煤气化联合循环发电技术的现状与发展

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摘 要：煤气化联合循环(IGCC)发电技术是煤气化和燃气――蒸汽联合循环的结合，是当今国际新兴的一种先进的洁净煤发电技术，其具有高效、低污染、节水、综合利用好等优点，本文概述了IGCC发电系统的组成、优缺点，并对IGCC发电技术的推广提出了合理的建议。

关键词：IGCC 煤气化 发电

煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)发电技术是指煤经过气化产生中低热值煤气，经过净化除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，燃烧后驱动燃气轮机发电，并且利用高温粗煤气余热和烟气余热在废热锅炉内产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。它既提高了发电效率，又有很好的环保性能，为燃煤发电带来了光明，其发展令人瞩目。从大型化和商业化的发展方向来看，IGCC把高效、清洁、废物利用、多联产和节水等特点有机地结合起来，被认为是21世纪最有发展前途的洁净煤发电技术[1]。

一、煤气化联合循环(IGCC)发电系统的主要组成

煤气化联合循环系统(IGCC)主要由两部分组成，煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、煤气净化设备、空分装置。第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统（图1）。

其基本原理是：煤和来自空气分离装置的富氧气化剂在煤气化炉将煤气化成中、低热值的合成粗煤气，然后经净化系统将其除尘、脱硫、除染而制成可供燃气轮机使用的精煤气，进入燃烧室产生高效燃气带动汽机做功，同时还利用燃气轮机排气经余热锅炉产生不同参数蒸汽，以驱动蒸汽轮机发电，以及供热等（图1）。

二、煤气化联合循环(IGCC)发电系统的主要优点

1.高效率、潜力大

目前国际上IGCC电站的净效率最高已达到45%以上，比常规亚临界燃煤电站效率高6~9个百分点，随着工程材料的不断发展和技术的改进，若能采用成熟可靠的高温煤气净化技术，则可以较小热量的损失，其发电净效率有望达到50%。

2.可以充分利用煤炭资源，实现多联产系统

IGCC 项目本身就是煤化工与发电的结合体，气化炉产生的煤气不仅可以用于联合循环发电，还可以用于供热、合成氨、尿素等化工产品。

3.可经济低廉地去除CO2

在IGCC发电系统中，通过对合成煤气中CO转换并进行CO2脱除，可实现CO2零排放，是目前现有发电技术减排温室气体最可行、最经济的方法。

4.优良的环保性能

IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低、效率较高，其各种污染物排放量都远远低于国际上先进的环保标准，能满足严格的环保要求。IGCC机组的脱硫效率可达99%，SO2排放总量比常规煤粉炉低很多，SO2排放在25 mg/m3左右，并可回收单质硫； NOX排放浓度仅为常规电站的15%-20%，耗水为常规电站的33%-50%，IGCC 电厂所采取的这些净化工艺过程不需要价格昂贵的催化剂，而且不会造成二次污染。

5.煤灰的处理有很多的优点

煤粉火力发电以飘尘状或渣块状产生大量的粉煤灰，但IGCC的煤灰则以溶渣排出，体积减少50%左右。同时，渣块能作为代替水泥用的骨材及路基材料，使渣块得到利用。

三、煤气化联合循环(IGCC)发电系统的主要缺点

1. IGCC单位造价成本比正常燃煤加脱硫电站高

IGCC电站的造价较高,是常规燃煤加脱硫燃煤电站成本的2倍左右，另外IGCC的水耗虽然只有常规火电机组的33%~50%,但在气化之后的废弃产品处理方面成本非常高,这些都阻碍了IGCC的推广。

2.系统复杂

IGCC是化工与发电两大行业的综合体。技术难度大，安全和经济管理都十分复杂，并且是连续生产，互相牵连。任何一块出现问题，都会造成很大损失。

四、IGCC发电技术在我国的发展

从20世纪90年代初，国家科技部、国家电力公司(原电力工业部)等部门就组织全国的技术力量，对我国发展IGCC发电技术开展了可行性研究，结果认为在我国发展IGCC发电技术是非常必要和迫切的。

国内科研单位经过国家“八五”科技攻关，在IGCC系统优化和一些核心技术的开发方面取得了很大的进步，已形成了很强的技术支撑力量。“IGCC设计集成和动态特性”、“干煤粉加压气化技术”、“多喷嘴水煤浆加压气化技术”和“煤气高温净化技术”等被列入国家重点科技攻关计划给予大力支持。这为IGCC电站的建设以及我国IGCC发电技术的发展奠定了良好的基础。在此基础上，1999年国家批准了IGCC示范电站项目建议书，IGCC示范项目正式立项，示范电站功率为300MW 或400MW。

2005年，兖矿集团国泰化工有限责任公司在山东滕州建成年产24万吨甲醇和20万吨醋酸、8万千瓦发电的多联产示范工程。由中石化投资建设的福建炼油乙烯一体化项目也建设了一套以沥青为原料的气化发电装置，联产蒸汽和氢气。但严格意义上讲，这两个项目仅仅是带有IGCC的某些技术特点的联产工程，不是典型的IGCC发电站。

2009年，我国首座自主开发、制造并建设的IGCC示范工程项目（华能天津IGCC示范电站）在天津临港工业区正式开工，并且2011年5月底完成分系统调试，进行整套试行；预计明年年底投入运行。这标志着具有我国自主知识产权、代表世界洁净煤技术前沿水平的IGCC项目取得了实质性进展，开启了我国洁净煤发电技术的新纪元。

五、推广IGCC发电技术

我国富煤贫油少气的能源结构特点决定了我国以煤为主的能源结构在未来几十年内不会发生根本性的改变，由此造成的环境问题和能源利用效率低下等多方面问题，成为我国目前亟待解决的问题。而IGCC发电技术是当今国际新兴的一种先进的洁净煤发电技术，其具有高效、低污染、节水、综合利用好等优点，可以解决我国燃煤造成一系列的问题。应当大力推广。

1.促进设备国产化

IGCC示范项目中的核心设备主要包括气化炉、汽轮机、空分分离装置、废热锅炉等,而目前IGCC电站的关键设备大多数要从国外购买,成本高,建设周期长,见效慢。要降低成本,缩短建设周期，必须要掌握核心技术，加强核心设备的制造能力与制造水平[2]。

2.实施多联产技术

将IGCC和煤化工技术结合构成基于煤气化的多联产系统，形成包括电力和多种化工产品输出，使IGCC的发电过程与制H2、供热以及生产化工产品的过程按最优原则结合起来，比单纯的IGCC系统具有更好的经济效益、更高的能量利用率以及更加灵活的运行操作性[3]。

3.加大政府扶持力度

洁净煤技术也并非没有得到政府的重视。早在1997年,《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展规划》就得到国务院批准。国务院2005年《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》提出,由国家发改委制定规划,完善政策,组织建设示范工程,并给予一定资金支持,推动洁净煤技术和产业化发展。但是这些政策都不够系统和细化，至今,我国还没有系统的洁净煤技术指引方针以及配套的支持措施,而原有的有关鼓励发展煤炭加工技术的政策已随着时代的发展，不能满足现实需要[4]。

六、结语

IGCC 是一种先进的洁净煤发电技术，具有高效、低污染等特性，特别在CO2准零排放上具有独特优势，为进一步推进我国节能减排开辟了一条新的道路，是解决煤电可持续发展的最有效的技术途径之一，符合21世纪发电技术的发展方向，同时能带动一批新技术产业的发展。开发和采用I GCC发电技术对我国电力工业的发展具有重要意义。

参考文献：

[1]焦树建IGCC技术发展的回顾与展望[J].电力建设,2009,( 1):1-7.

[2]曲伟平.清洁煤发电的CCS和IGCC联产技术[J].电源技术应用,2010,(4):1-8.

[3]徐连兵.整体煤气化联合循环发电技术的发展现状和前景[J].电力勘察设计,2005(6):8-11.

[4]朱军.我国IGCC发电技术的发展[J].陕西电力.2006(6):46-49.

作者简介：杜明明（1981.12-），女（汉），山东省邹城市，兖矿集团国宏化工有限责任公司，学士，从事煤化工行业。