浅谈IGCC发电与先进煤炭气化技术

机电与自动化
露天采矿技术 2010 年第 4 期
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图 1 典型 IGCC 系统图
整体煤气化联合循环的基本形式如图 1 所示。 其实际过程是：向气化炉中喷入煤粉（或水煤浆）、水 蒸气和来自空气分离器的富氧气化剂，在高压（2 ～ 3 MPa）的条件下产生低热值的合成粗煤气（CO + H2）； 然后经净化系统将粗煤气中的灰分和含硫杂质 （主 要是 COS 和 H2S）除去；净化煤气作为燃料在燃烧室 中点燃，生产的高温高压燃气进入燃气轮机中膨胀做 功，发电并驱动压气机。压气机输出的压缩空气一部 分进入燃气轮机燃烧室作为燃烧所需空气，一部分 经空气分离器制得富氧气体。燃气轮机的排气进入低 循环，在余热锅炉内将水加热成蒸汽，并送入蒸汽轮 机内做功发电。它是利用煤的气化和净化设备，将煤 转化为干净的可燃煤体，从而在高效且比较成熟的燃 气-蒸汽联合循环中使用，以实现煤的洁净发电。从 总体上看，IGCC 较好的实现了煤中化学能的洁净转 化，并通过联合循环实现了能量的高效梯级利用。[3、4]
20 世 纪 90 年 代 ，IGCC 开 始 进 入 商 业 示 范 阶 段，纯粹以发电为目的的 200 ～ 300 MW 等级燃煤 IGCC 示 范 电 站 有 5 座 ， 即 美 国 的 Tampa、Wabash River 电站，荷兰 Buggenum 电站，西班牙 Puertollano 电站和日本的 Nakoso 电站。这些电站在运行过程中 经过不断的调试和技术改进，供电效率已提高至 42% ～ 43%；比投资费用降低到 1 500 ～ 2 200 美元/kW。 目前 IGCC 正逐步从商业示范向商业应用阶段过渡，
3 IGCC 在国内外的发展现况
3.1 IGCC 在国外的发展状况 世界上真正第一次试运行成功的 IGCC 示范电
站是美国 Cool Water IGCC 电站，它于 1984 年 5 月 成功地验证了 IGCC 的可行性。该电站采用 Texaco 气流床气化技术，水煤浆进料，净发电功率为 93 MW， 累计运行 25 000 h，供电效率为 31.2%（HHV）。该电 站的成功运行，彻底地解决了燃煤电站固有的污染物 排放严重的问题，被誉为当时最清洁的燃煤电站。[5]
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Байду номын сангаас
浅谈 IGCC 发电与先进煤炭气化技术
云增杰，吴国光，罗晓强，张玉良，梁霏飞
（中国矿业大学化工学院 煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，江苏 徐州 221008）
摘 要：介绍了整体煤气化联合循环发电的基本原理和典型的流程。针对 IGCC 技术在国内外的发展状
（Key Laboratory of Coal Processing and Efficient and Chean Use of Coals, Ministry of Education Chemical Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China）
此环境污染物排放量的控制，尤其是对 CO2 排放的 处理是迫在眉睫的。我国将面临着经济和社会可持 续发展的重大挑战，在有限的资源和严格的环保要 求下，节约资源和环境保护将是电力技术发展的总 体趋势。目前，在洁净煤发电领域中，整体煤气化联 合循环（IGCC）是最具有竞争力，最有发展前途的燃 煤发电装置[1]。
2 整体煤气化联合循环发电技术的基本原理
整 体 煤 气 化 联 合 循 环 （Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）发电技术 是 指 将 煤 炭 、生 物 质、石油焦、重渣油等多种含碳燃料进行气化，将得 到的合成气净化后用于燃气—蒸汽联合循环的发电 技术。这种技术将煤炭气化技术、煤气净化、空气分 离、燃气轮机联合循环技术以及系统的整体化技术 有机结合，实现了煤炭资源的高效、洁净利用，从根 本上解决现有燃煤电站效率低下和污染严重的主要 问题，被公认为是世界上最清洁的燃煤发电技术。[2]
Abstract: In this paper,we firstly give a brief introduction of basic principle and typical process of IGCC.As to the development state of IGCC at home and abroad，we describe the developing process of IGCC from the success of IGCC demonstration to commercial operation and current developments at abroad, the domestic research results and commercial operation state are also given briefly introduced,and the developing direction of IGCC are put forward.Secondly,the key technology,coal gasification and high-temperature desulfurization technology are given a targeted introduction, in comparison of the representative coal gasification, the developing directions are pointed out, as to the problems existing in the high-temperature desulfurization technology, the developing directions are also put forward. Key words：IGCC；coal gasification；texaco；shell
1引言
我国“富煤贫油少气”，这决定了我国以煤炭作 为主要的能源。据专家预测，我国以煤炭为主的能源 结构在未来 50 a 内不会发生改变。我国是世界上最 大的煤炭生产国和使用国。越来越多的煤炭将用来 发电。我国 2005 年用于发电的煤炭比例只有 44%， 预计到 2030 年用于发电的煤炭比例将增加到 70%。 2005 年，在总装机容量中，以燃煤为动力资源的火 力发电的容量占到了发电总容量的 75.6%左右。预 计到 2020 年，火力发电的容量将占到发电总容量的 60%左右，火力发电仍将是主要的发电方式。
近年来，我国在 IGCC 多联产方面已启动了相 关的工程项目，相继引进 Texaco 气化技术 10 多项， 分别用煤和渣油生产合成氨、甲醇、醋酸等；引进 Shell 气化技术多项，分别用渣油和煤生产合成氨。 通过这些工程项目的实施取得了大量的设计、制造 和运行经验，从而为进一步应用以煤气化为源头的 多联产系统技术奠定了基础。[9]
中图分类号：TQ 54
文献标识码：A
文章编号：1671 － 9816（2010）04 － 0062 － 04
Briefly discussing on the IGCC power generation and advanced coal gasification technology YUN Zeng-jie, WU Guo-guang, LUO Xiao-qiang, ZHANG Yu-liang, LIANG Fei-fei
随着煤气化技术和燃气轮机技术的不断发展和 进步，IGCC 将朝着大容量、高效率、低排放发展，气 化炉处理能力达到 2 500 ～ 3 000 t/d，采用 G 型或 H 型高性能大容量燃气轮机联合循环，功率可达 400 ～ 600 MW，联合循环效率超过 55%[6]。 3.2 IGCC 在国内的发展状况
然而，煤炭的使用已经造成了严重的环境污染 和大量的 CO2 排放。70% ～ 80%的 SO2、NOx、Hg、粉 尘和 CO2 的排放都是由于煤炭的直接燃烧造成的。 我国 CO2 的排放量已经超过美国跃居世界第一，因
收稿日期：2010-05-05 作者简介：云增杰（1985-），男，山东潍坊人，中国矿业大 学在读硕士，从事水煤浆、洁净煤技术等方面的研究。
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基础，并成为我国醇醚行业发展的重要借鉴。 2009 年 7 月 6 日，华能绿色煤电天津 IGCC 示
范电站正式开工，该项目是“绿色煤电”计划第一阶 段的依托项目，也是国家“十一五”863 计划重大项 目。工程于 2009 年 5 月正式核准，位于天津滨海新 区的临港工业区，建设我国第一台 25 万 kW 等级整 体煤气化燃气—蒸汽联合循环发电机组，采用华能 集团和西安热工研究院自主研发的具有自主知识产 权的 2 000 t/d 级两段式干煤粉气化炉，首台机组计 划于 2011 年建成。华能绿色煤电天津 IGCC 示范电 站工程电站建成后，发电效率达 48％，脱硫效率达 99%以上，可回收高纯度的硫，并将氮氧化物的排放 控制在较低水平，使污染物排放指标达到燃气轮机 发电机组的水平。[10]
2005 年，由兖矿集团有限公司和中国科学院工 程热物理研究所合作研发的“高效洁净煤基甲醇联 产电示范系统”，在山东滕州正式运行。该项目总投 资约 15.8 亿元，使用 2 台日处理 1 150 t 煤的 4 喷嘴 对置式水煤浆气化炉，配套生产 24 万 t/a 甲醇，20 万 t/a 醋酸和 80 MW 电力，这是我国首座煤气化发 电与联产示范工程。项目所在公司兖矿国泰已经完 成二期 30 万 t 醋酸、10 万 t 醋酸乙酯项目建设，并 开始三期 35 万 t 甲醇、40 万 t 醋酸的联产系统的扩 产项目的建设。项目所开发技术及积累的经验成为 “十一五”期间我国煤气化多联产系统研发与示范的