蒸汽凝液闪蒸后产生低低压蒸汽输送给净化装置工艺冷凝液汽提塔作为工艺汽源。少量的中压蒸汽凝液和大量的低压蒸汽凝液组成了复杂的低压蒸汽凝液系统。冬季工况下蒸汽凝液高达25t/h，夏季工况下20t/h。

2 凝液改造实施方案

在凝液回收改造前，由于凝液电导、铁离子、钠离子超标无法直接回收至低压汽包利用，全部凝液汇集后经冷却排入IG 循环冷却水塔，作为自来水的补充。

每小时25吨凝液直接排放，造成了大量的除盐水损耗。为提高除盐水再利用率，充分回收凝液中的显热，对蒸汽凝液回收系统进行工艺优化改造，将装置区内不同等级的蒸汽冷凝液全部回收并分级闪蒸，将凝液热能有效回收，既保证装置的稳定运行，又实现装置节能降耗。改造后气化装置中的氮气加热器、调和水加热器、净化合成气加热器产生的中压蒸汽凝液进入闪蒸罐1进行闪蒸，闪蒸产生的低压蒸汽汇入低压蒸汽管网。底部凝液和空分装置、煤气化装置、净化及硫回收装置来的低压蒸汽凝液进入闪蒸罐2。闪蒸产生的低低压蒸汽向净化装置工艺冷凝液汽提塔提供汽源。闪蒸罐2底部凝液经凝液泵和高温凝液永磁除铁过滤器，品质合格的凝液送入余热锅炉低压汽包回收，未冲洗合格前送入气化装置经冷却器冷却后进入工艺水罐，代替除盐水使用。未能全部回收的排入IG 塔作为自来水的补充。如表1所示。

表1 预热锅炉低压汽包补充凝结水水质要求

高温凝液永磁除铁过滤器是一种高效节能型水处理除铁设备，选用磁场强度8 000-14 000GS 的永磁材料，利用永磁铁产生高强度的直流磁场，使过滤材料表面形成极高的磁场梯度，它能够有效地去除凝结水中铁的固态腐蚀产物，使机组的水汽品质得到很大改善或减轻凝结水混床的负荷。具有适应性强、耐高温、自动化程度高、维护量小、使用寿命长、运行可靠等优点。当除铁器进出口压差大于0.05MPa，并延迟5s 未降低时，除铁器自动选择进行反洗步骤。当除铁器过滤器连续运行15d 后，自动提示是否进行反洗功能，也可以手动设置反洗时间。经过实验得出合适的反洗周期为，系统投入一周内每24h 反洗一次，水质合格后每168h 自动反冲洗一次。除铁器自2018年投运以来，已累计运行超过8 000h，平均机组启动一周内可以实现蒸汽凝液的全部回收。如图1所示。

图1 凝液回收流程图

3 改造后效果

经除铁器处理后的凝液能达到氢电导≤0.3μS/cm，钠离子≤5μg/L，硬度≈0μmol/L，铁离子≤50μg/L。满足GB/T12145—1999，《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》、DL/T561-95《火力发电厂水汽化学监督导则》及华能集团企业标准要求。此凝液回收装置能够回收约25t/h 的合格热水，进入余热锅炉低压汽包，即回收了水又回收了大量热能。蒸汽凝液回收量基本不受机组负荷影响，在降低凝汽器补水率的同时，对除盐水系统又不造成冲击，还实现了蒸汽凝液的零排放，低压汽包溶氧也得到了较好的控制，在节水的同时还降低了除盐水制水装置的压力，降低了厂用电率，对电厂节能降耗起到了积极的作用。如表2，表3所示。

表2 除铁器实际运行中产水月度分析平均值

表3 预热锅炉低压汽包实际运行水质月度分析平均值

4 结束语

由于我国多煤少油缺气的能源结构特点，在一次性能源消费中，煤炭占70%以上，而油气资源的储量相对较低，难以扮演能源转型升级的主角。中国能源科技创新的阶段目标是：2020年前后，突破新型煤炭高效清洁利用技术，初步形成煤基能源与化工的工业体系。

整体煤气化联合循环（IGCC）加上多联产，被认为是目前最具发展前景的清洁煤技术，它在燃烧前先去除烟气中的污染物，污染少，效率高，有利于综合利用煤炭资源，能同时生产甲醇、尿素等化工产品。天津IGCC 已经累计运行超过2万小时，为社会提供超过51亿千瓦时绿色电能，燃烧前二氧化碳捕集也已试运成功。现阶段天津IGCC 的任务是提高整体运行效率和进一步发挥绿色煤电优势，包括蒸汽凝液回收、用电改造、燃烧前二氧化碳捕集等项目。天津IGCC 致力于煤炭能源清洁利用，目标是实现IGCC 的可复制可推广，为我国能源结构升级提供绿色模板。