整體煤氣化聯合循環發電技術分析

宋旭龍

摘 要 隨著我國經濟的快速發展，極大程度上帶動電力工業的迅猛發展，如何在電力資源短缺的情況下，既能發展電力工業又可以達到環保減少損耗成為相關部門的重大課題之一。電力技術的升級和發展為這些問題的解決提供了技術基礎。在建立科學、協調、快速、高效和有序電力工業的過程中，廢燃氣、廢熱在國家的相關政策逐步實施，完善系統體制的同時也重新被有效利用。綠色燃煤等新型發電技術在大量采用的同時逐漸被國產化，這為國家快速發展電力工業提供了強有力支持。

關鍵詞 電力工業；煤氣化；能源

中圖分類號：TM611 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0106-01

我國是以煤炭為主要一次能源的國家，發展煤基燃料的聯合循環是一個重要的方向。此項技術在循環熱效率、調峰性能、容量、交加、節約水資源上得以完好的改善，其使用高硫煤并且成為資源化或生產單體硫等特點上具有明顯作用。在未來以環保的燃煤發電技術中可以發展成為世界最潔凈的燃煤發電技術。

1 實踐中整體煤氣化聯合循環的方式方法及分析

在目前適用范圍最廣、效果最為明顯的整體煤氣聯合循環系統中，煤和來自空氣分離裝置的富氧化劑送入氣話裝置中生成的煤氣成為發電機做功發電的燃料，而壓氣機輸出的壓縮空氣的一部分送入燃氣輪機燃燒室，作為燃燒所需空氣，另一部分供空氣分離裝置所用。在實現燃氣—蒸汽聯合循環的過程中間接或直接的使用了固體燃料煤的目標。

（IGCC）即合成氣制備與凈化部分和燃氣—蒸汽聯合循環發電部分，其系統的設計是以煤氣化設備為主導的。圖1為一種典型的（IGCC）系統簡圖。

2 （IGCC）的特點

1）燃料的適應性廣。可利用高硫分、高灰分、低熱值的低品位煤。

2）具有進一步提高效率的前景。先進的煤氣化技術可達到99%的碳轉化率，氣化爐的總效率可達94%。

3）整體煤氣化聯合循環克服了單獨煤氣化的缺點。在單獨煤氣化的過程中，煤的化學能中15%多的熱量損失于冷卻水中，利用這一部分熱量加熱余熱鍋爐的給水，從而體現整體化的

優勢。

4）優良的環保性能。整體煤氣化聯合循環發電系統在將固體燃料比較經濟地轉化成燃氣輪機能燃用的淸潔氣體燃料的基礎上，很好地解決了燃煤污染嚴重且不易治理的問題，具有大氣污染物排放量少，廢物處理量小等突出優點，足以滿足對未來燃煤發電系統日益嚴格的環保指標要求。

3 整體煤氣化聯合循環系統的主要構成部分及其特點

1）IGCC主要系統中煤炭氣化系統的組成與優勢的組成與優勢固定床氣化也被稱為移動床氣化。其有獨特的形成原理，煤由氣化爐頂加入，氣化劑則由爐底加入，在流動氣體不會改變固體顆粒的相對位置時，即稱固定狀態。依據固定床氣化簡單、可靠的特性，在發電技術中占據主流地位。

以小顆粒煤為氣化原料，自上而下的氣化劑的作用下，保持不中斷和無序的沸騰、懸浮的狀態運動中進行著混合熱交替，致使整個床層溫度均衡被稱為流化床氣化即沸騰床氣化。流化床氣化的特性是生產強度較固定、煤種適應性強。

氣流床氣化技術室一種并流式氣化。其操作主要是在氣化爐內煤炭細粉顆粒經過特殊噴嘴進入反應室，瞬間發生燃火反應，即使在不充分的氧化條件下，能夠保持同時發生熱解、燃燒以及吸熱的氣化的反應，由此得出其較大兼容性的特效。

2）IGCC主要系統中煤氣凈化系統的組成與優勢。因為從氣化爐產生的原煤氣里含有大量對人體有害雜質，所以為了達到燃氣輪機安全、可靠運行和環保法規的要求，預先凈化處理，以除去粗煤氣中的硫化物、粉塵、氯化物記憶堿金屬與鹵化物等有害物質。

3）空氣分離系統。整體煤氣化聯合循環的煤氣化反應均采用富氧氣體作為氣化劑，空氣分離制氧通常采用常規的低溫液化絕熱分離方法，在制氧過程中，要求向空氣分離系統提供至少0.6 MPa壓力的壓縮空氣，因此，制氧的絕大部分功耗為空氣的壓縮。空氣分離制氧系統分離出來的氮氣壓力也較高，可全部或部分地直接回注到燃氣輪機做功，空分后獲得的氮氣也可以作為副產品出售。

4）燃氣輪機與余熱鍋爐。燃氣輪機主要是考慮為了適應不同熱值的煤氣以及煤氣中殘存的微小顆粒所存在的磨蝕和腐蝕而設計。為了經濟、有效地控制燃氣輪機排氣中的NOx的含量，采取在燃燒室內噴水，或在煤氣送入燃氣輪機之前，與無鹽水接觸，增大煤氣的濕度，借以降低燃氣輪機燃燒室內的火焰溫度，使燃氣輪機排氣的NOx的含量得到控制。

余熱鍋爐是整個聯合循環系統中一個重要的有機組成部分，余熱鍋爐的功能和結構與聯合循環方案及其給水系統預熱方案密切相關，為系統整體優化和各主要子系統匹配的一個關鍵所在，起承上啟下的作用。

4 結論

整體煤氣化聯合循環技術在發電工業的成功應用將依賴于成本的降低和可靠性及可操作性的增強，關鍵領域在于更好地了解燃料氣化性能，提高IGCC主要設備部件的可靠性并降低基建成本，可對整個IGCC工藝進行最優化設計。

參考文獻

[1]能源與礦業工程學部咨詢組.發展燃氣機充分利用我國燃氣能源的研究[R].北京：能源與礦業工程學部咨詢組，2004.

[2]趙潔，趙敏，謝秋野.國內外整體煤氣化聯合循環電廠發展概況及我國建設條件分析[J].中國電力，2006（4）：42-46.

[3]戴佩琨，程鈞培.火力發電新技術發展[J].發電設備，2004，18（1）：1-6.

[4]葉大戟.華能集團“綠色煤電”發展戰略[N].中國電力報，2005-12-07（10）.endprint

摘 要 隨著我國經濟的快速發展，極大程度上帶動電力工業的迅猛發展，如何在電力資源短缺的情況下，既能發展電力工業又可以達到環保減少損耗成為相關部門的重大課題之一。電力技術的升級和發展為這些問題的解決提供了技術基礎。在建立科學、協調、快速、高效和有序電力工業的過程中，廢燃氣、廢熱在國家的相關政策逐步實施，完善系統體制的同時也重新被有效利用。綠色燃煤等新型發電技術在大量采用的同時逐漸被國產化，這為國家快速發展電力工業提供了強有力支持。

關鍵詞 電力工業；煤氣化；能源

中圖分類號：TM611 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0106-01

我國是以煤炭為主要一次能源的國家，發展煤基燃料的聯合循環是一個重要的方向。此項技術在循環熱效率、調峰性能、容量、交加、節約水資源上得以完好的改善，其使用高硫煤并且成為資源化或生產單體硫等特點上具有明顯作用。在未來以環保的燃煤發電技術中可以發展成為世界最潔凈的燃煤發電技術。

1 實踐中整體煤氣化聯合循環的方式方法及分析

在目前適用范圍最廣、效果最為明顯的整體煤氣聯合循環系統中，煤和來自空氣分離裝置的富氧化劑送入氣話裝置中生成的煤氣成為發電機做功發電的燃料，而壓氣機輸出的壓縮空氣的一部分送入燃氣輪機燃燒室，作為燃燒所需空氣，另一部分供空氣分離裝置所用。在實現燃氣—蒸汽聯合循環的過程中間接或直接的使用了固體燃料煤的目標。

（IGCC）即合成氣制備與凈化部分和燃氣—蒸汽聯合循環發電部分，其系統的設計是以煤氣化設備為主導的。圖1為一種典型的（IGCC）系統簡圖。

2 （IGCC）的特點

1）燃料的適應性廣。可利用高硫分、高灰分、低熱值的低品位煤。

2）具有進一步提高效率的前景。先進的煤氣化技術可達到99%的碳轉化率，氣化爐的總效率可達94%。

3）整體煤氣化聯合循環克服了單獨煤氣化的缺點。在單獨煤氣化的過程中，煤的化學能中15%多的熱量損失于冷卻水中，利用這一部分熱量加熱余熱鍋爐的給水，從而體現整體化的

優勢。

4）優良的環保性能。整體煤氣化聯合循環發電系統在將固體燃料比較經濟地轉化成燃氣輪機能燃用的淸潔氣體燃料的基礎上，很好地解決了燃煤污染嚴重且不易治理的問題，具有大氣污染物排放量少，廢物處理量小等突出優點，足以滿足對未來燃煤發電系統日益嚴格的環保指標要求。

3 整體煤氣化聯合循環系統的主要構成部分及其特點

1）IGCC主要系統中煤炭氣化系統的組成與優勢的組成與優勢固定床氣化也被稱為移動床氣化。其有獨特的形成原理，煤由氣化爐頂加入，氣化劑則由爐底加入，在流動氣體不會改變固體顆粒的相對位置時，即稱固定狀態。依據固定床氣化簡單、可靠的特性，在發電技術中占據主流地位。

以小顆粒煤為氣化原料，自上而下的氣化劑的作用下，保持不中斷和無序的沸騰、懸浮的狀態運動中進行著混合熱交替，致使整個床層溫度均衡被稱為流化床氣化即沸騰床氣化。流化床氣化的特性是生產強度較固定、煤種適應性強。

氣流床氣化技術室一種并流式氣化。其操作主要是在氣化爐內煤炭細粉顆粒經過特殊噴嘴進入反應室，瞬間發生燃火反應，即使在不充分的氧化條件下，能夠保持同時發生熱解、燃燒以及吸熱的氣化的反應，由此得出其較大兼容性的特效。

2）IGCC主要系統中煤氣凈化系統的組成與優勢。因為從氣化爐產生的原煤氣里含有大量對人體有害雜質，所以為了達到燃氣輪機安全、可靠運行和環保法規的要求，預先凈化處理，以除去粗煤氣中的硫化物、粉塵、氯化物記憶堿金屬與鹵化物等有害物質。

3）空氣分離系統。整體煤氣化聯合循環的煤氣化反應均采用富氧氣體作為氣化劑，空氣分離制氧通常采用常規的低溫液化絕熱分離方法，在制氧過程中，要求向空氣分離系統提供至少0.6 MPa壓力的壓縮空氣，因此，制氧的絕大部分功耗為空氣的壓縮。空氣分離制氧系統分離出來的氮氣壓力也較高，可全部或部分地直接回注到燃氣輪機做功，空分后獲得的氮氣也可以作為副產品出售。

4）燃氣輪機與余熱鍋爐。燃氣輪機主要是考慮為了適應不同熱值的煤氣以及煤氣中殘存的微小顆粒所存在的磨蝕和腐蝕而設計。為了經濟、有效地控制燃氣輪機排氣中的NOx的含量，采取在燃燒室內噴水，或在煤氣送入燃氣輪機之前，與無鹽水接觸，增大煤氣的濕度，借以降低燃氣輪機燃燒室內的火焰溫度，使燃氣輪機排氣的NOx的含量得到控制。

余熱鍋爐是整個聯合循環系統中一個重要的有機組成部分，余熱鍋爐的功能和結構與聯合循環方案及其給水系統預熱方案密切相關，為系統整體優化和各主要子系統匹配的一個關鍵所在，起承上啟下的作用。

4 結論

整體煤氣化聯合循環技術在發電工業的成功應用將依賴于成本的降低和可靠性及可操作性的增強，關鍵領域在于更好地了解燃料氣化性能，提高IGCC主要設備部件的可靠性并降低基建成本，可對整個IGCC工藝進行最優化設計。

參考文獻

[1]能源與礦業工程學部咨詢組.發展燃氣機充分利用我國燃氣能源的研究[R].北京：能源與礦業工程學部咨詢組，2004.

[2]趙潔，趙敏，謝秋野.國內外整體煤氣化聯合循環電廠發展概況及我國建設條件分析[J].中國電力，2006（4）：42-46.

[3]戴佩琨，程鈞培.火力發電新技術發展[J].發電設備，2004，18（1）：1-6.

[4]葉大戟.華能集團“綠色煤電”發展戰略[N].中國電力報，2005-12-07（10）.endprint

摘 要 隨著我國經濟的快速發展，極大程度上帶動電力工業的迅猛發展，如何在電力資源短缺的情況下，既能發展電力工業又可以達到環保減少損耗成為相關部門的重大課題之一。電力技術的升級和發展為這些問題的解決提供了技術基礎。在建立科學、協調、快速、高效和有序電力工業的過程中，廢燃氣、廢熱在國家的相關政策逐步實施，完善系統體制的同時也重新被有效利用。綠色燃煤等新型發電技術在大量采用的同時逐漸被國產化，這為國家快速發展電力工業提供了強有力支持。

關鍵詞 電力工業；煤氣化；能源

中圖分類號：TM611 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0106-01

我國是以煤炭為主要一次能源的國家，發展煤基燃料的聯合循環是一個重要的方向。此項技術在循環熱效率、調峰性能、容量、交加、節約水資源上得以完好的改善，其使用高硫煤并且成為資源化或生產單體硫等特點上具有明顯作用。在未來以環保的燃煤發電技術中可以發展成為世界最潔凈的燃煤發電技術。

1 實踐中整體煤氣化聯合循環的方式方法及分析

在目前適用范圍最廣、效果最為明顯的整體煤氣聯合循環系統中，煤和來自空氣分離裝置的富氧化劑送入氣話裝置中生成的煤氣成為發電機做功發電的燃料，而壓氣機輸出的壓縮空氣的一部分送入燃氣輪機燃燒室，作為燃燒所需空氣，另一部分供空氣分離裝置所用。在實現燃氣—蒸汽聯合循環的過程中間接或直接的使用了固體燃料煤的目標。

（IGCC）即合成氣制備與凈化部分和燃氣—蒸汽聯合循環發電部分，其系統的設計是以煤氣化設備為主導的。圖1為一種典型的（IGCC）系統簡圖。

2 （IGCC）的特點

1）燃料的適應性廣。可利用高硫分、高灰分、低熱值的低品位煤。

2）具有進一步提高效率的前景。先進的煤氣化技術可達到99%的碳轉化率，氣化爐的總效率可達94%。

3）整體煤氣化聯合循環克服了單獨煤氣化的缺點。在單獨煤氣化的過程中，煤的化學能中15%多的熱量損失于冷卻水中，利用這一部分熱量加熱余熱鍋爐的給水，從而體現整體化的

優勢。

4）優良的環保性能。整體煤氣化聯合循環發電系統在將固體燃料比較經濟地轉化成燃氣輪機能燃用的淸潔氣體燃料的基礎上，很好地解決了燃煤污染嚴重且不易治理的問題，具有大氣污染物排放量少，廢物處理量小等突出優點，足以滿足對未來燃煤發電系統日益嚴格的環保指標要求。

3 整體煤氣化聯合循環系統的主要構成部分及其特點

1）IGCC主要系統中煤炭氣化系統的組成與優勢的組成與優勢固定床氣化也被稱為移動床氣化。其有獨特的形成原理，煤由氣化爐頂加入，氣化劑則由爐底加入，在流動氣體不會改變固體顆粒的相對位置時，即稱固定狀態。依據固定床氣化簡單、可靠的特性，在發電技術中占據主流地位。

以小顆粒煤為氣化原料，自上而下的氣化劑的作用下，保持不中斷和無序的沸騰、懸浮的狀態運動中進行著混合熱交替，致使整個床層溫度均衡被稱為流化床氣化即沸騰床氣化。流化床氣化的特性是生產強度較固定、煤種適應性強。

氣流床氣化技術室一種并流式氣化。其操作主要是在氣化爐內煤炭細粉顆粒經過特殊噴嘴進入反應室，瞬間發生燃火反應，即使在不充分的氧化條件下，能夠保持同時發生熱解、燃燒以及吸熱的氣化的反應，由此得出其較大兼容性的特效。

2）IGCC主要系統中煤氣凈化系統的組成與優勢。因為從氣化爐產生的原煤氣里含有大量對人體有害雜質，所以為了達到燃氣輪機安全、可靠運行和環保法規的要求，預先凈化處理，以除去粗煤氣中的硫化物、粉塵、氯化物記憶堿金屬與鹵化物等有害物質。

3）空氣分離系統。整體煤氣化聯合循環的煤氣化反應均采用富氧氣體作為氣化劑，空氣分離制氧通常采用常規的低溫液化絕熱分離方法，在制氧過程中，要求向空氣分離系統提供至少0.6 MPa壓力的壓縮空氣，因此，制氧的絕大部分功耗為空氣的壓縮。空氣分離制氧系統分離出來的氮氣壓力也較高，可全部或部分地直接回注到燃氣輪機做功，空分后獲得的氮氣也可以作為副產品出售。

4）燃氣輪機與余熱鍋爐。燃氣輪機主要是考慮為了適應不同熱值的煤氣以及煤氣中殘存的微小顆粒所存在的磨蝕和腐蝕而設計。為了經濟、有效地控制燃氣輪機排氣中的NOx的含量，采取在燃燒室內噴水，或在煤氣送入燃氣輪機之前，與無鹽水接觸，增大煤氣的濕度，借以降低燃氣輪機燃燒室內的火焰溫度，使燃氣輪機排氣的NOx的含量得到控制。

余熱鍋爐是整個聯合循環系統中一個重要的有機組成部分，余熱鍋爐的功能和結構與聯合循環方案及其給水系統預熱方案密切相關，為系統整體優化和各主要子系統匹配的一個關鍵所在，起承上啟下的作用。

4 結論

整體煤氣化聯合循環技術在發電工業的成功應用將依賴于成本的降低和可靠性及可操作性的增強，關鍵領域在于更好地了解燃料氣化性能，提高IGCC主要設備部件的可靠性并降低基建成本，可對整個IGCC工藝進行最優化設計。

參考文獻

[1]能源與礦業工程學部咨詢組.發展燃氣機充分利用我國燃氣能源的研究[R].北京：能源與礦業工程學部咨詢組，2004.

[2]趙潔，趙敏，謝秋野.國內外整體煤氣化聯合循環電廠發展概況及我國建設條件分析[J].中國電力，2006（4）：42-46.

[3]戴佩琨，程鈞培.火力發電新技術發展[J].發電設備，2004，18（1）：1-6.

[4]葉大戟.華能集團“綠色煤電”發展戰略[N].中國電力報，2005-12-07（10）.endprint