整体煤气化联合循环

缺点
技术尚未成熟，正在投运的几台IGCC机组效率不高，
可靠性差，运行及投资费用高，机组容量不大。
IGCC各分系统
空分系统
燃气轮机
蒸汽轮机
余热锅炉
气化炉
煤气净化系统
制氧空气分离系统
分类
(1)独立的空分系统 空分设备所需的空气由单独的压缩机供给。 (2)部分整体化的空分系统 空分系统的空气由燃气轮机压气机和空气压缩机共同 供给。 (3)完全整体化的空分系统 空分系统所需空气全部由压气机供给。
Tampa电站的系统图
Puetollano IGCC 电站示意图
整体煤气化联合循环的关键技术
在IGCC发电系统中，燃气轮机、余热锅炉、
蒸汽轮机和空分系统都是成熟技术，所需解 决的只是煤的大规模气化和煤气的净化问题。
煤炭气化技术
煤气净化技术
煤气气化技术
气化原理 煤中可燃物质 （碳、氢） 气化过程
设计余热锅 炉时采取以下措施
采用强制循环，加强快速启动时水循环的可
靠性，同时可增大换热系数，减小锅炉的体 积和重量，降低系统的热惯性。
锅炉运行中的升负荷速率主要受限于汽包的
膨胀，因而应减薄汽包壁，不应采取象常规 电站那么高的蒸汽压力。
典型IGCC电站
美国冷水电站
美国加州冷水电站的IGCC机组为世界上第一台
致有250 ˚C、371 ˚C、593 ˚C三种，其温度较低 IGCC系统煤气为还原性气氛，除尘难度较高 国际上IGCC系统除尘的基本路线：
第一级除尘以旋风除尘器分离掉10 μm或15 μm以
上的灰尘颗粒； 第二级除尘进行更精细的气固分离，使煤气中颗 粒粒度小于5 μm。第二级除尘分为湿法除尘和干 法除尘或综合湿法除尘和干法除尘。干法除尘多 选用刚性烛状陶瓷过滤器。
延长其经济寿命

根据煤气(烟气)净化温度的不同，分类
热态净化
冷态净化 热态煤气(烟气)净化同冷态净化相比，由于煤气(烟气)显
热损失小，相应提高了煤气化热效率和IGCC系统的总效 率。对IGCC来说，系统效率可以提高2 %～3 %。
煤气除尘技术
高温除尘技术
目前国际上运行的IGCC系统的典型除尘温度大
我国发展现况



国家于1994年成立了IGCC示范项目领导小组，有 计划地安排了IGCC研究课题 1994～1996年华北电力设计院与美国Texaco和GE 公司共同完成了200MW级和400MW级湿法加料 IGCC项目初步可行性研究 1997年华北电力设计院和西安热工研究院与Shell 公司共同完成了300MW级和400MW级干法加料 IGCC项目初步可行性研究 为了在21世纪推广和应用先进的IGCC技术，国家 已经完成了北京和烟台IGCC示范项目的可行性研 究，国家计委已经批准在山东烟台建立300MW或 400MW等级的IGCC示范电站
煤气化联合循环发电 与多联产技术
第 7章 煤气化联合循环发电与多联产
第一节 IGCC简介 第二节 煤化工多联产

煤现在是、将来仍是我国能源的主力。
煤炭是中国最重要的能源，生产和消费的数量大、比重高，
短期内难以替代。

煤用于发电的比例将越来越大。
从目前的50%上升到70%以上，绝对量的增加更大。
风电：装机1亿kW，折合满负荷2500小时，约为火电的1/3太
阳能：热发电最多几万kW示范，光伏发电，不会比风电多。
生物质能：可利用的农作物秸秆3亿吨标煤，可利用的森林3
亿吨标煤，总量相当有限。不同于国外大农场，绝大部分生 物质资源是高度分散的(中国小农经济)。人均耕地少，人均秸 秆占有量少。绝对不能照搬外国的做法。
运行成功的IGCC机组，运行费用和比投资费用都 很高，供电效率较低，仅为31.2%( HHV)。
美国Tampa电站
目前Tampa电站暂时停运了洁净煤气加热器和回
注N2气加热器，致使电站的供电效率从原设计值 42%(LHV)降为37.8%(LHV)。
西班牙Puetollano
IGCC 电站
冷水电站IGCC机组工作系统

目前采用最多的为部分整体化的空分系统
综合了独立空分系统和完全整体化空分系统的优点，其供
电效率略低，但运行调节性能好，净输出功率较大，而且 能在炎热的夏季保持满出力运行。
空分耗能太大
例如Cool Water ,WabashRiver , Tampa 电站中,空分 系统消耗的能量占总的厂用电的70. 1 % ,75. 5 % ,82. 19 %。 Proxair 公司正联合开发一种膜分离技术。该技术 采用陶瓷膜,能够在800 ℃～900 ℃高温下将O2 分 离出来。商业规模的陶瓷膜晶片模块能够在2. 93 MPa 下可靠运行,示范工程已经在1. 379 MPa 和800 ℃～900 ℃下运行了5 000 h 。采用这种膜分离技 术, IGCC 电站的净功率可以增加7 %,制氧能耗降 低37 % ,空分系统设备总投资降低35 % ,整个IGCC 电站的比投资费用能够降低7 %左右 。
深冷法、变压吸附分离(PSA)法和膜分离
法
4)优化的高效余热锅炉及蒸汽轮机系
统
第二节 煤化工多联产
煤化工多联产系统的特点

以煤基清洁燃料和化工产品为主； 通过单元技术耦合简化流程； 通过资源优化配臵、公用工程共享减少建设投入； 通过调整合成气循环比提高单元设备的效率； 灵活调整产品品种和产量； 尾气、废渣循环利用； 以减少投入（降低折旧）、提高效率（单台设备产 量提高）、废弃物利用达到经济效益最优化。
余热锅 炉
在采用单压汽水系统时，余热锅炉的排气温
度仅能降低到160～200℃左右 采用双压或三压的汽水系统，可以把排气温 度降低到110～120℃ 余热锅炉的排气温度应比烟气的酸露点温度 高10℃左右，可降低到80～90℃，但增加锅 炉的投资费用 余热锅炉能够快速启动，很快达到满负荷。
分液体燃料短缺问题。
煤基替代燃料
煤炭对我国来说也是稀缺资源，但相对于其它能源资源仍可“忍受”，
若每年将煤炭产量的1/8用于车用液体燃料的生产，生产几千万吨的替 代燃料，从总的能源供应角度不会带来很大的不平衡。
煤基醇醚燃料的替代成为我国能源发展的战略方向。

再生能源在2020年前不可能解决主要问题
整体煤气化联合循环的发展方向
当前IGCC技术一个研究热点是继续沿着传统
研究方向延伸： 一方面继续积极发展关键集成技术、以寻 求新突破； 另一方面深入研究各设备间的匹配与综合 规律、以寻求系统整体综合优化。
下一步的研究重点
1)高性能的燃气轮机
2)适用于发电用途的大容量、高性能
煤气化与煤气净化系统 3)新型空分技术

独立的和部分整体化的空分系统的供电效率较低
这是因为空气压缩机的效率较低，且要消耗一定的厂用电。
这种方案的运行调节性能较好。如果空压机采用多级中间
冷却方案，对供电效率的影响将很小。

完全整体化的空分系统的IGCC机组的供电效率较高
能避免由天然气改烧低热值煤气时对燃气轮机做较大改动，
比投资费用也较低，但在IGCC机组启动过程中将遇到很大 困难。
生成煤焦油、 酚和某些气相的 碳氢化合物
煤干燥 （失去外部、 内部水分）
气态形式存在的 CO、H2和碳氢化合物
粗煤气 析出挥发份
氧气、 水蒸气 和氢气 生成CO、 CO2和CH4
固定碳
加
煤气净化技术
粗煤气(烟气)在进入燃气轮机前，必须经过除尘净 化以达到其叶片保护标准 目的：

燃气轮机安全可靠运行
带动电机 发出电功率
IGCC的特点

优点
粉尘、NOx、SOx的排放量小，能满足严格的环境要求 供电效率高，能达到42%～45%，最终可达50%～52%，
有利于减少CO2的排放。 燃煤后的副产品如熔渣和飞灰可作建筑水泥材料，煤 脱硫后的副产品可制得单质硫或硫酸，对环境无害， 可以实现零排放。 煤种适应性强。 气化的合成煤气，也可制取甲醇、汽油、尿素等化学 品，使煤得以综合利用。

燃气轮机
3 kJ / Nm 气化炉将向燃气轮机燃烧室提供发热量低于6280


的低热值煤气，由于低热值煤气的燃烧性能较差，不 易于稳燃 流经燃气轮机的燃气质量流率将有相当程度的增大， 为此必须对燃气轮机或压气机进行改造，否则易发生 喘振。 供气化炉用的压缩空气直接从燃气轮机的压气机抽取， 即采用部分或完全整体化的空分系统。 缩小压气机的尺寸或放大燃气轮机的尺寸 改变燃气轮机第一级静叶的安装角，使其流通面积适 当增大。同时适当关小压气机的进口导叶，以减少进 入压气机的空气流率。采用这种方法时燃气轮机应有 较大的喘振裕度。
通过煤（或石油焦）气化和化工反应一次通过
方式实现电力、液体燃料、化工产品、供热、 合成气等的联产 。
来自百度文库
这就是: 多联产
第一节 IGCC简介
整体煤气化联合循环(
Integrated gasification combined cycle , IGCC) 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 特点：不仅可以很大程度上解决目前燃煤电 站效率低、污染大的问题,而且也克服了天然 气供应不足和价格昂贵的问题。从系统构成 及设备制造的角度来看,这种系统继承和发展 了当前热力发电系统几乎所有技术。
IGCC发电技术的基本原理
系统组成 工作过程
典型整体煤气化联合循环发电系统简图
整体煤气化联合循环(IGCC)发电的工艺流程
煤气炉 以空气或纯氧气 为气化剂，使 煤气化为 中低热值的煤气
煤气除尘和净化
产生洁净煤气
排气用于加热余热锅炉 给水，产生的过热蒸汽 带动蒸汽轮机做功
进入燃气轮机 燃烧室燃烧
煤气脱硫技术
按照温度来划分，煤气脱硫技术可以分为： 常温脱硫技术(120 ˚C左右) 高温脱硫技术(600 ˚C左右) 常温脱硫技术比较成熟，含尘煤气首先经过文
丘里湿式除尘器进行除尘和降温，再进行常温 脱硫
主要包括以下几种主要技术： 石灰和石灰石法 氨水吸收法 碱金属法 其他方法

煤的直接燃烧已引起严重的环境污染。
70%~80%以上的SO2，NOX，汞，颗粒物，CO2等。

煤的直接燃烧很难解决温室气体减排问题。

车用液体燃料短缺根本上还得从煤基替代燃料上找出 路。
石油缺口：2007年1.79亿吨，2010年2.5亿吨 粮食乙醇：生物柴油和玉米等纤维素合成的乙醇只能解决一部
整体煤气化联合循环（IGCC）
多联产系统的简单阐释：煤气化发电联产甲醇
Slurry Bed Synthesis
特点： 1、动力/化工过程耦合 2、两个过程均简化 3、经济性/可靠性提高 原因：联产高附加值液体燃料，降低了产品成本， 可以简化系统，降低投资和运行成本，提高系统 MeOH/DME 可靠性
我国电力行业的特点及应对策略
特点 “富煤、少油、有气” 在能源生产和消费中，煤炭能源占75 % 全国装机容量中火电占74.94 %，发电容量中
火电占80.93 % 火电机组中，中小机组占相当大的比例，带来 低效率、高污染、高能耗等一系列问题 应对策略 降耗 减排
IGCC的工程背景及发展现状
由于我国能源消费总量的急剧增长，可再生能源在2020年以
前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，因此2020年以 前可再生能源在份额上不能解决我国能源的主要问题。
资源和环保呼唤煤的现代化利用！
出路何在？
除了加速发展核电和可再生能源以外；
煤炭利用的可持续发展或现代化的煤炭利用技
术（非直接燃烧方式）；
(IGCC)是20世纪70年代初西方国家爆发石油危机时期开始 研究开发的一项洁净煤发电技术 1972年在德国Lü nen的斯蒂克电站投运了世界上第一台 功率为160MW的IGCC示范装臵 1984年五月在美国加州Daggett建成了100MW的 Coolwater(冷水)示范电站后,在美国Louisiana州 Plaquemine的DOW化学工厂又建设了一座160MW左右的 IGCC示范电站(LGTI) 整体煤气化联合循环(IGCC)采用了燃气蒸汽联合循环， 大大提高了能源的综合利用率，实现了能量的梯级利用， 从而提高了整个发电系统的效率，更为重要的是它较好 地解决了常规电站固有的污染问题。