外燃式燃煤聯合循環

由於空氣和水蒸氣作為氣化介質，流化床氣化爐的運行溫度比較高，考慮氣化爐的運行溫度、氣化劑的停留時間等因素，計算過程中碳轉化率分別取0.6、0.7、0.8。 此外由圖2還可以看出，在相同碳轉化率下，隨著水蒸氣比例的增加，氣化爐的運行溫度逐漸降低，這是因為隨著水蒸氣比例的增加，水蒸氣參加氣化反應，氣化過程中反應吸收的熱量增加。 隨著碳的轉化率的增加，需要空氣量的增加是導致N2比例增加和煤氣熱值降低的最主要原因。

煤炭是我國的主要能源，而煤燃燒造成的環境污染問題十分嚴重。潔淨煤技術得到了迅速的發展，主要包括：整體煤氣化聯合循環（IGCC）、增壓循環流化床聯合循環（PFBC-CC）、常壓循環流化床聯合循環（AFBC-CC）、外燃式燃煤聯合循環（IFC）、整體煤氣化燃料電池聯合循環（IGFC）以及磁流體發電聯合循環（MHD）等，而煤氣化是潔淨煤技術的最重要的方面。同時流化床煤氣化工[1,2,3]以其氣化強度大、爐內傳熱傳質好、適用煤種廣、煤氣中含焦油較少、環境污染小的優點受到廣泛的注意。煤作為一種含有多種雜質的有機混合礦物，其不同的組分在化學反應性上差別很大，煤中的低活性組分的反應特性決定了氣化過程必須採用高溫、高壓和長停留時間。將煤氣化過程近似用化學反應控制的縮核模型計算的全部氣化所需的停留時間將是氣化碳轉化率達到90％所需時間的兩倍[4]。若根據煤的不同組分和不同反應階段反應性不同的特點，實施煤熱解、氣化、燃燒分級轉化，則可使煤的氣化技術簡化，成本降低，並可以解決煤中污染物的脫除問題。
1部分空氣氣化聯合循環發電系統
基於分級轉化的思想，浙江大學熱能工程研究所提出了一種煤的部分空氣氣化聯合循環發電系統的方案，該方案是一種把煤氣化技術、循環流化床燃燒技術結合起來的潔淨煤發電技術。系統主要由流化床氣化爐、循環流化床燃燒爐、燃氣輪機、蒸汽輪機、餘熱鍋爐及相應的輔助設備構成。它的主要工作原理是：煤在流化床氣化爐中部分氣化同時脫硫，產生的煤氣經過高溫淨化後，供燃氣輪機做功發電，排氣經餘熱鍋爐回收熱量；氣化爐排出的半焦送到燃燒爐燃燒，產生的蒸汽供蒸汽輪機做功發電。系統流程如圖1。
2計算
進行系統計算時，氣化爐採用三種不同方案。
方案1採用純空氣氣化，方案2採用比例為9:1的空氣與水蒸氣的混合氣體氣化，方案3採用比例為8:1的空氣和水蒸氣的混合氣體氣化。根據質量平衡、能量平衡原理和化學平衡原理，進行系統計算。煤氣化過程的計算採用綜合計算法[5,6]，煤氣成分由物料平衡計算得到。由於空氣和水蒸氣作為氣化介質，流化床氣化爐的運行溫度比較高，考慮氣化爐的運行溫度、氣化劑的停留時間等因素，計算過程中碳轉化率分別取0.6、0.7、0.8。計算中採用的燃氣輪機是ABB公司GT26型燃氣輪機，其主要技術指標見表1。採用蒸汽輪機主要技術指標見表2。採用的給煤量為100t/h，所用煤種的分析見表3。採用主要熱力參數如表4所示。
3計算結果及分析
3.1碳的轉化率對氣化爐運行溫度的影響
由圖2可見，隨著碳的轉化率增大，氣化爐運行溫度也相應升高，這是因為隨著碳的轉化率增加，碳與氧氣的反應進一步加強，反應釋放出的熱量增加，使得氣化爐運行溫度升高。碳的轉化率增加10％，氣化爐運行溫度相應增加30～40℃。
此外由圖2還可以看出，在相同碳轉化率下，隨著水蒸氣比例的增加，氣化爐的運行溫度逐漸降低，這是因為隨著水蒸氣比例的增加，水蒸氣參加氣化反應，氣化過程中反應吸收的熱量增加。所以方案1氣化爐的運行溫度明顯高於方案2和方案3的運行溫度，而且隨著水蒸氣比例的增加，溫度降低幅度越來越大。
3.2碳的轉化率對煤氣成分和熱值的影響
由表5可見，隨著碳的轉化率的增加，煤氣中CH4、H2S、H2、C2H4和CO2比例逐漸減少，煤氣的熱值逐漸減小，CO和N2所占的比例逐漸增加，這是由於隨著碳的轉化率的增加，運行溫度的升高，CH4、H2S、C2H4的產量變化不大，而煤氣的產量是逐漸增大的，導致CH4、H2S、H2、C2H4所占的比例逐漸下降，而CO和CO2產量增加，CO2產量增加較少，CO產量增加較多，所以其淨效果導致CO所占的比例上升，CO2所占的比例下降。隨著碳的轉化率的增加，需要空氣量的增加是導致N2比例增加和煤氣熱值降低的最主要原因。