淺談IGCC技術(shù)的發(fā)電技術(shù)

杜佳龍

摘要：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是高效清潔燃煤發(fā)電可供選擇的重要發(fā)展方向之一。本文介紹了IGCC技術(shù)的國內(nèi)外的應(yīng)用情況、igcc的關(guān)鍵技術(shù)以及對igcc技術(shù)未來的展望。

關(guān)鍵詞：igcc;聯(lián)合循環(huán)

一、引言

我國的能原結(jié)構(gòu)是貧油、少氣、富煤，煤炭占一次能源總消費(fèi)量的75%以上。中國石油可采儲量約為50億噸，天然氣可采儲量為2萬億立方米，煤炭可開采儲量為7650億噸。如果統(tǒng)一換算成標(biāo)準(zhǔn)煤，中國百年內(nèi)可采用的資源總量約2萬億噸標(biāo)煤。其中煤炭為15000億噸標(biāo)煤，占75%，其他化石能源為1000億噸標(biāo)煤，占5%，可再生能源為4000億噸標(biāo)煤，占20%。隨著我國經(jīng)濟(jì)得發(fā)展，電力的消耗以難以置信的速度增長。IGCC是目前最有前途的發(fā)電和燃料制備技術(shù)，不僅滿足電力發(fā)展的需求，還有滿足環(huán)境和氣候的要求。IGCC將中國的主要動力資源-燃煤與高效環(huán)保的燃機(jī)技術(shù)通過煤的氣化和清潔工藝有機(jī)的結(jié)合在一起， 在發(fā)電效率和環(huán)保等方面具有無可爭議的優(yōu)勢。

二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國際發(fā)展現(xiàn)狀

1.美國

美國是IGCC技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)者和推動者，經(jīng)過近10年的示范運(yùn)行，已著手建設(shè)商業(yè)電站。由于美國各州的環(huán)保法規(guī)對燃煤電站的掛放要求日益嚴(yán)格，IGCC電站以其優(yōu)異的環(huán)保性能成為新建燃煤電站的主要選擇。據(jù)美國能源部（DOE）的統(tǒng)計(jì)，截至2008年上半年，美國國內(nèi)在建和獲批的IGCC電站有6座，對外發(fā)布的IGCC電站有22座。美國擬建的IGCC發(fā)電機(jī)組采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和建設(shè)，以降低造價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)多由2臺燃機(jī)+2臺余熱鍋爐+1臺蒸汽輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)成1套600MW級的IGCC發(fā)電機(jī)組.據(jù)DOE最新介紹，美國總體規(guī)劃建設(shè)10座IGCC標(biāo)準(zhǔn)電站，以推動IGCC電站的商業(yè)應(yīng)用。

2.日本

日本在IGCC技術(shù)方面以自主創(chuàng)新為主。采用三菱重工的空氣氣化爐和低熱值合成氣燃機(jī)建設(shè)的250MW IGCC示范電站已于2008年投運(yùn).氣化爐為干法給料，耗煤量為1700t/d，凈功率為220MW，凈效率為42%。下一點(diǎn)示范電站將采用M701F燃?xì)廨啓C(jī)，容量可達(dá)到450MW，效率達(dá)到45%-46%，未來考慮將功率放大到650MW，效率力爭達(dá)到48 -50%。示范電站還將考慮與CO，的捕集和封存結(jié)合，把捕集的二氧化碳進(jìn)行地質(zhì)海洋封存。

（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

2004至今，我國籌建多臺igcc示范電站。2010年建成中國電網(wǎng)公司煙臺300～400MWIGCC示范電站;2010年建成中國華能GreenGen第一階段示范工程250MW級IGCC，該階段示范工程擁有先進(jìn)的干粉氣化技術(shù)，二氧化碳，分離、制氫和燃料電池試驗(yàn)系統(tǒng);2015年中國華能GreenGen第二階段示范L程300～400MW級IGCC電站投運(yùn)，擁有先進(jìn)的干粉氣化技術(shù)，100W級CO2分離、制氫、氫能發(fā)電示范系統(tǒng);中國大唐集團(tuán)、中國電力投資集團(tuán)公司等正在籌建3～ 5臺300～400MW等級的IGCC電站。華能天津綠色電站250MW示范項(xiàng)目是中國首個自主創(chuàng)新的IGCC電站，采用華能2000t/d氣化爐， E級燃機(jī)， 2012年4月完成試車任務(wù)。2016年，華能天津IGCC電站首次實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)氣化爐單一煤種燃燒，并成功完成世界上最大的燃燒前二氧化碳捕集裝置的滿負(fù)荷試運(yùn)。機(jī)組全年完成利用小時(shí)5000小時(shí)，氣化爐最長連續(xù)運(yùn)行超過117天，創(chuàng)電站歷史新高。

三、主要技術(shù)原理

（一）空分技術(shù)

空分系統(tǒng)是為氧氣氣化的煤氣化爐提供氣化劑--氧氣而設(shè)置的空氣分離系統(tǒng)。主要分為以下幾類：低溫精餾法、分凝法、吸收法、吸附法、薄膜滲透法。目前國內(nèi)外廣泛采用的時(shí)低溫精餾法空分工藝，低溫精餾法：是先將氣體混合物冷凝為液體，然后再按各組分蒸發(fā)溫度的不同將他們予以分離。精餾的方法適用于被分離組分沸點(diǎn)相近的情況，如氧和氮的分離、氧和氬的分離等

（二）煤氣化技術(shù)

煤的氣化是一個在高溫 條件下使煤與氣化劑作用， 進(jìn)行各種化學(xué) 反應(yīng)，把煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂嫌妹簹饣蚝铣捎妹簹狻饣癄t中的氣化反應(yīng)主要是煤中的C與氣化劑中的O2、H2O、 CO2和H2的反應(yīng)，也有C和產(chǎn)物以及產(chǎn)物之間進(jìn)行的反應(yīng)。主要發(fā)生以下反應(yīng)：（1）煤的裂解和揮發(fā)分的燃燒（2）燃燒及氣化反應(yīng)（3）氣化反應(yīng)

（三）煤氣凈化技術(shù)

在IGCC系統(tǒng)中，合成氣凈化工藝必不可少，通常合成氣中除CO、H、CH、CO2外，還有H2S、COS、粉塵、鹵化物、NH堿金屬及焦油蒸汽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對燃?xì)廨啓C(jī)及后續(xù)的其它系統(tǒng)有腐蝕和磨損的危害，為了使IGCC機(jī)組正常運(yùn)行并達(dá)到較高的可靠性，必須在合成氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，對其進(jìn)行凈化處理。

四、應(yīng)用情況

全世界總安裝的氣化爐容量：約70，000MW或相當(dāng)?shù)腎GCC電功率38，000 MW;IGCC的安裝容量平均每年增加10%/年。目前全世界有40-60座以煤、焦、油、生物質(zhì)、等原料的igcc電站，大體效率在45%-52%左右，每KW發(fā)電投資900-1300美元。lGCC已從示范走向商業(yè)化全面發(fā)展的新階段。以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家紛紛推出新的IGCC項(xiàng)目，發(fā)展中國家也開始了ICCC 的示范電站工程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今世界上已建/在建/擬建的ICCC電站工程項(xiàng)目達(dá)到116個。中國各大電力公司推出IGCC計(jì)劃，準(zhǔn)備上15個項(xiàng)目，其中兩個是將現(xiàn)有的燒油聯(lián)合循環(huán)改造為燃煤的IGOC;山東兗礦集團(tuán)以敢為天下先的勇氣開創(chuàng)了我國電力/工藝熱/甲醇/醋酸多聯(lián)產(chǎn)煤基ICCC商業(yè)化運(yùn)營的先河;福建煉油乙烯一體化IGCC工程是我國石化系統(tǒng)在建的一個ICCC項(xiàng)目，原料是石油焦，也是我國唯一在建的10CC非電力行業(yè)首先運(yùn)營ICOC是我國的一大特色; 深圳煤化工及ICCC項(xiàng)目，2006年8月大唐集團(tuán)與深圳市政府簽署了合作框架協(xié)議，總投資220億，年產(chǎn)值可達(dá)120億，可向珠江三角地區(qū)提供基礎(chǔ)化學(xué)品100萬ta，向園區(qū)集中供應(yīng)公用工程、公用氣體、化工特種氣體，向廣東電網(wǎng)供電約26億kW.h/a。我國的ICCC項(xiàng)目總數(shù)達(dá)到18個，位居世界第二。

五、結(jié)論

IGCC是一種高效.低污染的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。已走過概念驗(yàn)證和工業(yè)示范階段，示范電站的運(yùn)行證明了IGCC 高效潔凈的特點(diǎn)，電站的可用率目前可達(dá)到80-85%.還有進(jìn)一步提高可靠性和可用率。我國在IGCC關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面已有一定的基礎(chǔ)，國內(nèi)發(fā)展ICCC應(yīng)以建設(shè)示范電站為依托，走以自主開發(fā)為主、適當(dāng)引進(jìn)的技術(shù)路線，在有條件的領(lǐng)域加大自主創(chuàng)新技術(shù)及其工程化的力度。

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