整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)-IGCC技術(shù)綜述

高全娥

（山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030021）

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integrated Coal Gasification Combined Cycle，簡(jiǎn)稱IGCC）技術(shù)走的是一條由燃煤變?nèi)細(xì)涞募夹g(shù)路線，煤通過(guò)氣化和脫硫、除塵等凈化處理后，轉(zhuǎn)化為含有一氧化碳和氫氣的合成氣，這些合成氣隨后再進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。與超臨界技術(shù)僅僅追求消耗更少的煤炭不同，IGCC不僅在二氧化硫、氮氧化物和粉塵排放上很小，而且在控制溫室氣體排放上也有著巨大的潛力。因?yàn)樵诤铣蓺膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，就可以將一氧化碳脫除，而僅燃燒氫氣的燃?xì)廨啓C(jī)幾乎不會(huì)排放任何溫室氣體。

因此，這種技術(shù)被認(rèn)為是一種更具革命性的技術(shù)，但其對(duì)技術(shù)和設(shè)備要求更高，造價(jià)也更高。

1 工藝及流程簡(jiǎn)介

1.1 組成部分及設(shè)備

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integrated Coal Gasification Combined Cycle，簡(jiǎn)稱IGCC）技術(shù)是將煤氣化技術(shù)和高效的蒸汽聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的動(dòng)力系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由兩大部分組成，第一部分為煤的氣化與凈化部分，第二部分為燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電部分。

第一部分的設(shè)備主要包括：氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備(包括硫的回收裝置)；第二部分的設(shè)備主要有：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。

1.2 工藝流程

煤經(jīng)氣化成為中低熱值煤氣，經(jīng)過(guò)凈化，除去煤中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)闈崈舻臍怏w燃料，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)作功，燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。其流程見(jiàn)圖1。

圖1 IGCC典型系統(tǒng)圖

2 IGCC的主要優(yōu)點(diǎn)

（1）極低的排放：脫硫效率－98%；脫氮率－90%；粉塵排放－接近于零，CO2的排放可減少1/4。

（2）非常高的效率：當(dāng)前大型IGCC示范廠的電站效率已達(dá)42%～46%，IGCC的凈效率具有超過(guò)50%的潛力。

（3）耗水量少，比常規(guī)蒸汽循環(huán)電站可節(jié)水30%～50%。

（4）燃煤后的廢物處理量最少，脫硫后可副產(chǎn)元素硫或硫酸。

（5）可以進(jìn)行煤炭資源綜合利用，可根據(jù)需要進(jìn)行多聯(lián)產(chǎn)，將煤氣轉(zhuǎn)化為熱能，燃料氣和化工產(chǎn)品，并進(jìn)行CO2捕獲實(shí)現(xiàn)接近零排放。

（6）以氣化為核心的IGCC技術(shù)，與燃料電池和多聯(lián)產(chǎn)結(jié)合并以接近零排放為目標(biāo)，可能是下一代最新的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。

圖2 各種煤基發(fā)電技術(shù)大氣污染物排放比較

3 IGCC技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

3.1 世界發(fā)展概況

見(jiàn)表1。

3.2 全世界IGCC裝置的現(xiàn)狀

（1）全世界總安裝的氣化爐容量（包括各種給煤方式）：約70，000 MWth或相當(dāng)?shù)?IGCC電功率 38，000 MWel；IGCC的安裝容量平均每年增加10%/年。

（2）現(xiàn)在的投資成本900～1 300US$/kWel，可以達(dá)到的凈效率：43%～45%。

（3）全世界已建成和在建的最大容量的IGCC電廠：西班牙Puertollano（示范廠）：容量：320 MWel，氣化燃料：煤 /石油焦。

氣化系統(tǒng)證實(shí)的可用率：85%

表1 IGCC30年的發(fā)展歷程及展望

意大利ISAB（1999）：512 MWel 氣化燃料：瀝青

意大利Sarlux（2000）：551 MWel 氣化燃料：減黏裂化焦油

西班牙Repsol（2004）：800 MWel氣化燃料：減黏裂化焦油

美國(guó)Confidential（2006）：1 300 MWel氣化燃料（計(jì)劃）：煤

4 存在問(wèn)題及建議

（1）需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和可用率。

（2）系統(tǒng)復(fù)雜，是發(fā)電和化工兩大系統(tǒng)的綜合體，不僅各自自身技術(shù)水平高，而且兩個(gè)系統(tǒng)互相耦合，優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理均要求很高，要進(jìn)一步改進(jìn)性能。

（3）進(jìn)一步提高燃料的靈活性。

（4）進(jìn)一步降低成本。現(xiàn)在的IGCC單位造價(jià)為1 400～1 700美元/Kw，發(fā)電成本為19～61美分/（Kw.h）,均明顯高于現(xiàn)有帶煙氣凈化裝置的蒸汽循環(huán)煤粉爐電廠。

5 前景預(yù)測(cè)

由于IGCC的諸多優(yōu)點(diǎn)，98%的脫硫效率，超過(guò)50%的凈效率潛力，耗水量少及最潔凈的煤發(fā)電技術(shù)，作者認(rèn)為其未來(lái)發(fā)展的前景是非常廣闊的，是可以持續(xù)發(fā)展的。