綠色煤電——IGCC

1、綠色煤電IGCC摘要：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC發(fā)電技術是當今國際上最引人注目的新型、高 效的潔凈煤發(fā)電技術之一。IGCC是一種先進的潔凈煤發(fā)電和多聯(lián)產技術，具 有優(yōu)秀的環(huán)保排放特性（包括對溫室氣體二氧化碳的捕捉），在不斷改善凈效 率、比投資費用、設備的可用率和生產成本后，在 21世紀初期有望被逐漸推廣 使用，并為氫能源經濟的來臨準備條件。本文介紹了什么是 IGCC、其主要優(yōu)缺 點和國內外的發(fā)展現(xiàn)狀，并展望了它的發(fā)展趨勢。關鍵詞：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)；IGCC;潔凈煤；綠色煤電1什么是IGCCIGCC全名（Intergrated Gasification Combined Cycle）,即整體煤

2、氣化聯(lián)合循環(huán) 發(fā)電，IGCC發(fā)電系統(tǒng)有兩大分系統(tǒng)構成，即煤氣化、潔小系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。其 基本原理是：先通過煤氣化爐將煤氣化成中、低熱值的合成粗煤氣，然后經凈 化系統(tǒng)將其除塵、脫硫、除染而制成可供燃氣輪機使用的精煤氣，進入燃燒室 產生高效燃氣帶動汽機做功，同時還利用燃氣輪機排氣經余熱鍋爐產生不同參 數(shù)蒸汽，以驅動蒸汽輪機發(fā)電，以及供熱等（其流程圖如圖1）。它既能大幅提高發(fā)電效率，同時乂能實現(xiàn)極好的環(huán)保效果。圖1煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電流程圖集氣汽 博氧12 IGC C優(yōu)缺點IGC C發(fā)電技術是當今國際上最引人注目的新型、 高效的潔凈煤發(fā)電技術之 一。它采用 先治理后發(fā)電”的策略，在燃料燃燒前先除去污染

3、物，可以大大降低二氧化碳、氮氧化物等污染物的排放。IGCC發(fā)電技術將聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術與 煤炭氣化和煤氣凈化技術有機的結合在一起，與常規(guī)燃煤機組及燃氣蒸汽聯(lián)合 循環(huán)(GTCC)相比，具有下面諸多優(yōu)缺點：2.1主要優(yōu)點(1) 效率較高，其具有繼續(xù)提高效率的最大潛力。 高效率IGCC供電效率可達 42-46%，提高初燃后可達50%以上，與煤粉火力發(fā)電相比，在商用階段，能將 發(fā)電效率提高約2成。(2) 與普通發(fā)電機組相比，其使用的煤種擴大。能綜合利用煤碳資源，組成 多聯(lián)產系統(tǒng)，能同時生產電、熱、燃料氣和化工產品。在 IGCC中能使用灰融點 低的煤炭，由于該煤種產生渣塊，難于在煤粉火力中使用。所提煤炭大

4、都產地 分散在各產煤國，缺煤炭的日本，在利用煤炭上無疑擴大了品種。(3) 低污染，其具有良好環(huán)境效益。在氣化過程中可脫硫 98%，脫氮90%, 粉塵幾乎為零,如將排放的二氧化碳進行濃縮儲存等處理可使機組達到零排放； 單位發(fā)電量的SOx、NOx及灰塵的排出量隨發(fā)電效率提高而降低。 因為是復合發(fā) 電，與煤粉火力發(fā)電相比，能降低排水量 3成左右。(4) 煤灰的處理有很多的優(yōu)點。煤粉火力發(fā)電以飄塵狀團粉或渣塊形式產生 大量的灰，但IGCC的煤灰則以溶渣排出，容積大約減少1/2,有利于延長處理 灰場的壽命。同時，渣塊能代替水泥用的骨材及作為路基材料，實現(xiàn)再利用。在填埋處理場合，不會有雜物溶解排到外部。(

5、5) 可以大大降低用水量。煤粉火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置要用大量的水，但IGCC在燃料瓦斯階段處理用的水量卻大幅降低。耗水量比常規(guī)少30-50%。2.2主要缺點(1) 系統(tǒng)復雜，是化工與發(fā)電兩大行業(yè)的綜合體。技術難度大，安全和經 濟管理都十分繁雜，且是連續(xù)生產，互相牽連。目前仍在商業(yè)示范階段。(2) 目前IGCC單位造價和運行成本仍比正常燃煤加脫硫電站貴的多。據(jù)中美專家關于IGCC技術報告提供的幾種發(fā)電方案的技術經濟比較數(shù)據(jù)，IGCC單位造價為1400-170吹元/KW,發(fā)電成本為19-61美分/KWh。(3) 為了降低成本，達到多種產品(化工、熱、電)綜合生產等，其投資 和占地面積還需要繼續(xù)增加

6、。3國內外發(fā)展概況據(jù)初步統(tǒng)計，全球已經建成投運IGCC電站約30余座，總裝機約1000MW, 在建和擬建IGCC電站約4馀座，總裝機約20000MW。這些電站主要分布在美國、歐洲、日本等發(fā)達國家和地區(qū)，韓國、印度等國也在積極推動IGCC的發(fā)展。自上世紀90年代美國和歐洲相繼建成4座IGCC示范電站以來,IGCC電站主要沿兩 個方向發(fā)展：其一是與煉油廠相結合的IGCC電站，此類電站以石油焦、渣油、 瀝宵等為主要原料，與煉油廠形成產品互供關系，已投產17座，裝機容量超過6000MW;其二是世界各國也在積極規(guī)劃建設以發(fā)電為主的 IGCC電站。最近這 些年，我國對IGCC非常關注，也在積極推動IGCC

7、在中國國內的發(fā)展。下面對 各個國家IGCC的發(fā)展情況介紹一下。3.1中國從20世紀90年代初開始，國家科技部、國家電力公司（原電力工業(yè)部）等部門 組織全國的技術力量，對我國發(fā)展IGCC發(fā)電技術進行了充分的可行性研究，認 為在我國發(fā)展IGCC發(fā)電技術是必要的和迫切的。在 九五”國家科技攻關計劃中 進行了 IGCC關鍵技術的研究。在此基礎上，199W國家批準了 IGCC示范電站 項目建議書，IGCC示范項目正式立項，示范電站功率為 300MW 或400MW ,目 前，該項目已完成主設備的評標工作。2005年，中國兗礦集團在山東滕州建成了年產 24萬噸甲醇和20萬噸醋酸、 聯(lián)產8萬千瓦發(fā)電的多聯(lián)產示

8、范工程。由中石化等投資建設的福建煉油乙烯一體 化項目也建設了一套以瀝宵為原料的氣化發(fā)電裝置，聯(lián)產蒸汽和氫氣，用作全 廠的公用工程島，目前正在投料試車。嚴格地說，這兩個項目均不能稱作IGCC示范電站，僅僅是帶有IGCC的某些技術特點。近幾年，繼華能率先提出綠色煤電”計劃后，國內各大發(fā)電公司均提出了 IGCC電站的建設規(guī)劃。日前，國家發(fā)改委正式核準華能天津IGCC電站示范工程項目，標志著具有 我國自主知識產權、代表世界活潔煤電技術前沿水平的綠色煤電”計劃取得了實質性進展。華能天津IGCC電站示范工程項目是國家 十一五” 863劃重大項 目，將建設我國第一臺25萬千瓦級整體煤氣化燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)（

9、IGCC）發(fā)電機 組，采用華能自主研發(fā)的具有我國自主知識產權的 2000噸/天級兩段式十煤粉 氣化爐。工程建成后發(fā)電效率可達50%以上，并實現(xiàn)污染物的近零排放。據(jù)報道，Green Gerff始在天津建造650MWIGCC電站，中國Green Gen（t色 發(fā)電）工程國際財團已開始建造一個使用碳捕獲和多價螯合的近零放” 650MW燃煤的IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）電站。Green Gerffe站被定位為中國第一個商 業(yè)規(guī)模潔凈煤電站，正在天津臨港工業(yè)園內建造。最初，氣化系統(tǒng)將把煤轉換 成用于電站的合成氣燃料。在此過程中，合成氣將被轉化成氫氣，供應的氫氣 既可作為用于主電站的燃料，也可作為適合市

10、場銷售的產品，用于燃料電池發(fā) 電機組和其它工業(yè)應用。工程的第一階段計劃于 2011年投入生產，生產250MW 電力，氣化能力為每天2000t,在2016年前，兩個連續(xù)的膨脹將使總輸出功率增 加到650MW，每天耗煤3500t。捕獲的二氧化碳，將向外輸送，將其在石油回收 過程中用作為回注的氣體。除了燃氣輪機是進口的以外，所有主要的部件都是 國內生產的，包括由西安熱工研究所設計的有專利權的氣化器系統(tǒng)。除了煤以 外，通用的氣化器過程使裝置能利用各種原料，包括來自目前位于臨港工業(yè)園 的多重化學加工作業(yè)的副產品。國內研究單位經過國家 八五”科技攻關，在IGCC系統(tǒng)設計優(yōu)化和一些關鍵 技術開發(fā)方面取得了長

11、足的進步，已形成了較強的技術支持力量。“IGCCJ計集成和動態(tài)特性”、年煤粉加壓氣化技術”、多噴嘴水煤漿加壓氣化技術”和煤 氣高溫凈化技術”等被列入國家十五”、“86刑劃予以支持。這些研究為IGCC 示范電站的建設及我國IGCC技術的發(fā)展奠定了良好的基礎。 我國目前尚不具備 向IGCC電站提供關鍵技術依托，走引進和自主開發(fā)相結合的發(fā)展道路有利于發(fā) 揮后發(fā)優(yōu)勢，通過IGCC示范電站的建設及圍繞示范電站進行的消化吸收及自主 開發(fā)，將成為我國IGCC技術發(fā)展的基礎。3.2美國美國是IGCC技術發(fā)展的引領者和推動者，經過近10年的示范運行，已著手 建設商業(yè)電站。由于美國各州的環(huán)保法規(guī)對燃煤電站的排放要

12、求日益嚴格IGCC電站以其優(yōu)異的環(huán)保性能成為新建燃煤電站的主要選擇。據(jù)美國能源部(DOE)的統(tǒng)計，截至2008年上半年，美國國內在建和獲批的IGCC電站有6座，對外發(fā) 布的IGCC電站有22座。美國擬建的IGCC發(fā)電機組采用標準化設計和建設，以 降低其造價。標準設計多由2臺燃機+2臺余熱鍋爐+1臺蒸汽輪發(fā)電機組構成l套 600MW級的IGCC發(fā)電機組。據(jù)DOE最新介紹，美國總體規(guī)劃建設10座IGCC標 準電站，以推動IGCC電站的商業(yè)應用。3.3日本日本在IGCC技術方面以自主創(chuàng)新為主。采用三菱重工的空氣氣化爐和低熱 值合成氣燃機建設250MW的IGCC示范電站已于2008年投運。氣化爐為十法

13、給 料，耗煤量為1700t/d，凈功率為220MW，凈效率為42%。下一步示范電站將采 用M701F燃氣輪機，其容量可達到450MW ,效率達到45%-46%,未來考慮將功 率放大到650MW ,效率力爭達到48-50%,另外，示范電站還將考慮與二氧化碳 的捕集和封存(CCS)結合，把捕集的二氧化碳進行海洋地質封存。3.4韓國韓國正在考慮建設3個IGCC項目，其中1個以煤炭為原料，2個與煉廠結合 以渣油為原料。韓國國家電力公司(KEPCO)承建的300MW級IGCC示范電站現(xiàn)已 開始設備招標，初步確定采用Shell氣化爐和F級燃氣輪機。該項目是韓國政府重 點支持的潔凈煤項目，計劃于2009年開

14、工建設。3.5印度印度作為世界第三大產煤國，于2001年建立了一座53MW的Sanghi IGCW 范電站，應用U-Ga彩化技術和GE6B燃氣輪機，并計劃建設5座類似電站。2008 年7月，印度NBHL公司宣布在政府支持下，開始著手準備建設 125MW的IGCC 示范電站，該電站位于印度東南部城市維查雅瓦達(Vijayawada)，預計2010年下半年投產。該電站將采用固定床氣化爐，以空氣和水蒸汽為氣化劑。該氣化技 術由NBHL從198W開始研究開發(fā)，并已建成了 18噸/天的示范裝置，經過了近 3000小時的試驗運行。3.6歐洲歐洲也是IGCC發(fā)電技術的引領者，且在石化領域IGCC發(fā)電技術已獲

15、得了 商業(yè)推廣。近年來，為應對氣候變化，歐洲各國普遍探索將IGCC同CCS相結合， 建設燃燒前脫碳示范電站，目前歐洲擬建的該類電站已經超過5座。荷蘭的Nuon 公司于2005年9月啟動了新一期IGCC項目的論證工作，欲基于Buggenum IGCC 示范電站的建設和運行經驗進行推廣，選址于荷蘭北部格羅寧根省Eemshaven定名為Magnum IGCC電站。2008年初，該項目正式啟動。該電站由 3列Shel1氣 化爐組成氣化島，由3-5列聯(lián)合循環(huán)機組組成動力島，規(guī)劃裝機容量 1300MW。 目前，該電站主設備招標已完成，預計第一期聯(lián)合循環(huán)機組將于2011年投產，后續(xù)的氣化島和部分脫碳裝置將于

16、2013年前陸續(xù)投產。德國的RWE公司也正在 進行l(wèi)座450MW IGCC+CC S示范電站的設計工作。該電站以褐煤為原料，將采用 高溫溫克勒氣化爐，預計將于2014年投產。同時，Siemens司在德國也啟動了 1項建設1000MW級類似電站的計劃。3.7澳大利亞澳大利業(yè)近年來也以實現(xiàn)燃煤電站的低污染為出發(fā)點規(guī)劃了幾座IGC C發(fā)電站。Stanwell發(fā)電公司與Shell公司一起在昆士蘭州中部 Rockhampton付近啟動 了一項100MW級的IGCC項目。作為ZeroGe顧目的一部分，該項目將與 CCS相 結合，目前正在進行可行性研究，預計于2012年投產。BP公司和Rio Tint。公司

17、 組建的Hydrogen ENERGY公司還計劃在澳大利業(yè)西部的 Kwinana啟動DF3IGCC 項目。該項目規(guī)模為500MW級，與CCS全面結合，目前正在進行可行性研究。 該項目最終的投資決策將于2011年完成，預計將于2014年發(fā)電，2021年開始埋 存CO。此外，澳大利業(yè)的HRL公司還開發(fā)了一種基于褐煤十燥氣化的IGCC發(fā) 電技術(IDGCC)，該技術采用高溫溫克勒流化床氣化爐，以高水分的褐煤為原料。該項目位于澳大利業(yè)維多利業(yè)州的Latrobe峽谷，將采用2列并行的空氣加壓 流化床氣化爐，配置l套400M的GE 9FA燃氣輪機組成的聯(lián)合循環(huán)機組。 該項 目得到了澳大利業(yè)政府的大力支持，

18、其中聯(lián)邦政府將通過其(低排放技術示范基金項目，LETDF)給予1億澳元的資助，項目所在的維多利業(yè)州政府也將根據(jù)(能源技術創(chuàng)新戰(zhàn)略項目，ETIS)給予5000萬澳元的資助。該項目預計于200W底完 工。目前，HRL公司正在開發(fā)并試驗基于純氧的褐煤氣化技術，預計將于未來 幾年內作為CCS項目進行商業(yè)化開發(fā)。4發(fā)展前景目前，碳捕捉及封存技術(CCS)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(IGCC)被認為是 最有潛力的技術，二者結合，將能實現(xiàn)二氧化碳的零排放，大大提高燃煤效率。 縱觀全球煤電的發(fā)展趨勢和環(huán)保的嚴格要求，燃煤IGCC發(fā)電技術是一種被驗證的先進的潔凈煤發(fā)電技術，能同時初步解決燃煤發(fā)電效率與污染的矛盾，

19、是未 來煤電的主體。在此基礎上，將煤制氫、燃料電池與 IGCC復合發(fā)電、液體燃料 生產、二氧化碳分離和處理等過程集成的能源系統(tǒng)即綠色煤電是未來煤電前景， 它可實現(xiàn)煤電的高效和近零排放，完全符合可持續(xù)發(fā)展的要求。圖2未來煤電系統(tǒng)結論我國長期以來以煤為主要一次能源，動力煤灰分高、含量大，由丁經濟、 技術及環(huán)境標準方面的原因，一般電站發(fā)電效率低，煙氣除塵效率低，硫排放 處丁失控狀態(tài)，隨著經濟的發(fā)展、社會的進步，人們逐漸認識到能源的有限性 和環(huán)境保護的重要性，怎樣在保持經濟高速發(fā)展的同時，避免過度消耗能源和 嚴重污染人類賴以生存的環(huán)境，這是擺在世人面前急需解決的問題，大力發(fā)展 高效、潔凈的 綠色電力”，必將是我國未來電力工業(yè)發(fā)展的主旋律。IGCC發(fā) 電技術的發(fā)展是未來煤炭能源系統(tǒng)的基礎，應用前景廣泛。市場潛力巨大.加 快IGCC發(fā)電技術的應用和推廣具有戰(zhàn)略意義