洁净煤发电技术发展路线

煤炭气化技术
煤炭气化的原则流程
第二代PFBC-CC
空气鼓风气化联合循环(ABGC)
整体煤气化联合循环(IGCC)
IGCC的特点分析
•煤通过在气化炉中气化为中低热值煤气，再将粗煤 气中的灰分和其它有害化合物等加以净化后，实现燃 气蒸汽联合循环发电，既提高燃煤电站的发电效率， 又解决燃煤所带来的环境污染问题。
低于22MPa称为亚临界，17—22MPa称为亚临界机组
当水蒸汽压力大于临界压力，为超临界机组。典型的超 临界参数为：24.2 MPa/566℃/566℃
当某一机组的主蒸汽参数至少满足下列条件之一时，可 认为该机组属于“超超临界”机组——
➢ 主蒸汽压力大于等于27MPa
➢ 主蒸汽压力大于等于24MPa，且主蒸汽温度大于等 于580℃（主蒸汽温度大于等于580℃，或/和再热蒸 汽温度大于等于580℃）
超超临界燃煤发电技术优势
类别
效率
亚临界机组 超超临界机组 年节约煤量（万吨）
39-41% 45-47%
年减少SO2排放量（吨）
年减少NOx排放量（吨）
年减少CO2排放量 （万吨）
供电煤耗 （g/kWh）
330 280
2402.95 29604.3
57670.8
4908.9
年耗煤量 （万吨）
15859.47 13456.52
《热能动力工程前沿课》
洁净煤发电 技术发展路线
蔡宁生
清华大学热能工程系 2005月9月
主要内容
洁净煤发电技术简介 研究开发需求 发展路线图
2003年我国能源状况
2003年，中国的能源消费量占到全球消费量的12.1%， 成为仅次于美国的第二大能源消费国
环境污染严重，可持续发展面临巨大压力
直接应用 效率很低 污染严重
空气
煤 石油焦 生物质
空气分离 O2
气化
N 2, Ar
合成气
高温净化
蒸汽
变换反应
CO 2+H 2
气体分离
Байду номын сангаас
CO 2
H2
天然气
热/电/冷 联产
IGCC or GCC
化工产品
液体燃料
其他
商业楼宇 住宅
多联产产品： 1、城市煤气 2、电力 3、供热/冷 4、液体燃料 5、化工产品 6、二甲醚 7、氢气
热/电/冷 联产
洁净煤发电技术简介
超临界/超超临界粉煤燃烧 （Supercritical or Ultra Supercritical PCC）
循环流化床燃烧(CFBC) 增压流化床燃烧（PFBC） 整体煤气化联合循环（IGCC） 新型“零排放”或“近零排放”技术
粉煤燃烧发电系统
蒸汽参数与效率的关系
净 46
效 45
率 (%)
44 43 42
1.15
41 40 1.25
空气系数
30MPa 600℃
120℃ 130℃ 25MPa
540℃ 排烟温度 蒸汽参数
0.003MPa 二次再热
0.0065MPa 一次再热
再 热 蒸汽压力
超超临界燃煤发电技术
水临界状态点的参数是：压力22.115MPa，温度374.15℃
•具有提高发电效率的潜力，目前技术水平的净发电 效率已达到42－45％，通过进一步发展可提高到50 ％以上。目前单机容量已能达到300－400MW级，已 经具备转入商业化运行的基础。
•IGCC在目前洁净煤发电技术中能够解决污染问题最 彻底，废物处理量最少，特别适合高硫煤，且耗水量 较常规粉煤电站少。
以“十一五”投产8738万千瓦煤电计
对超临界粉煤燃烧的评述
成熟可靠 效率有望50％ SO2排放200-400 mg/m3 NOx排放100-200 mg/m3(SCR),400-800
mg/m3(低NOx燃烧) 粉尘10-50 mg/m3 CO2排放问题
对循环流化床燃烧的评述
小规模有优势(100-300 MWe) 大规模向高参数发展 改进固体排放碳损失，燃料混烧 旋风分离器隔热层热裂问题 SO2排放400 mg/m3 NOx排放400 mg/m3 粉尘50 mg/m3 CO排放 135/GJ N2O排放较高 CO2排放问题
发展IGCC技术的意义
带有脱硫/脱硝的超临界/超超临界燃煤发电技术是未来 20年内的主流技术
整体煤气化联合循环（ IGCC ）和多联产以及煤气化 燃料电池发电技术是10年以后的主要技术选择之一
IGCC减排CO2的成本低，在CO2列入发电成本时，具 有商业竟争力
发展IGCC包含系统技术和关键技术，可以促进其它能 源技术的进步
煤炭
• 飞灰: 70%, SO2: 90%, NOX: 67%, 酸雨: 82% • SO2 排放量超过 2000万吨/年, 1/3 的国土遭受
酸雨影响.
CO2 Emission Status in China
CO2 Emission by Sector in China
Source: IEA, World Energy Outlook 2002
IGCC的特点分析（续）
•煤经气化后，不仅可用于发电，还可生产煤基液体 燃料和高附加值化学品，实现多联产综合利用，有 利于降低生产成本。
•对目前使用油气的燃气蒸汽联合循环发电机组，当 油气资源枯竭或价格高昂时，IGCC是改造的最佳方 案，且便于现有蒸汽电站的增容改造。
•IGCC系统较为复杂，目前电站投资和发电成本较高 ，对制造工艺要求较高，特别是依赖于高效率、大 容量的煤气化及净化设备和燃气轮机的设计和制造 技术的发展。
大规模 发电
燃料 电池
埋存
干冰
化工
藻类 生长
强化石油和 煤层气开采
蒸汽动力循环与燃气轮机循环
燃气－蒸汽联合循环
增压流化床联合循环(PFBC-CC)
对PFBC的评述
热烟气净化&高蒸汽参数 效率44％ SO2排放217 mg/m3 NOx排放123 mg/m3
（SCR)粉尘30 mg/m3 (2级旋风＋ESP） 比PCC，CFBC复杂 效率和环境潜力不如IGCC 开发商调整了进一步的开发推广 Niche （特殊应用）技术
IGFC (EAGLE)
Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle (coal Energy Application for Gas, Liquid and Electricity)
洁净煤发电技术的发展趋势
多联产
资源/能源/环境一体化能源系统