IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究趨勢概述

IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究趨勢概述IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究趨勢概述IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展研究趨勢概述IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀和進(jìn)展趨勢整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IntegratedGasificationCombinedCycle），簡稱IGCC發(fā)電技術(shù)是將固體煤氣化、凈化與燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電相結(jié)合的一種干凈煤發(fā)電技術(shù)。IGCC作為燃煤發(fā)電或結(jié)合多聯(lián)產(chǎn)，具有效率高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢，代表將來電力技術(shù)的進(jìn)展方向，成為世界上極有進(jìn)展前途的一種干凈煤發(fā)電技術(shù)?！笆晃濉?63示范項(xiàng)目--浙江半山IGCC發(fā)電示范工程本工程是國家“十一五”863重大項(xiàng)目“200MW級IGCC關(guān)鍵技術(shù)討論開發(fā)與工業(yè)示范”討論課題的依托項(xiàng)目。按科技部下發(fā)的課題立項(xiàng)通知，本示范工程裝機(jī)容量為200MW級，其中，燃機(jī)采納E級重型燃機(jī)，出力約121MW(年平均工況)，汽機(jī)采納高壓再熱汽輪機(jī)，出力約107MW，整套IGCC發(fā)電機(jī)組的總出力約228MW(年平均工況)。以開發(fā)和建設(shè)200MW等級的IGCC發(fā)電技術(shù)為目標(biāo)，將IGCC發(fā)電系統(tǒng)劃分成氣化島、燃機(jī)島和與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島三個島進(jìn)行討論開發(fā)。氣化島內(nèi)主要設(shè)備包括：空分裝置、氣化原料制備裝置、氣化爐、輻射和對流廢鍋、凈扮裝置等。燃機(jī)島內(nèi)主要設(shè)備包括：燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐等。與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島內(nèi)的主要設(shè)備包括：蒸汽輪機(jī)及配套系統(tǒng)等。在繼承和進(jìn)展現(xiàn)有單元技術(shù)基礎(chǔ)上，格外是繼承十五“863”氣化、合成氣燃機(jī)技術(shù)，著重解決三個島中的關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵工藝，以形成島的模塊化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的整體配置及參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)IGCC發(fā)電機(jī)組的牢靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢IGCC的技術(shù)現(xiàn)狀整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IntegratedGasificationCombinedCycle），簡稱IGCC發(fā)電技術(shù)是將固體煤氣化、凈化與燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電相結(jié)合的一種干凈煤發(fā)電技術(shù)。其技術(shù)特點(diǎn)如下所述：①燃料適應(yīng)性廣。IGCC對燃料的適應(yīng)性主要取決于所采納的氣化爐型式及給料方式。對于干粉加料系統(tǒng)，可以適合從無煙煤到褐煤的全部煤種；對濕法加料的氣化工藝，則適合灰份較低和固有水分較低的煤。②具有較高的熱效率。IGCC具有聯(lián)合循環(huán)的特點(diǎn)，因此具有較高的循環(huán)熱效率。IGCC的熱效率已經(jīng)達(dá)到43%，正在開發(fā)熱效率超過50%的IGCC。③對環(huán)境污染小，廢物回收利用的條件好。IGCC技術(shù)是在合成氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前進(jìn)行脫硫和除塵。在脫硫裝置中，99%以上的硫被清除，并在硫回收裝置中以元素硫的方式得到回收，回收的硫可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品。掌握NOX的排放是采納N2氣回注或其他方式，使NOX的排放低于25ppm。IGCC的粉塵排放濃度一般低于10mg/Nm3。氣化爐的排渣可用于筑路、制磚等，進(jìn)行綜合利用。由于IGCC電站的熱效率高，與同容量常規(guī)火力發(fā)電廠相比可削減耗煤量，因此可削減對大氣中CO2的排放。④節(jié)水：IGCC的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電部分占總發(fā)電量的60%左右，蒸汽輪機(jī)發(fā)電部分占40%左右，因此IGCC電站的耗水量也只有常規(guī)火力發(fā)電廠的一半左右。⑤可實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)與多聯(lián)供。氣化爐產(chǎn)生的合成氣可用于發(fā)電、合成氨、合成甲醇、制氫等，也可供城市居民生活用氣。IGCC具有的良好的環(huán)境指標(biāo)，是作為城市多聯(lián)供機(jī)組的最佳選擇之一。IGCC發(fā)電機(jī)組的熱效率已達(dá)43%，有望達(dá)到50%，環(huán)保性能是幾種發(fā)電技術(shù)中最好的，可以和天然氣聯(lián)合循環(huán)相比擬。在世界范圍內(nèi)，燃煤電站排放的SOX、NOX和粉塵造成的污染問題可以通過現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行解決，CO2減排的問題，尚無其它商業(yè)技術(shù)，IGCC發(fā)電技術(shù)是可實(shí)現(xiàn)CO2的近零排放的重要技術(shù)。IGCC結(jié)合多聯(lián)產(chǎn)綜合技術(shù)，能夠生產(chǎn)甲醇等燃料或化工原料，發(fā)電和多聯(lián)產(chǎn)的氣化共用，便于電網(wǎng)峰谷調(diào)整負(fù)荷和提高可用率，降低發(fā)電成本。將IGCC和制氫及燃料電池結(jié)合起來，還可以解決石油短缺和交通污染等目前我們面臨的嚴(yán)重問題。IGCC作為燃煤發(fā)電或結(jié)合多聯(lián)產(chǎn)，具有效率高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢，代表將來電力技術(shù)的進(jìn)展方向，成為世界上極有進(jìn)展前途的一種干凈煤發(fā)電技術(shù)。典型IGCC發(fā)電機(jī)組的原則性系統(tǒng)圖見圖2-1。圖2-1典型IGCC發(fā)電機(jī)組的原則性系統(tǒng)圖煤氣化技術(shù)的進(jìn)展煤氣化技術(shù)進(jìn)展的過程固定床氣化爐早期的煤氣化技術(shù)采納固定床，最有代表性的是1933年LurgiOil，GasandChemicalsCompany（Lurgi）開發(fā)的加壓氣化爐，幾經(jīng)修改完善，沿用至今。南非SasolLimited（Sasol）就有97臺Lurgi爐在運(yùn)行。該爐型的生產(chǎn)強(qiáng)度較低，尚未消滅日處理千噸煤級的商業(yè)裝置，從煤種和粒度的適用性、單系列、大型化、高強(qiáng)度等指標(biāo)加以衡量，該爐型有其不足之處。流化床氣化爐流化床氣化爐1922年始于Winkler（德國專利437970），此后HighTemperatureWinkler（HTW）、U－Gas（InstituteofGasTechnology技術(shù)）、KRW（M.W.Kelloyg技術(shù)）等技術(shù)相繼問世。迄今HTW單爐最大煤處理容量為720t/d；U－Gas為120t/d（建于上海吳涇焦化廠，爐徑2.6m，氣化壓力0.6MPa，1994年11月投運(yùn)，至今尚未正常運(yùn)行）。從煤種和粒度的適應(yīng)性、生產(chǎn)強(qiáng)度、大型化等方面看，流化床難與氣流床抗?fàn)?。KRW已列入美國DepartmentofEnergy（DOE）CleanCoalTechnology（CCT）－4，該氣化爐容量為893t/d，95MW，發(fā)電效率（HHV）＝40.1%。人們正期盼著其驗(yàn)證結(jié)果。氣流床氣化爐從從工業(yè)扮裝置數(shù)量上講，氣流床氣化爐要比固定床和流化床氣化爐少，但是世界上已商業(yè)化的IntegratedGasificationCombined－CycleTechnology（IGCC）大型（250MW以上）電站都是采納氣流床煤氣化爐，可見其技術(shù)上具有優(yōu)勢。其代表是以水煤漿為原料的TexacoDevelopmentCorporation（Texaco）、GlobalE－Gas（Destec）；以干粉煤為原料的ShellInternationalLimited（Shell）、Krupp-Uhde（Prenflo）。近80年來的煤氣化技術(shù)進(jìn)展史，格外是近十多年來的大容量IGCC電站示范與商業(yè)化運(yùn)行證明，與固定床、流化床相比氣流床具有較大的煤種與粒度適應(yīng)性和更優(yōu)良的技術(shù)性能，是煤基大容量、高效、干凈、運(yùn)行牢靠的燃?xì)馀c合成氣制備裝置的首選技術(shù)。為提高冷煤氣效率（用于IGCC發(fā)電）、降低氧耗、提高煤氣顯熱回收、目前本領(lǐng)域中國際上討論的熱點(diǎn)有：將水煤漿進(jìn)料改為液體CO2煤漿進(jìn)料；討論煤泵以取代干粉煤鎖斗加料；討論煤氣化動力學(xué)、停留時間、氣化爐最佳高徑比設(shè)計(jì)；采納連續(xù)排渣系統(tǒng)取代鎖斗式排渣系統(tǒng)；高溫脫硫、除塵技術(shù)；先進(jìn)的耐火磚材料；新型過程測量儀器；運(yùn)用數(shù)值模擬方法進(jìn)行氣化爐的工程放大；系統(tǒng)分析與技術(shù)集成；采納二段爐方案回收煤氣顯熱等。簡略情況如下：(1)Texaco氣化爐Texaco水煤漿最大商業(yè)裝置是TampaElectricCompany(Tampa)電站，屬于DOE的CCT-3，1989年立項(xiàng)，1996年7月投運(yùn)，12月宣布進(jìn)入驗(yàn)證運(yùn)行。該裝置為單爐，日處理煤2000噸，氣化壓力為2.8MPa，氧純度為95%，煤漿濃度68%，冷煤氣效率～76%，凈功率250MW。輻射鍋爐直徑5.18m，高30.5m，重900噸。主要優(yōu)點(diǎn)：水煤漿制備輸送與計(jì)量掌握簡潔、平安、牢靠；裝置的開車率可達(dá)85%～90%（有備用爐時）；設(shè)備國產(chǎn)化率高，投資較干煤粉原料低。主要缺點(diǎn)：褐煤的制漿濃度約59～61%；煙煤的制漿濃度為65～69%，冷煤氣效率比干煤粉進(jìn)料低5～6個百分點(diǎn)左右；噴嘴約2個月更換一次，費(fèi)時4～6小時；國產(chǎn)耐火磚壽命約一年，更換耐火磚費(fèi)時40天左右；該爐型通過單噴嘴受限射流實(shí)現(xiàn)混合，但噴嘴與出渣口在同一爐體軸線上，爐內(nèi)流型趨近全返混，有部分物料短路，使單程碳轉(zhuǎn)化率僅為～95%。國內(nèi)運(yùn)行閱歷表明，Texaco氣化技術(shù)的煤氣初步凈化系統(tǒng)、灰水處理系統(tǒng)、常常消滅帶水、帶灰、堵渣現(xiàn)象。(2)GlobalE-GasInc(Destec)氣化爐Destec已建設(shè)兩套商業(yè)裝置，都在美國：LouisianaGasificationTechnology,Inc.(LGT1)（氣化爐容量2200t/d，160MW，2.8MPa，1987年運(yùn)行）與WabasRiverCoalgasificationCombinedCycleRe-poweringProject(WabashRiver)（單爐容量2500t/d，265MW，2.8MPa，凈發(fā)電效率為38.9%（HHV），1995年投運(yùn)。）。爐型類似于K-T，分第一段（水平段）與其次段（垂直段），在第一段中，兩個噴嘴呈180度對置，最高反應(yīng)溫度約1400℃。為提高冷煤氣效率，在其次段中，采納總煤漿量的10～20%進(jìn)行冷激（該點(diǎn)與Shell、Prenflo的循環(huán)煤氣冷激不同），此處的反應(yīng)溫度約1040℃，出口煤氣進(jìn)火管鍋爐回收熱量。熔渣自氣化爐第一段中部流下，經(jīng)水冷激固化，Destec采納水煤漿加料，該點(diǎn)與Texaco相同，具有該種進(jìn)料形態(tài)的優(yōu)缺點(diǎn)。采納水煤漿冷激及其配套的火管鍋爐是一種技術(shù)進(jìn)步，冷煤氣效率高于Texaco，但并不完善。主要表現(xiàn)在：二次煤漿停留時間短，碳轉(zhuǎn)化率較低；設(shè)有一個浩大的分離器，以分離一次煤氣中攜帶灰渣與二次煤漿的灰渣與殘?zhí)浚駝t火管鍋爐難以正常工作。LGTI1991～1992年的平均裝置可用率為80%，比Texaco低。采納耐火磚為爐襯，其壽命已達(dá)到3年；噴嘴壽命為3～6個月。該兩點(diǎn)與Eastman（TEC）的Texaco氣化爐相比，占有優(yōu)勢。(3)Shell氣化爐與Texaco氣化技術(shù)經(jīng)歷相像，上世紀(jì)50年月初Shell開發(fā)渣油氣化成功，后費(fèi)時16年開發(fā)成功了干煤粉氣化技術(shù)，并于1988年用于BuggenumIGCC電站。目前已處于商業(yè)運(yùn)行階段。單爐日處理煤2000噸，250MW，發(fā)電效率為43.2%（LHV）。Shell氣化爐殼體直徑約4.5m，高約30m，4個噴嘴位于爐子下部同一水平面上，沿圓周均勻布置，借助撞擊流以強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過程，使?fàn)t內(nèi)橫截面氣速相對趨于均勻。爐襯為水冷壁（MembrameWall），總重500噸。爐殼與水冷管排之間有約0.5m間隙，作安裝、檢修用。煤氣攜帶煤灰總量的20～30%沿氣化爐軸線向上運(yùn)動，在接近爐頂處通入循環(huán)煤氣激冷，激冷煤氣量約占生成煤氣量的60～80%，煤氣降溫至900℃，熔渣凝固，出氣化爐，沿斜管道向上進(jìn)余熱鍋爐。煤灰總量的70～80%以熔融態(tài)流入氣化爐底部，激冷凝固，自爐底排出。粉煤由N2攜帶，密相輸送進(jìn)入噴嘴。工藝氧（純度為95%）與蒸汽也由噴嘴進(jìn)入，其壓力為3.3～4.0MPa。氣化溫度為1500～1700℃，壓力為3.0MPa。冷煤氣效率為～81%；原料煤熱值的～13%轉(zhuǎn)化為蒸汽；～6%由設(shè)備和出冷卻器的煤氣顯熱損失于大氣和冷卻水。Shell稱其Know-how是：粉煤進(jìn)料速率的精確測量、噴嘴結(jié)構(gòu)、水冷壁結(jié)構(gòu)、以及合成氣冷卻器結(jié)構(gòu)。Shell煤氣化技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：采納干煤粉進(jìn)料，氧耗比水煤漿低～20%；碳轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)～99%；調(diào)節(jié)負(fù)荷便利，關(guān)閉一對噴嘴，負(fù)荷則降低50%；爐襯為水冷壁，據(jù)稱其壽命為20年，噴嘴壽命為1年。主要缺點(diǎn)：設(shè)備投資大于水煤漿氣化技術(shù)，估量高20%；氣化爐結(jié)構(gòu)過于簡潔，加工難度大；工程閱歷還不夠豐富，世界上目前只有Buggneum的示范裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。(4)Prenflo氣化爐Prenflo取自英文PressurizedEntrained-FlowGasification相關(guān)字頭。鑒于Krupp-Koppers（現(xiàn)為KruppUhde）曾與Shell合作，所以兩種氣化爐極為相像。1978年兩家分手之后，1986～1992年Krupp-Koppers在德國Furstenhousen建成并運(yùn)轉(zhuǎn)日處理48噸加壓氣扮裝置（亦即Prenflo示范廠）并取得成功。1992年西班牙ELCOGAS（由西班牙、法國、葡萄牙的6家能源工程公司組成）采納Prenflo氣化技術(shù)在西班牙Puertollano建設(shè)IGCC電站，這也是Prenflo的第一個商業(yè)扮裝置。PuertollanoIGCC發(fā)電裝置為單爐，日處理2600噸混合燃料（煤與石油焦各半）煙煤粉要求75%粒徑小于0.1mm，含水量為2%；褐煤粒徑也要求75%小于0.1mm，但含水量約為6%；凈發(fā)電能力為300MW，產(chǎn)煤氣量為180000Nm3/h，氧濃度為95%，氣化壓力為2.6MPa，溫度為～1700℃。氣化爐殼直徑為5m，爐高45m，1997年12月19日第一次生產(chǎn)煤氣，1998年6月備煤、氣化、脫硫三單元連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)198小時。Prenflo與Shell氣化爐的區(qū)分：Shell氣化爐不含輻射鍋爐（輻射鍋爐位于煤氣冷卻器上部），而Prenflo則將二者連為一體。相應(yīng)的，Prenflo冷激循環(huán)煤氣在氣化爐中下部加入，而Shell爐則在上部加入。Prenflo與Shell氣化爐的相同點(diǎn)：干粉煤加料，氮為載氣的密相輸送。四噴嘴對置，煤氣沿氣化爐軸線向上流淌，熔渣自爐底排出。爐襯均采納水冷壁，擯棄耐火磚方案。(5)GSP與AdvancedCoalgasificationProcess(ACGP)GSP由原東德的燃料討論所（GermanFuelInstitute）開發(fā)，爐型與Texaco激冷室氣化爐酷似。采納干煤粉進(jìn)料，1982年在黑水泵市Laubag建設(shè)130MW商業(yè)裝置，日處理720噸煤，爐襯采納水冷壁。據(jù)稱噴嘴與水冷壁爐襯的壽命可達(dá)5年以上。ACGP為南非Ammonia,ExplosiveChemicalIndustryLimited(AECI)與KBW（Koppers與Babcock&Wilcox）氣化系統(tǒng)公司合作開發(fā)，尚未建商業(yè)裝置。技術(shù)特點(diǎn)是干粉煤進(jìn)料、常壓、方形爐、水冷壁爐襯，在同一水平面上布置8個噴嘴，煤氣向上流淌，熔渣由爐底排出。煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)我國煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展方向討論開發(fā)現(xiàn)狀中國自煤的商業(yè)化和社會化迄今已100余年，但沒有形成能與國際抗衡的商業(yè)化自主產(chǎn)權(quán)煤氣化技術(shù)。期間不乏努力。近四十年來在原國家科委、計(jì)委、教委和各工業(yè)部的支持下，在討論與開發(fā)、消化引進(jìn)技術(shù)方面進(jìn)行了大量工作，有代表性的是：50年月末到80年月初的仿K—T氣化技術(shù)討論與開發(fā)，曾于60年月中期和70年月末期在新疆蘆草溝和山東黃縣建設(shè)中試裝置，由于基礎(chǔ)理論討論不透以及材料等緣由而終止；70年月起西北化工討論院討論開發(fā)水煤漿氣化技術(shù)并建設(shè)了中試裝置，為此后4家廠引進(jìn)Texaco水煤漿氣化技術(shù)供應(yīng)了豐富的閱歷；“九五”期間還就“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）關(guān)鍵技術(shù)（含高溫凈化）”立項(xiàng)，有十余個單位參加攻關(guān)；1999年科技部立項(xiàng)“煤的熱解、氣化及高溫凈化過程的基礎(chǔ)討論”正在進(jìn)行中；近20年來我國共引進(jìn)13臺Texaco氣化爐，國內(nèi)配套完成了部分設(shè)計(jì)、安裝與操作，積累了豐富的閱歷。正在建設(shè)中的還有浩良河、金陵石化（棲霞山化肥廠）兩套Texaco裝置；此外，洞氮、柳州、應(yīng)城三套Shell裝置正在建設(shè)中?！熬盼濉逼陂g華東理工高校、魯南化肥廠、天辰化學(xué)工程公司擔(dān)當(dāng)了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“新型（多噴嘴對置）水煤漿氣化爐開發(fā)”（22噸煤/天裝置），該項(xiàng)目已通過有關(guān)部門組織的鑒定和驗(yàn)收，被專家評為“填補(bǔ)國內(nèi)空白”和“國際領(lǐng)先”。結(jié)果表明，中試裝置的有效氣成分達(dá)到～83%，比相同條件下的Texaco生產(chǎn)裝置高1.5～2個百分點(diǎn)；碳轉(zhuǎn)化率>98%，比Texaco高2～3個百分點(diǎn)；比煤耗、比氧耗均比Texaco降低7%，顯示了良好的商業(yè)應(yīng)用前景。該技術(shù)現(xiàn)已授權(quán)發(fā)明專利——“多噴嘴對置式水煤漿或粉煤氣化爐及其應(yīng)用”。本成果正在兗礦魯南化肥廠建設(shè)日處理1150噸煤的新型氣化爐商業(yè)示范裝置（4.0MPa）和山東華魯恒升集團(tuán)公司建設(shè)日處理750噸煤商業(yè)裝置（6.5MPa）。中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)討論所在中試的基礎(chǔ)上進(jìn)行了流化床氧氣/蒸汽鼓風(fēng)制合成氣的工業(yè)示范裝置開發(fā)，煙煤處理能力為100t/d，常壓，目前已投入生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，能穩(wěn)定灰熔聚操作。工業(yè)運(yùn)行情況上世紀(jì)80年月末以前，我國的煤氣化完全依靠常壓固定床技術(shù)，國內(nèi)有常壓固定床氣化爐數(shù)百臺，配套小型合成氨生產(chǎn)裝置及少量甲醇和聯(lián)醇裝置，這些氣扮裝置中一部分至今仍在運(yùn)轉(zhuǎn)。上世紀(jì)80年月初我國開頭引進(jìn)其次代煤氣化技術(shù)，一家引進(jìn)Lurgi技術(shù)，于山西潞城建廠，氣化爐三開一備；共有4家引進(jìn)Texaco水煤漿氣扮裝置，分別建于魯南（三臺爐，單爐日處理450噸煤，2.8MPa）、上海吳涇（四臺爐，三開一備，單爐日處理500噸煤，4.0MPa）、渭河（三臺爐，二開一備，單爐日處理820噸煤，6.5MPa）、淮南（三臺爐，二開一備，單爐日處理500噸煤，4.0MPa）。這四套裝置均用于生產(chǎn)合成氣，三套制氨，一套制甲醇。目前正在建設(shè)或已完成可研的引進(jìn)煤氣化技術(shù)有套，分別是浩良河（Texaco技術(shù)，）、金陵石化（Texaco技術(shù)），湖北雙環(huán)（Shell技術(shù)）、巴陵石化洞庭氮肥廠（Shell技術(shù)）、柳州（Shell技術(shù)）、神化集團(tuán)（Shell技術(shù)）。列于表2-2表2-2我國大型加壓煤氣化工業(yè)裝置統(tǒng)計(jì)工廠技術(shù)氣化爐數(shù)量氣化壓力Mpa單爐煤量噸/d配套裝置運(yùn)轉(zhuǎn)情況山西潞城Lurgi4開1備3.040030萬噸合成氨運(yùn)轉(zhuǎn)魯南Texaco3開1備2.645010萬噸合成氨20萬噸甲醇運(yùn)轉(zhuǎn)渭河Texaco2開1備6.568030萬噸合成氨運(yùn)轉(zhuǎn)淮南Texaco2開1備4.050020萬噸合成氨運(yùn)轉(zhuǎn)上海吳涇Texaco3開1備4.050020萬噸甲醇運(yùn)轉(zhuǎn)浩良河Texaco2開1備4.0500建設(shè)金陵Texaco2開1備4.045萬噸合成氨建設(shè)湖北雙環(huán)Shell1臺3.01000建設(shè)洞庭Shell1臺3.0150030萬噸合成氨建設(shè)柳州Shell1臺3.01500建設(shè)神化Shell可研德州國產(chǎn)多噴嘴對置氣流床2開1備6.575030萬噸合成氨建設(shè)兗礦集團(tuán)國產(chǎn)多噴嘴對置氣流床2臺4.0115024萬噸甲醇建設(shè)近20年來我國共引進(jìn)13臺Texaco氣化爐，國內(nèi)配套完成了部分設(shè)計(jì)、安裝與操作，積累了豐富的閱歷。正在建設(shè)中的還有浩良河、金陵石化（棲霞山化肥廠）兩套Texaco裝置；此外，洞氮、柳州、應(yīng)城三套Shell裝置正在建設(shè)中，神化集團(tuán)籌備引進(jìn)的Shell裝置已完成可研報告。概括地講，國內(nèi)已運(yùn)行的大型煤氣扮裝置均為引進(jìn)技術(shù)，而且引進(jìn)的勢頭還在連續(xù)。國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的新型煤氣化示范裝置已在建設(shè)之中，一旦成功，將扭轉(zhuǎn)我國大型煤氣化技術(shù)長期依靠進(jìn)口的局面，為進(jìn)展我國的干凈煤技術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)。煤氣化技術(shù)將來應(yīng)該向大規(guī)模、高效（單爐處理煤量在3000噸/d以上）的方向進(jìn)展，這既是以煤氣化為龍頭的大宗化學(xué)品制備（合成氨、甲醇、醋酸）技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電技術(shù)、以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和煤間接液化合成油品等技術(shù)進(jìn)一步進(jìn)展的要求，也符合現(xiàn)代化工技術(shù)向大型化、單系列進(jìn)展的總體趨勢。燃機(jī)技術(shù)的進(jìn)展燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)技術(shù)特點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)主要是依據(jù)布雷頓（BRAYTON）循環(huán)原理將燃料的化學(xué)能通過透平－發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電能。燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)[70]從上個世紀(jì)20年月開頭進(jìn)去工業(yè)應(yīng)用以來，已經(jīng)相當(dāng)成熟。單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)主要采納：先進(jìn)的壓氣機(jī)氣動設(shè)計(jì)。這主要是借助于不斷進(jìn)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)技術(shù)（如三維設(shè)計(jì)等），因而使得發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)更為合理。葉片的冷卻技術(shù)。燃機(jī)葉片一般采納空心結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)葉片內(nèi)部對流冷卻和葉片表面氣膜冷卻相結(jié)合，達(dá)到降低葉片表面溫度的目的。先進(jìn)燃機(jī)還采納新的蒸汽冷卻技術(shù)，使1995年美國GE公司推出的MS9001H型燃機(jī)的第一級噴嘴進(jìn)口燃?xì)鉁囟冗_(dá)到1426℃。耐熱合金材料的應(yīng)用。例如采納定向結(jié)晶和單晶高溫合金。在501G型燃機(jī)中就采納了定向結(jié)晶合金，在美國ATS計(jì)劃中F/G系列燃機(jī)則采納了單晶鑄造葉片等技術(shù)。耐磨和熱障涂層。在定向結(jié)晶合金葉片上采納耐磨涂層是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，提高了燃?xì)馔钙饺~片在高溫小運(yùn)行的牢靠性；另外，先進(jìn)的陶瓷熱障涂層也是降低葉片溫度的有效方法。一般聯(lián)合循環(huán)都采納以燃?xì)廨啓C(jī)帶不補(bǔ)燃的余熱鍋爐后續(xù)汽輪機(jī)組成聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。汽輪機(jī)一般采納閥門全開狀態(tài)，隨余熱鍋爐滑壓運(yùn)行。汽輪機(jī)動靜部件間隙一般也設(shè)計(jì)較大以適應(yīng)快速起停的要求。余熱鍋爐一般采納多壓設(shè)計(jì)。整個余熱鍋爐多壓設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較低的熱慣性，使余熱鍋爐能夠適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)快速啟停和快速加減負(fù)荷的動態(tài)特性要求。由于綜合了燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)和余熱鍋爐的特點(diǎn)，燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組具有以下特點(diǎn)：機(jī)組效率高。亞臨界、超臨界火電機(jī)組效率為40％左右，燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)效率也僅為37％左右，但聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率可達(dá)50％以上，目前最新技術(shù)的燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的效率已經(jīng)達(dá)到60％。投資少，建設(shè)周期短。由于燃機(jī)設(shè)備體積小，布置緊湊，制造廠家一般采納集裝箱式的設(shè)備組裝結(jié)構(gòu)發(fā)貨到現(xiàn)場，因此現(xiàn)場安裝便利，并且機(jī)組系統(tǒng)簡潔，幫助設(shè)備少，能夠在較小的場地、在較短的時間內(nèi)安裝完成，使機(jī)組很快地投入運(yùn)行。運(yùn)行靈敏性好。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組啟動快，自動化程度高，調(diào)峰性能格外突出，燃?xì)廨啓C(jī)一般僅10多分鐘便可并入電網(wǎng)參加負(fù)荷調(diào)節(jié)。雖然采納聯(lián)合循環(huán)后調(diào)峰特性下降一些，但還是好于常規(guī)火電機(jī)組地啟動性能，半小時左右就可在電網(wǎng)中發(fā)揮調(diào)峰作用。環(huán)保指標(biāo)好。燃?xì)廨啓C(jī)主要燃料為天然氣和低合成氣，此類氣屬于清潔能源，對環(huán)境污染少，機(jī)組排放NOX低。即使是燃油的機(jī)組，其排放相對常規(guī)火電機(jī)組也是相當(dāng)?shù)偷?。系統(tǒng)牢靠性高。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組系統(tǒng)簡潔，整體系統(tǒng)維修便利，機(jī)組輔機(jī)少，維修工作量小。設(shè)備數(shù)量的削減有利于機(jī)組牢靠性的提高。燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)展及主要產(chǎn)品從1939年瑞士推出了世界上第一臺發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)后，燃機(jī)在發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年月以來，由于聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的成熟，燃機(jī)在發(fā)電領(lǐng)域中得到了飛快進(jìn)展，至今已成為發(fā)電設(shè)備的重要組成部分。20世紀(jì)世界燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的進(jìn)展大致經(jīng)歷了5個階段：60年月開頭建設(shè)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠，但當(dāng)時燃機(jī)初溫較低，聯(lián)合循環(huán)效率也較低，只有35％左右。70年月燃機(jī)初溫提高到1000℃左右，聯(lián)合循環(huán)效率達(dá)到40％～45％，已接近甚至超過大型汽輪發(fā)電機(jī)組的效率。80年月100MW等級的燃機(jī)投入運(yùn)行，燃機(jī)初溫達(dá)到1100～1288℃，排氣溫度達(dá)到500～600℃,這使得聯(lián)合循環(huán)效率超過50％.90年月至今,這是燃?xì)廨啓C(jī)的全面進(jìn)展階段。由于聯(lián)合循環(huán)具有明顯的優(yōu)越性，大功率高效率的燃機(jī)不斷消滅，燃機(jī)初溫達(dá)到了1300℃，單燃機(jī)效率就可達(dá)36％～38％。單機(jī)燃機(jī)容量200MW以上的機(jī)組已經(jīng)投入正常商業(yè)運(yùn)行，而且成為目前各大燃機(jī)制造商討論和進(jìn)展的主力機(jī)組。格外是近幾年來，燃機(jī)的初溫已經(jīng)達(dá)到了1500℃，從而使燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)展進(jìn)入一個新時代。例如，日本三菱公司開發(fā)的具有1500℃初溫的501G燃機(jī)已經(jīng)于2001年投入運(yùn)行。90年月以來，西方各國大力進(jìn)展低合成氣燃機(jī)，即在原機(jī)上進(jìn)行噴嘴和通流部分的改造，以適應(yīng)IGCC技術(shù)的應(yīng)用。這方面以GE（坦帕）和西門子（比赫鈉姆）為代表。目前世界上主要燃機(jī)制造廠家有100多家。依據(jù)100MW以上燃機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)分析，可以將目前燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組分為3個技術(shù)層次。即：普及機(jī)組。以GE公司E系列為代表的100MW（110~190MW）等級機(jī)組,包括SIEMENS/WH公司的E系列、SIEMENS公司的2A系列和ABB公司的GT13等機(jī)組。這些機(jī)組在國際上已經(jīng)較普及，目前在我國也已有10多臺投入發(fā)電運(yùn)行。主力機(jī)組。以GE公司F系列為代表的200MW（200~260MW）等級機(jī)組，包括SIEMENS/WH公司的F系列、SIEMENS公司的3A系列、ABB公司的GT26等機(jī)組。這些都是目前國際上發(fā)電燃機(jī)的主力機(jī)組，我國目前有10多個電廠在應(yīng)用。進(jìn)展機(jī)組。以GE公司G/H系列為代表的300MW（300MW以上）等級機(jī)組，包括SIEMENS/WH公司的G、H系列等機(jī)組。這些機(jī)組代表了目前國際燃機(jī)的最先進(jìn)水平，也是燃機(jī)的進(jìn)展方向。格外是H系列機(jī)組，在美國國家能源部資助的先進(jìn)燃機(jī)透平系統(tǒng)計(jì)劃（ATS）中也使用了該系列機(jī)組。隨著大型先進(jìn)燃機(jī)技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的容量和效率得到了較大的進(jìn)展。表2-3列出了目前典型的大容量燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的種類、出力和效率。由表可見，目前單套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的容量已經(jīng)達(dá)到480MW，效率達(dá)到了60%。表2-3主要大型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組性能[63][70]聯(lián)合循環(huán)機(jī)型采納燃機(jī)出力/MW效率/%KA26-1GT26393.058.5S109APG9001FA390.856.7S109HPG9001H480.060.0MPCPI（M501G）M501G371.158.5MPCPI（M701G）M701G484.458.2GUDISV94.3AV94.3A385.557.1我國燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀與展望我國的燃機(jī)技術(shù)研發(fā)也是比較早的，格外是航空發(fā)動機(jī)所使用的燃?xì)廨啓C(jī)，電廠燃?xì)廨啓C(jī)的研制也始于上世紀(jì)50年月。但由于國家經(jīng)濟(jì)狀況及燃料政策等原因使其始終進(jìn)展較慢。我國燃機(jī)研發(fā)歷程可以分為4個階段：20世紀(jì)60年月我國開頭討論和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)幾MW的燃?xì)廨啓C(jī)，70年月末80年月初原水電部引進(jìn)10套MS5000系列、單機(jī)容量為20MW級的燃機(jī)并投入運(yùn)行。這可謂是我國燃機(jī)進(jìn)展的第1和第2階段。在此基礎(chǔ)上，由國家重點(diǎn)投資的南京汽輪機(jī)廠采納引進(jìn)技術(shù)使我國具有了生產(chǎn)MS5000、MS6000系列燃機(jī)的能力。天然氣發(fā)電在我國尚處于起步階段，建議國家通過稅收政策給予必要的扶持。從80年月開頭，隨著我國改革開放、經(jīng)濟(jì)飛快進(jìn)展的需要，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電得到了較大進(jìn)展。尤其在廣東省，先后建成了華能汕頭燃機(jī)電廠和深圳月亮灣、珠海洪灣等一批燃機(jī)－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠。這可謂是我國燃機(jī)進(jìn)展的第3階段。90年月是我國燃機(jī)發(fā)電的第4階段。燃機(jī)發(fā)電不僅在機(jī)組容量上大幅增加，而且機(jī)組性能水平也不斷提高。以深圳、上海、浙江等地引進(jìn)的GE公司的PG9000E系列10臺燃機(jī)為例，單機(jī)容量已達(dá)123MW，效率達(dá)到33%。隨著國家“西氣東輸”工程的建設(shè)，我國引進(jìn)一批目前國際上作為主力機(jī)組的F級燃機(jī)，總裝機(jī)容量達(dá)8000MW，并都已投入商業(yè)運(yùn)行。目前我國燃機(jī)發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展主要是采納中外合資、合作和引進(jìn)技術(shù)消化汲取方式，基本目標(biāo)是形成國產(chǎn)燃機(jī)生產(chǎn)能力，掌握E級格外是F級燃機(jī)的制造技術(shù)。由此可見，F(xiàn)級的主力燃機(jī)機(jī)組將是我國將來燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的主要進(jìn)展方向。IGCC的技術(shù)特點(diǎn)及比較技術(shù)特點(diǎn)及工藝組成國外典型IGCC電站分析這四個典型的IGCC電站分別是美國的WabashRiver電站（1995年投運(yùn)）和Tampa電站（1996年投運(yùn)），荷蘭的Buggenum電站（1994年投運(yùn)）和西班牙的Puertollano電站（1997年投運(yùn)）。2.1關(guān)鍵技術(shù)選擇國外IGCC電站都格外注意關(guān)鍵技術(shù)的本土化研發(fā)與示范，用以降低造價和提高產(chǎn)業(yè)競爭力。在IGCC系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵、造價最高的兩個部件是氣化爐和燃?xì)廨啓C(jī)。在氣化爐的選擇上，WabashRiver電站采納了Destec氣化爐，Tampa電站采納了Texaco氣化爐，這兩種氣化爐均由美國公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。而Buggenum和Puertollano分別采納了歐洲的Shell氣化爐和Prenflo氣化爐。在燃?xì)廨啓C(jī)的選擇上，美國的兩個IGCC電站均采納了美國GE公司的7FA燃?xì)廨啓C(jī)，而歐洲的兩個示范電站分別采納了德國西門子燃?xì)廨啓C(jī)V94.2和V94.3[2]?？梢?，在IGCC技術(shù)的進(jìn)展中，本土化是決定關(guān)鍵技術(shù)選擇的重要因素。2.2低品位熱量利用為了提高供電效率，四個電站均通過廢鍋產(chǎn)生中壓或者高壓飽和蒸汽以回收高品位的粗合成氣顯熱[2]。此外，IGCC系統(tǒng)中還存在大量的低品位熱量，如粗合成氣低品位顯熱、燃?xì)廨啓C(jī)抽氣顯熱等。能否有效利用這些低品位熱量會對IGCC系統(tǒng)的供電效率產(chǎn)生很大的影響（如對Tampa電站，可產(chǎn)生1到4個百分點(diǎn)的影響）。格外需要指出的是，水煤漿給料的氣化爐產(chǎn)生的粗合成氣中含有大量的潛熱。這部分潛熱量大，但品位相對較低，利用比較困難。如何有效的利用這部分潛熱也是低品位熱量回收的重要內(nèi)容。IGCC系統(tǒng)中低品位熱量的利用方式主要有以下四種：產(chǎn)生熱水，通過飽和器對合成氣加熱加濕；以直接換熱或者間接換熱的方式加熱凈合成氣，提高進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的合成氣溫度；產(chǎn)生低壓蒸汽，為系統(tǒng)其他過程如脫硫工藝供應(yīng)蒸汽；預(yù)熱鍋爐給水。WabashRiver電站采納了上述低品位熱量利用方式1）和2），即粗合成氣低品位熱用于加熱飽和器所需的熱水并通過直接氣/氣換熱的方式加熱凈合成氣，以提高進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的燃料溫度[3]。通過這兩種方式的低品位熱量利用，WabashRiver電站的廠用電率掌握在11.5%，供電效率達(dá)到41%[2][4]。Tampa電站主要采納熱量利用方式2），即以直接氣/氣換熱的方式加熱凈合成氣和回注燃燒室的氮?dú)?，其設(shè)計(jì)凈效率41.2%。但是，由于干凈煤氣和回注氮?dú)饧訜崞鞫际怯么置簹饧訜?，而且加熱器是水平位置布局，而粗煤氣中水蒸氣含量又很多?6%－20%），因而在停爐過程中容易在換熱器面積上積存酸水和氯化鹽，使換熱面被腐蝕，粗煤氣泄漏到干凈煤氣中去，從而導(dǎo)致燃?xì)馔钙奖桓g和形成積灰[4]。后來，Tampa電站取消了高溫氣/氣換熱器[5]。但是，這并不是否定了氣/氣換熱方式，真正需要借鑒的是對對流廢鍋下游的換熱器應(yīng)該考慮加熱器布置方式和換熱方式以保證系統(tǒng)平安，比如加熱器采納立式布置方式。氣/氣換熱仍是IGCC電站采納的常規(guī)能量回收方式。經(jīng)過除塵以后的合成氣與低溫凈合成氣的直接氣/氣換熱方式被Tampa電站，Buggenum電站和Puertollano電站所采納，且經(jīng)過商業(yè)示范證明白其工程可行性[2][6]。Buggenum電站的供電效率達(dá)到了43%，該電站主要采納了低品位熱量利用方式1）和2）。溫度相對較高的低品位熱（300℃左右）用于提高進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的凈合成氣溫度，溫度相對較低的低品位熱（160℃左右）用于加熱飽和器所需的熱水。在Buggenum電站中，較多的采納了以水為介質(zhì)的二次換熱方式實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，這樣做的好處是增加了系統(tǒng)平安性，且便于不同來源的低品位熱量的統(tǒng)一調(diào)配利用。與Buggenum電站一樣，Puertollano電站也采納了干煤粉氣化爐以及完全整體空分。兩個系統(tǒng)在低品位熱利用方式上有很多類似的地方，如都采納了燃料加濕以降低NOX排放并回收低品位熱量。Puertollano電站采納了上述低品位熱量利用的全部四種方式，即：1）通過粗合成氣和燃?xì)廨啓C(jī)抽氣的低品位熱加熱凈合成氣濕化所需的熱水；2）通過直接氣/氣換熱方式利用粗合成氣加熱低溫凈合成氣，以水為介質(zhì)將燃機(jī)抽氣的顯熱用于加熱凈合成氣；3）利用系統(tǒng)中的低品位熱加熱水，并以閃蒸的方式產(chǎn)生低壓蒸汽；4）利用對流廢鍋出口粗合成氣預(yù)熱廢鍋給水。可見，隨著IGCC技術(shù)的進(jìn)展，低品位熱量的利用越來越受到重視。通過這些低品位熱量利用，Puertollano電站實(shí)際供電效率達(dá)42.2%[2][4]?？傊ㄟ^飽和器加濕合成氣并提高合成氣溫度，以及提高進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的合成氣溫度是IGCC系統(tǒng)中最為常用的兩種低品位熱量利用方式。在條件允許的情況下，利用粗合成氣預(yù)熱鍋爐給水或者利用多余的低品位熱產(chǎn)生低壓蒸汽也是有效的選擇。隨著IGCC技術(shù)的進(jìn)展，為了有效利用系統(tǒng)中的低品位熱，提高系統(tǒng)效率和出力，低品位熱回收系統(tǒng)也將更加簡潔，這對IGCC系統(tǒng)的掌握也提出了更高的要求。需要說明的是，為了提高IGCC系統(tǒng)效率，除了有效利用低品位熱量以外，實(shí)行余熱鍋爐高溫水加熱等主動措施提高燃?xì)廨啓C(jī)燃料進(jìn)口溫度是提高IGCC系統(tǒng)效率的重要技術(shù)措施。國外四個典型的IGCC電站都將燃燒室進(jìn)口合成氣溫度提高到了約300℃。而在Tampa電站的設(shè)計(jì)中，回注氮?dú)獾臏囟雀翘岣叩搅?00℃[7]。2.3空分以及降NOX方式選擇2.3.1空分整體化以及凹凸壓空分的選擇在IGCC系統(tǒng)中，空分所需壓縮空氣可以從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽取。空分所需壓縮空氣完全從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽取的形式稱為完全整體化空分，而由獨(dú)立的空壓機(jī)供應(yīng)空分所需壓縮空氣則稱為完全獨(dú)立空分。介于完全整體化空分和完全獨(dú)立空分之間的形式稱為部分整體空分，即空分所需的壓縮空氣部分從燃?xì)廨啓C(jī)抽取，部分由獨(dú)立的空壓機(jī)供應(yīng)?？辗终w化率定義為從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽氣量與空分所需總空氣量之比。與獨(dú)立空分相比，整體空分具有幾個突出的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)供電效率提高；空分投資降低；燃?xì)廨啓C(jī)通流問題得到緩解。一般認(rèn)為，由于大型燃?xì)廨啓C(jī)的軸流壓氣機(jī)具有較高的等熵效率，如現(xiàn)代軸流壓氣機(jī)的效率可達(dá)到90%或者更高[8]，遠(yuǎn)高于空分所采納的離心式空壓機(jī)等熵效率（當(dāng)前能達(dá)到的等熵效率約83%），所以從燃?xì)廨啓C(jī)抽氣替代空分的空壓機(jī)可使IGCC系統(tǒng)具有更高的供電效率。同時，空分整體化降低了空分的空壓機(jī)投資，從而降低了整個IGCC的投資。另外，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)一般都是以天然氣為燃料設(shè)計(jì)的，在改燒中低熱值合成氣后，燃?xì)饬髁繒@著增加（依據(jù)燃料熱值不同，可能增加8-20%以上）。這給燃機(jī)的通流帶來較大的困難。如GE9E燃機(jī)在不做調(diào)整的情況下通流裕度約為8%，如果不實(shí)行改善通流的措施，燃?xì)饬髁康脑黾涌赡軙鹑細(xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)喘振等危險。而空分整體化可以削減燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)饬髁浚瑥亩纳迫紮C(jī)通流。與完全獨(dú)立空分相比，整體空分的缺點(diǎn)也是明顯的：增加了系統(tǒng)起動的難度；增加系統(tǒng)運(yùn)行掌握的難度，降低系統(tǒng)牢靠性和可用率；可能會降低系統(tǒng)出力。對完全整體空分，空分只有在燃機(jī)先起動并且穩(wěn)定運(yùn)行后才能啟動，這之前燃機(jī)只能燃用備用燃料直到氣化爐起動。而且整體空分將氣化爐、空分和燃?xì)廨啓C(jī)緊密的聯(lián)系在一起，大大增加了系統(tǒng)掌握的難度，降低了系統(tǒng)的牢靠性和可用率。現(xiàn)在國際上普遍認(rèn)為，空分整體化率在30%-50%之間是比較合理的選擇[8]。此時既能在肯定程度上提高系統(tǒng)效率，節(jié)省空分投資以及緩解燃機(jī)通流問題，也不會給系統(tǒng)的起動和掌握帶來難以克服的困難?？辗终w化率與系統(tǒng)出力的關(guān)系較為簡潔。一般認(rèn)為，燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽取部分空氣以后，去往燃燒室的空氣量減小，進(jìn)而會造成燃?xì)饬康臏p小和系統(tǒng)出力的降低。但是，系統(tǒng)凈出力的變化還受到其他因素的影響，如燃?xì)廨啓C(jī)通流能力和軸系強(qiáng)度的限制。改燒合成氣后，燃?xì)饬髁坑酗@著的提高，但是燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的喘振裕度和燃機(jī)軸系的強(qiáng)度等要求使得燃?xì)廨啓C(jī)出力的增加受到限制。以FosterWheeler對氮回注方式下的燃機(jī)出力、系統(tǒng)效率與空分整體化的關(guān)系的分析為例[9]，假設(shè)GE9FA燃?xì)廨啓C(jī)的最大輸出功為286MW，通過調(diào)整IGV角度和燃機(jī)抽氣的措施緩解燃機(jī)通流問題。計(jì)算結(jié)果如圖1所示。在燃機(jī)抽氣量較小的時候，燃機(jī)出力維持在其最大限制值而不隨抽氣量的增加而減小，相反，系統(tǒng)凈出力會隨著抽氣量的增加有所增加，這是由于空分整體化率的提高使得系統(tǒng)效率有所提高，當(dāng)燃機(jī)抽氣量增加到肯定程度以后，燃機(jī)不再需要通過調(diào)整IGV改善通流，這種情況下，燃機(jī)輸出功和系統(tǒng)凈輸出功都會隨燃機(jī)抽氣量的增加而削減。圖2-4 IGCC系統(tǒng)性能與空分整體化率的關(guān)系空分依據(jù)操作壓力可分為低壓空分和高壓空分：低壓空分一般指操作壓力在0.6MPa左右，從空分精餾塔抽取的氮?dú)?氧氣壓力略高于環(huán)境壓力的空分；高壓空分則是指操作壓力較高，而所產(chǎn)生的氮?dú)鈮毫σ蚕鄳?yīng)較高的空分[10]。一般來講，低壓空分不宜與氮?dú)饣刈⑼瑫r采納，由于低壓空分產(chǎn)生的氮?dú)鈮毫εc環(huán)境壓力接近（略高于0.1MPa），壓縮這部分氮?dú)庑枰拇罅康墓Γ瑢?dǎo)致廠用電率增加，對某200MW級IGCC的討論表明，在低壓空分的情況下采納氮?dú)饣刈⒖赡軙档拖到y(tǒng)效率1-2個百分點(diǎn)。而高壓空分所產(chǎn)生的氮?dú)饧s為0.5MPa或者更高（視空分的操作壓力、空分主冷凝換熱器的換熱端差以及精餾塔的壓損等而不同[11]），在需要回注大量高壓氮?dú)獾臅r候，一般選擇高壓空分，高壓空分與氮?dú)饣刈⒔Y(jié)合能夠顯著增加系統(tǒng)出力，同時系統(tǒng)效率也有可能提高。低壓空分一般也不宜與空分整體化同時采納。由于現(xiàn)代重型燃?xì)廨啓C(jī)一般都具有較高的壓比（如GEPG9171E燃?xì)廨啓C(jī)壓比為12.3，GELM6000燃?xì)廨啓C(jī)壓比為29.8），使得燃機(jī)抽氣壓力高于低壓空分的操作壓力。燃?xì)廨啓C(jī)抽氣壓力與空分壓力的不匹配會造成壓縮功的損失。對某采納E級燃?xì)廨啓C(jī)和低壓空分的IGCC系統(tǒng)分析表明，如果采納完全整體空分而不增加膨脹透平回收壓縮功，其系統(tǒng)效率會比完全獨(dú)立空分低0.8個百分點(diǎn)。但是，通過膨脹透平回收部分壓縮功能夠減小這種損失，所以在空分整體化率不太大的時候，可結(jié)合燃機(jī)通流和降NOX方式以及系統(tǒng)牢靠性等因素綜合考慮采納低壓空分還是高壓空分。2.3.2降NOX方式在IGCC中，有多種降NOX方式，其中幾種典型方式是：燃料熱水濕化；注蒸汽；氮?dú)饣刈ⅰD2-5 水蒸氣與氮?dú)庀♂尳礜OX效果比較圖與氮?dú)庀啾?，水蒸氣有很好的降NOX效果，水蒸汽與氮?dú)饨礜OX的效果比較如圖2-5所示[12]。燃料濕化是指通過飽和器對燃料加濕的方式，這種方式既有助于顯著降低NOX，又可以有效利用系統(tǒng)中的低品位熱量，從而提高系統(tǒng)的出力和效率。燃料注蒸汽的降NOX效果與燃料加濕類似，但是注蒸汽需要消耗較高壓力的蒸汽，會在肯定程度上降低系統(tǒng)效率。氮?dú)饣刈⒎譃閮煞N，一是氮?dú)饧訅阂院笈c燃料摻混，二是加壓氮?dú)庵苯踊刈⑷紵一亓鲄^(qū)。與第一種氮回注相比，直接回注燃燒室所需的氮?dú)鈮毫^低（如對某F級燃?xì)廨啓C(jī)，回注燃燒室需要1.6MPa的氮?dú)?，而與燃料摻混則要求氮?dú)鈮毫Ω哂?.4MPa），能夠節(jié)省氮壓機(jī)的耗功，但是其降NOX效果比氮?dú)馀c合成氣摻混要差。大量氮?dú)饣刈蟠笤黾尤細(xì)廨啓C(jī)的燃?xì)饬髁?，需要燃機(jī)實(shí)行相應(yīng)的措施以增強(qiáng)通流能力。從國外IGCC電站的閱歷來看，燃料濕化和氮?dú)饣刈⑹荌GCC電站中使用最為廣泛的兩種成熟的降NOX方式，通過這兩種方式能夠?qū)OX降低到10mg/Nm3（vol.16%@O2，以下同）以下，遠(yuǎn)低于常規(guī)天然氣聯(lián)合循環(huán)的排放標(biāo)準(zhǔn)。2.3.3各典型IGCC電站的空分以及降NOx方式選擇IGCC系統(tǒng)的空分工藝以及空分整體化率的選擇與其降NOX方式和燃?xì)廨啓C(jī)通流調(diào)整措施緊密相關(guān)。WabashRiver電站實(shí)行燃料濕化和注蒸汽的方式降NOX，氮?dú)獠换刈?，其NOx排放為33-41mg/Nm3。由于不需要回注氮?dú)猓瑸榱私档蛷S用電率，選擇了低壓空分，并且為了保證系統(tǒng)的牢靠性實(shí)行了完全獨(dú)立空分。同時通過關(guān)小壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉、調(diào)整透安靜葉安裝角和適當(dāng)降低燃?xì)廨啓C(jī)初溫等方式提高燃?xì)廨啓C(jī)的通流能力。Tampa電站采納氮?dú)饣刈⒌姆绞浇礜OX，空分所得的氮?dú)馊炕刈⑷細(xì)廨啓C(jī)燃燒室，其NOX排放為33-41mg/Nm3。大量氮?dú)饣刈@著增加系統(tǒng)出力，但是也對燃機(jī)通流能力提出了較高的要求，Tampa電站采納的是GE7FA燃?xì)廨啓C(jī)，通過關(guān)小壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉、調(diào)整透安靜葉安裝角和適當(dāng)降低燃?xì)廨啓C(jī)初溫的方式，使透平通流能力增大16%-18%。再加上燃機(jī)本身的裕度，能夠滿意通流的要求[13]。Buggenum電站和Puertollano電站都實(shí)行了燃料濕化和氮?dú)饣刈⑾嘟Y(jié)合的方法?？辗炙玫?dú)饨?jīng)過加壓，與凈燃料氣摻混以后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室（Buggenum電站的NOX排放約10mg/Nm3，Puertollano電站的NOX排放約50mg/Nm3）。從前面的分析不難得到，空分應(yīng)該采納高壓的形式以協(xié)作氮?dú)饣刈ⅰ６罅康獨(dú)饣刈⒈囟ㄒ笕紮C(jī)實(shí)行相應(yīng)的增加通流能力的措施。與美國的兩個IGCC電站不同，Buggenum和Puertollano電站沒有對壓氣機(jī)或者透平進(jìn)行調(diào)整，而是通過系統(tǒng)集成，即完全整體空分來適應(yīng)燃?xì)饬髁康脑黾?，同時通過空分整體化提高了系統(tǒng)效率。但是，Buggenum的實(shí)踐表明，完全整體空分大大增加了系統(tǒng)起動和掌握的難度，所以后來又為空分增加了一個容量50%的獨(dú)立空壓機(jī)用于空分的起動，待到起動完成以后再逐漸切換到完全整體空分運(yùn)行。Puertollano電站汲取了這一點(diǎn)閱歷，在設(shè)計(jì)時就考慮了一個容量50%的空壓機(jī)作為起動使用。IGCC技術(shù)與粉煤發(fā)電技術(shù)的比較目前，我國一次能源消費(fèi)總量中60%以上來自煤炭，我國電力工業(yè)的進(jìn)展仍將以燃煤發(fā)電機(jī)組為主。世界能源委員會的討論報告指出，對于主要煤炭消費(fèi)國來說，今后幾十年內(nèi)，從煤炭中提取的合成氣體、液體和氫將是重要的長期能源，估計(jì)到2030年，全球約72%的發(fā)電將使用干凈煤技術(shù)。IGCC發(fā)電的主要技術(shù)是利用煤（或渣油、石油焦等）作為燃料，通過氣化爐將其轉(zhuǎn)化為煤氣，并經(jīng)除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為干凈的煤氣供應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒做功。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱和氣化島顯熱回收的熱量經(jīng)余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電過程。IGCC將煤炭氣化、煤氣凈化和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，與粉煤發(fā)電技術(shù)相比具有高效率、清潔、節(jié)水、適應(yīng)燃料性廣，易于實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。高效率發(fā)電目前，300MW亞臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為41.2%，供電效率約為38.3%；600MW超臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為43.4%，供電效率約為40.8%。200MWIGCC機(jī)組的發(fā)電效率約為48.2%，供電效率約為40.66%?？梢?00MWIGCC機(jī)組的供電效率遠(yuǎn)高于300MW亞臨界機(jī)組的供電效率，而與600MW超臨界機(jī)組的供電效率大致相當(dāng)。IGCC發(fā)電機(jī)組與常規(guī)燃煤機(jī)組的效率比較見表2-6。從表中還可以看出，當(dāng)采納F級燃機(jī)的IGCC機(jī)組（容量為400MW）時，其發(fā)電效率約為52%，供電效率約44.2%，高于1000MW超超臨界機(jī)組的供電效率。表2-6電站效率比較表項(xiàng)目IGCC系統(tǒng)亞臨界超臨界超超臨界容量E級200MWF級400MW300MW600MW660MW1000MW發(fā)電效率48.2%52%41.2%43.4%44.6%45.5%廠用電率15.64%15%7%6%5.7%5%供電效率40.66%44.2%38.3%40.8%42.1%43.2%發(fā)電標(biāo)煤耗g/kWh254.86236.2298283.1275.3270供電標(biāo)煤耗g/kWh302.11277.9320.4301.1291.8284.3清潔綠色能源IGCC采納合成煤氣“燃燒前脫除污染物”技術(shù)，保證進(jìn)入燃機(jī)燃燒室的燃料是“干凈”的。由于合成煤氣氣流流量?。ㄍǔ橥萘砍Ｒ?guī)燃煤機(jī)組尾部煙氣量的1/10），格外便利污染因子的處理。合成煤氣采納NHD脫硫裝置，其脫硫效率即可達(dá)99%，并可回收高純度液態(tài)硫，排入大氣的SO2可掌握在幾mg/m3之內(nèi)，而煤機(jī)在400mg/m3左右；合成煤氣常常規(guī)濕法除塵后的粉塵排放基本為零，煤機(jī)在50mg/m3；燃?xì)廨啓C(jī)采納煤氣濕飽和技術(shù)和/或在余熱鍋爐中加裝SCR等方式，可將NOX的排放掌握在80mg/m3以內(nèi)，而煤機(jī)在650mg/m3。對煤種有較強(qiáng)的適應(yīng)性?？蛇m燒各種煤,包括高硫煤，這是其他技術(shù)所不能的。節(jié)省用水由于聯(lián)合循環(huán)中蒸汽循環(huán)部分約占總發(fā)電量的二分之一，因此IGCC的發(fā)電水耗小，約為同容量常規(guī)煤電機(jī)組的1/2～2/3左右。CO2捕獲全球氣候變暖是當(dāng)前和將來人們最為關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，2005年2月16日，《京都議定書》開頭生效，中國政府承諾履行《聯(lián)合國氣候變化框架公約》和《京都議定書》中規(guī)定的義務(wù)。作為進(jìn)展中國家，中國現(xiàn)階段沒有CO2等6種溫室氣體的減排任務(wù)。但是，一個不容忽視的事實(shí)是，我國目前溫室氣體CO2排放量已經(jīng)位居世界其次，猜測表明，到2020年前后，我國CO2排放量將超過美國，居世界第一。IGCC產(chǎn)生的燃?xì)馔ㄟ^變換模塊，可使燃?xì)庵械腃O全部變換為CO2及H2。其中的CO2利用目前成熟的技術(shù)（如低溫甲醇洗技術(shù)），可以全部捕獲。相比常規(guī)燃煤機(jī)組的CO2捕獲，成本低廉，可以說是目前最具競爭力的CO2捕獲技術(shù)。當(dāng)CO2儲存問題解決后，發(fā)電工業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體排放問題可望得到徹底的解決。為城市公共交通供應(yīng)氫源IGCC氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)庵懈缓琀2。通過加裝變換模塊，可使部分燃?xì)庾儞Q產(chǎn)生純氫。為將來杭州市的城市交通供應(yīng)清潔、廉價的氫源，具有良好的社會效益和環(huán)保效益。IGCC技術(shù)的進(jìn)展趨勢步入21世紀(jì)的世界電力工業(yè)，面臨著電力需求的持續(xù)增長、環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格、資源越趨短缺的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。各國都在樂觀尋求高效率、低污染的發(fā)電方式，以適應(yīng)資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)持續(xù)進(jìn)展的要求。全球煤炭資源占化石燃料的70%以上，燃煤發(fā)電勢必成為一種主要的和長遠(yuǎn)的發(fā)電方式。因而開發(fā)和采納干凈煤發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為共識，IGCC既可以不斷提高發(fā)電效率，又有極好的環(huán)保性能，格外是低成本解決CO2的減排，達(dá)到污染物的近零排放，是最有進(jìn)展前途的干凈煤發(fā)電技術(shù)。在世界范圍內(nèi)，IGCC技術(shù)的進(jìn)展經(jīng)歷了概念性驗(yàn)證階段和商業(yè)示范階段，正在走向商業(yè)化應(yīng)用。從IGCC技術(shù)進(jìn)展的角度看，美國能源部的有關(guān)討論機(jī)構(gòu)依據(jù)IGCC系統(tǒng)中各項(xiàng)主要技術(shù)的進(jìn)展水平，將IGCC技術(shù)的進(jìn)展分成三個階段：第一代IGCC技術(shù)以八十年月中期建成的CoolWater電站為代表，采納水煤漿供料的氣流床氣化，濕法常溫凈化工藝，較低溫度的燃?xì)廨啓C(jī)和單壓的蒸汽系統(tǒng)，蒸汽參數(shù)也相應(yīng)較低。因此，機(jī)組的供電效率僅31.2%（HHV）。其次代IGCC技術(shù)以九十年月初、中期建成的美國Tampa電站和荷蘭Buggenum電站為代表。這兩座電站分別采納了水煤漿供料和干煤粉供料，濕法常溫的煤氣凈化工藝協(xié)作肯定程度的干法凈化，采納了更先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)和多壓的蒸汽系統(tǒng)，再熱式汽輪機(jī)。此外在合成氣顯熱回收、空分裝置的配置（整體化程度、氮?dú)饣刈ⅲ┑确矫孢M(jìn)行了優(yōu)化。最終使這兩座電站的供電效率分別達(dá)到41%和43%。在九十年月其他各國設(shè)計(jì)和建筑的IGCC電站原則上均屬于其次代技術(shù)。第三代IGCC技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：①針對IGCC進(jìn)展的需要，研發(fā)新型氣化爐及氣化工藝，進(jìn)一步提高氣化爐燃料適應(yīng)性、可用率和轉(zhuǎn)換效率，從而提高IGCC裝置的凈效率。②采納干式高溫合成氣凈化，包括干式高溫除塵和脫硫。如果合成氣能在500℃～600℃的溫度下進(jìn)行凈化，可以使合成氣顯熱得到更有效的利用，從而提高IGCC裝置的整體效率。③采納更加先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)。自八十年月后期以來，燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)展格外快，隨著葉片材料和冷卻技術(shù)的改進(jìn)，透平煙氣初溫不斷提高。美國ATS計(jì)劃中GE公司的H系列燃?xì)廨啓C(jī)透平煙氣初溫將達(dá)1427℃，單機(jī)容量也將進(jìn)一步加大，歐洲也在研制相應(yīng)等級的燃?xì)廨啓C(jī)。采納這類燃?xì)廨啓C(jī)的IGCC裝置凈效率可超過52％，同時采納更先進(jìn)的燃燒技術(shù)，使NOX的排放進(jìn)一步降低。④采納更高參數(shù)和更為優(yōu)化的蒸汽系統(tǒng)。采納多壓的余熱鍋爐和再熱式蒸汽輪機(jī)，將使IGCC系統(tǒng)的蒸汽部分的參數(shù)得到更好的優(yōu)化，提高整體能源利用效率。通過上述各項(xiàng)改進(jìn)措施，第三代IGCC無論在技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上都將大大提高。美國已經(jīng)進(jìn)入第三代IGCC技術(shù)的設(shè)計(jì)階段。上面已講過IGCC發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展階段，從技術(shù)上講屬于其次代技術(shù)；從工程應(yīng)用上講，正在從商業(yè)示范走向商業(yè)應(yīng)用。IGCC發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展方向是：其次代技術(shù)的完善與提高以及向第三代技術(shù)過渡，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；IGCC與多聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合運(yùn)行，可提高IGCC與多聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。這些技術(shù)的進(jìn)展，使IGCC發(fā)電技術(shù)達(dá)到更高水平。目前IGCC發(fā)電技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)主要有：①IGCC機(jī)組大型化與商業(yè)化以大型燃?xì)廨啓C(jī)、氣化爐容量與其相匹配為代表的IGCC發(fā)電技術(shù)的進(jìn)展將推動產(chǎn)品批量化，而產(chǎn)品批量、商業(yè)化生產(chǎn)又將降低機(jī)組比投資，有利于IGCC機(jī)組的推廣應(yīng)用。②研制開發(fā)更先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)部分的效率起著決定性影響。依據(jù)猜測，如果燃?xì)廨啓C(jī)透平煙氣初溫接近1600℃并采納多級燃燒，底部循環(huán)采納卡林那循環(huán)，聯(lián)合循環(huán)的凈效率有可能達(dá)到65%～70%，以這種聯(lián)合循環(huán)為基礎(chǔ)的IGCC電站凈效率有可能達(dá)到55%～60%。開發(fā)更新的IGCC發(fā)電技術(shù)。如將IGCC與濕空氣透平相結(jié)合，就形成了一種新的IGCC系統(tǒng)，稱之為IGHAT。與常規(guī)的IGCC系統(tǒng)相比省去了蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及其相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備，使系統(tǒng)簡化、效率更高，并節(jié)省投資費(fèi)用。③進(jìn)展改進(jìn)煤氣化和空分技術(shù)連續(xù)進(jìn)展空氣氣化技術(shù)?？諝庾鳉饣瘎┯捎跊]有空分系統(tǒng)，將簡化系統(tǒng)并使廠用電顯著降低。為提高冷煤氣效率，可對氣化用空氣進(jìn)行預(yù)熱。目前采納空氣氣化的氣化爐容量較小，將來必須增加容量并經(jīng)過工業(yè)規(guī)模的示范運(yùn)行討論，逐步推廣應(yīng)用并有足夠的競爭力。改進(jìn)和進(jìn)展現(xiàn)有的煤氣化工藝。如提高性能、牢靠性和延長使用壽命；開發(fā)高溫測試設(shè)備使氣化爐在最佳狀態(tài)下運(yùn)行；提高氣化爐容量等。開發(fā)新的煤氣化工藝：如美國正在開發(fā)先進(jìn)的傳輸式煤氣化爐，進(jìn)一步提高碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率，目前已進(jìn)行這種氣化爐的調(diào)試?？辗窒到y(tǒng)方面的討論主要包括：提高空分系統(tǒng)的負(fù)荷跟蹤能力；提高空分系統(tǒng)的平安牢靠性，如內(nèi)壓縮流程；離子傳輸膜技術(shù)的討論，可使空分系統(tǒng)的價格降低并使廠用電降低。④先進(jìn)的合成氣凈化技術(shù)高溫合成氣凈化，目標(biāo)是500℃～600℃的高溫除塵和脫硫，使IGCC的效率提高1～2個百分點(diǎn)，同時可簡化系統(tǒng)、降低建設(shè)投資。進(jìn)行合成氣超凈化，以便供應(yīng)燃料電池使用，把燃料電池與IGCC結(jié)合起來，進(jìn)一步提高效率。⑤系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)IGCC系統(tǒng)比較簡潔、集成度高，在優(yōu)化系統(tǒng)提高效率方面有比較大的潛力。系統(tǒng)的整體化包括空分系統(tǒng)的整體化和汽水系統(tǒng)的整體化。系統(tǒng)的優(yōu)化還必須兼顧投資和牢靠性等。如空分系統(tǒng)整體化程度的選擇還要考慮系統(tǒng)的運(yùn)行和自動掌握。在有些情況下，系統(tǒng)可進(jìn)行必要的簡化。⑥提高IGCC系統(tǒng)的運(yùn)行性能提高各部件和系統(tǒng)的運(yùn)行牢靠性。提高負(fù)荷跟蹤能力與負(fù)荷適應(yīng)性。⑦多聯(lián)產(chǎn)和綜合利用技術(shù)IGCC可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，還可同時生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，不僅有利于提高資源利用率和經(jīng)濟(jì)性，而且可改善調(diào)峰性能。IGCC有利于廢棄物的資源化，如提高灰渣質(zhì)量和回收高純度硫等。⑧CO2分離技術(shù)IGCC采納將煤氣化而不是完全燃燒，只需對合成氣中CO2進(jìn)行分離。在常規(guī)IGCC中采納CO2分離技術(shù)。88％的CO2可被分離提取。于常規(guī)IGCC相比，凈效率削減6.5個百分點(diǎn)。比投資增加10％。國內(nèi)進(jìn)展現(xiàn)狀與技術(shù)基礎(chǔ)①氣化工藝國內(nèi)一些討論機(jī)構(gòu)對氣化爐的討論開展較早，格外是固定床和流化床的討論，氣化爐燒嘴、耐火材料等方面的討論取得了肯定的進(jìn)展，有些已應(yīng)用于工程項(xiàng)目。煤氣化技術(shù)是干凈煤技術(shù)的共性核心技術(shù)?！笆濉逼陂g，華東理工高校建成多噴嘴對置式水煤漿氣化關(guān)鍵技術(shù)討論平臺，開發(fā)了四噴嘴1000t/d級的新型水煤漿氣化技術(shù)，并進(jìn)行了示范，運(yùn)行表明：有效氣CO+H2≥82％，碳轉(zhuǎn)化率≥98%。達(dá)到了水煤漿氣化的國際先進(jìn)水平?！笆濉逼陂g，西安熱工討論院聯(lián)合國內(nèi)多家單位共同開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)，進(jìn)行了24t/d中試討論。②凈化工藝在高溫脫硫方面，研制出兩種新型高溫煤氣脫硫劑。脫硫劑初次硫容>20%，2500h連續(xù)實(shí)驗(yàn)后硫容在15%以上的占64%，脫硫活性基本穩(wěn)定；經(jīng)過冷態(tài)流態(tài)化磨損實(shí)驗(yàn)后，其磨損率<5%。設(shè)計(jì)并建成了新型高溫煤氣凈化試驗(yàn)裝置，完成了真實(shí)煤氣的試驗(yàn)。在肯定條件下，出口硫化物濃度<20mg/Nm3，達(dá)到>99%的脫硫效率。復(fù)合顆粒移動床除塵器和陶瓷管除塵器的除塵效率>99%。并測試了加壓流化床煤氣脫硫除塵后的堿金屬鉀、鈉和重金屬汞含量。在高溫除塵方面，完成了移動床顆粒層過濾器容量放大后顆粒層過濾、氣力循環(huán)清灰、靜電促進(jìn)提高除塵效率等方面關(guān)鍵技術(shù)的討論；建立了煤氣處理量450Nm3/h的帶靜電促進(jìn)的移動床顆粒層過濾器試驗(yàn)裝置；完成了煤氣處理量6000Nm3/h的帶靜電促進(jìn)的移動床顆粒層過濾器的技術(shù)設(shè)計(jì)；完成了移動床顆粒層過濾器除塵過程的數(shù)值模擬和動態(tài)顯示討論。常溫凈化系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展成熟，應(yīng)用廣泛，設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。國內(nèi)石油、化工、電力行業(yè)采納常規(guī)除塵和脫硫也有相當(dāng)長的歷史。在高溫凈化方面，國內(nèi)一些討論機(jī)構(gòu)也已開展了多種形式的試驗(yàn)討論，并取得肯定的進(jìn)展，但尚未工業(yè)化。③聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成及合成氣燃機(jī)技術(shù)中國科學(xué)院工程熱物理討論所建立了發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化集成設(shè)計(jì)平臺，基本形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)；確定和優(yōu)化了60MW級發(fā)電和24萬噸級甲醇/年聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。建立了國內(nèi)第一個重型燃?xì)廨啓C(jī)合成氣燃燒室中壓全尺寸試驗(yàn)臺，燃燒室熱功率2MW；完成了36MW燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的改造設(shè)計(jì)和1/6流量模擬試驗(yàn)驗(yàn)證；初步建立了煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的仿真掌握系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，為聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)供應(yīng)了試驗(yàn)平臺。這些討論成果已用于兗礦集團(tuán)有限公司的60MW級發(fā)電和24萬噸甲醇/年的煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示范工程。南京汽輪機(jī)廠與美國GE公司合作，生產(chǎn)的MS6000、MS9001系列的燃?xì)廨啓C(jī)，目前關(guān)鍵部件如壓氣機(jī)、轉(zhuǎn)子、葉片等還需進(jìn)口。哈汽、上汽、東汽等制造企業(yè)也采納相同方式，與國外廠家進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)制造。余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)我國能進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。杭州鍋爐廠等制造企業(yè)已經(jīng)設(shè)計(jì)制造了燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的余熱鍋爐，并投入使用。④大型空分設(shè)備空分裝置的主要設(shè)備有空壓機(jī)、冷箱、氧壓機(jī)、氮壓機(jī)等。大容量的空分制造廠家有法國的液空公司、美國的空氣產(chǎn)品公司、德國的林德公司等，其產(chǎn)品廣泛用于化工、鋼鐵等行業(yè)。杭州制氧機(jī)集團(tuán)公司可以生產(chǎn)用于IGCC的大型空分設(shè)備。對于組成IGCC的氣化、低溫凈化、空分等單元設(shè)備已具備制造基礎(chǔ)，可作為我國燃煤機(jī)組的更新?lián)Q代技術(shù)。⑤IGCC電站設(shè)計(jì)集成與動態(tài)特性從“九五”開頭，我國電力部門與討論單位進(jìn)行了IGCC電站的設(shè)計(jì)選型討論工作，對國外已經(jīng)運(yùn)行的IGCC電站進(jìn)行了簡略的討論，形成了我國IGCC電站系統(tǒng)選擇技術(shù)。討論了IGCC實(shí)時仿真裝置，對機(jī)組啟停、正常運(yùn)行、特別和故障運(yùn)行工況等過程進(jìn)行了仿真。初步為我國IGCC示范電站項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行供應(yīng)了思路。⑥十五“863”示范工程情況兗礦集團(tuán)有限公司的60MW級發(fā)電和24萬噸甲醇/年的煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示范廠已投入運(yùn)行，示范工程總投資26.8億。示范項(xiàng)目所開發(fā)的技術(shù)及積累的閱歷將為將來聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)、設(shè)計(jì)以及大規(guī)模推廣應(yīng)用供應(yīng)相關(guān)的技術(shù)支撐及閱歷?！笆晃濉?63示范項(xiàng)目--浙江半山IGCC發(fā)電示范工程企業(yè)基本情況簡介半山發(fā)電有限公司2臺50MW燃煤機(jī)組于七十年月中期投產(chǎn)，2007年6月退役；三、四期工程各1臺125MW燃煤機(jī)組，分別于1984年和1996年投產(chǎn)。天然氣發(fā)電工程3套109FA燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組（裝機(jī)容量為3×390MW）均于2005年投產(chǎn)杭州華電半山發(fā)電有限公司一期1臺12MW燃煤機(jī)組于1958年投產(chǎn)，目前已拆除。浙江半山IGCC發(fā)電示范工程的建設(shè)地點(diǎn)位于老廠東區(qū)，系利用拆除的老廠一期1臺12MW機(jī)組和二期2臺50MW機(jī)組的建設(shè)場地。項(xiàng)目背景本工程是國家“十一五”863重大項(xiàng)目“200MW級IGCC關(guān)鍵技術(shù)討論開發(fā)與工業(yè)示范”討論課題的依托項(xiàng)目。按科技部下發(fā)的課題立項(xiàng)通知，本示范工程裝機(jī)容量為200MW級，其中，燃機(jī)采納E級重型燃機(jī)，出力約121MW(年平均工況)，汽機(jī)采納高壓再熱汽輪機(jī)，出力約107MW，整套IGCC發(fā)電機(jī)組的總出力約228MW(年平均工況)。本工程建設(shè)場地的東側(cè)為2臺125MW機(jī)組，可在其退役后拆除利用該部分場地再擴(kuò)建一套400MW級IGCC發(fā)電機(jī)組。項(xiàng)目簡介系統(tǒng)整體配置與參數(shù)優(yōu)化以開發(fā)和建設(shè)200MW等級的IGCC發(fā)電技術(shù)為目標(biāo)，將IGCC發(fā)電系統(tǒng)劃分成氣化島、燃機(jī)島和與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島三個島進(jìn)行討論開發(fā)。氣化島內(nèi)主要設(shè)備包括：空分裝置、氣化原料制備裝置、氣化爐、輻射和對流廢鍋、凈扮裝置等。燃機(jī)島內(nèi)主要設(shè)備包括：燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐等。與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島內(nèi)的主要設(shè)備包括：蒸汽輪機(jī)及配套系統(tǒng)等。在繼承和進(jìn)展現(xiàn)有單元技術(shù)基礎(chǔ)上，格外是繼承十五“863”氣化、合成氣燃機(jī)技術(shù)，著重解決三個島中的關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵工藝，以形成島的模塊化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的整體配置及參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)IGCC發(fā)電機(jī)組的牢靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。氣化島模塊技術(shù)，輻射廢鍋、對流廢鍋和集成煤炭氣化是指在氣化劑存在的條件下，煤在肯定的溫度和壓力下被轉(zhuǎn)化為合成氣的過程。從反應(yīng)工藝的角度看，煤氣化就是以煤為原料，以空氣或氧氣等為氣化介質(zhì)，通過不完全的燃燒過程，將煤中的碳轉(zhuǎn)化為CO、H2、CH4等有效成分，煤氣中必定還會有CO2和H2O等。氣化爐對IGCC的整體效率有很大的影響。氣化系統(tǒng)特性因素中最重要的是冷煤氣效率。氣化爐的冷煤氣效率越高，意味著從整個電廠其它系統(tǒng)的需求越少，易于提高循環(huán)效率，也使全廠的設(shè)計(jì)趨于簡潔。對于IGCC電站，最重要的是全廠的總效率，它包括煤氣的顯熱和蒸汽的熱能。通常冷煤氣效率越高，IGCC全廠的效率就越高。加壓氣化爐反應(yīng)器是氣化島的核心，也是影響性能的關(guān)鍵所在。影響氣化性能的重要因素如下：①氣化溫度氣流床氣化爐在高溫下運(yùn)行，其反應(yīng)速度飛快增加，碳的轉(zhuǎn)化率和氣化爐的出力也大大提高。從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)推出的最佳氣化溫度約在1300℃左右，太高的氣化溫度會使氧耗大增，而且過剩的熱量以粗煤氣顯熱的形式排出，回收格外困難，勢必造成熱效率降低和投資增加。對于液態(tài)排渣的氣化爐，一般運(yùn)行溫度維持在灰熔點(diǎn)以上50～100℃，保證灰熔化，使排渣順利。②氣化爐的容量氣化爐的容量是IGCC的關(guān)鍵問題。氣化爐進(jìn)展的目標(biāo)就是提高氣化爐容量和冷煤氣效率，并在相同規(guī)模下使初投資降低。對于相同的氣化爐，在高溫和高壓下運(yùn)行必定能提高出力，氣流床氣化爐在高溫和高壓下運(yùn)行，其單爐出力目前也是最大的，可以達(dá)到2500t/d。當(dāng)然，對于有耐火磚的氣化爐，在高溫下運(yùn)行則必須延長耐火層的壽命，否則在電力行業(yè)應(yīng)用將會受到肯定的限制。至于選擇多高的溫度和壓力，要依據(jù)整個系統(tǒng)的要求及經(jīng)濟(jì)性分析而定。對于一個簡略的氣化爐，除了技術(shù)因素之外，其容量有時也受制造和運(yùn)輸條件的限制，對于IGCC應(yīng)用的氣化爐，受限制的主要是輻射廢鍋和對流廢鍋。③氣化爐的負(fù)荷跟蹤特性能夠在部分負(fù)荷下運(yùn)行，并能很好的跟蹤負(fù)荷的變化，而氣化爐的效率不至于下降很多，這對于電力生產(chǎn)格外重要。在負(fù)荷變化時，氧氣和煤量能夠飛快精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)，是保證整個機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的前提。盡管空分系統(tǒng)的變負(fù)荷能力較差，若有肯定的儲存能力，則可以解決這一問題，氧氣可飛快跟蹤負(fù)荷變化。相比之下，煤量跟蹤負(fù)荷相對較困難。當(dāng)負(fù)荷變化時，為了保證火焰的穩(wěn)定，氧碳比必須操作得很精準(zhǔn)，這就要求氧氣和煤量同時調(diào)節(jié)，并且要十分精準(zhǔn)。依據(jù)氣流床的特點(diǎn)，采納水煤漿供料，系統(tǒng)簡潔，容易掌握；而精準(zhǔn)的干煤粉加壓送料系統(tǒng)簡潔。④供煤系統(tǒng)供煤系統(tǒng)直接影響氣化爐負(fù)荷的跟蹤能力，因此多選擇水煤漿進(jìn)料，以獲得較高的變負(fù)荷率。格外是氣流床氣化爐最早是由Texaco和Dow公司從燃油系統(tǒng)開發(fā)出來的，采納水煤漿進(jìn)料在運(yùn)行的平安性、壓力變化特性、運(yùn)行牢靠性等方面有肯定的優(yōu)勢。干法進(jìn)料是指用加壓鎖斗系統(tǒng)向加壓氣化爐輸送干煤或干煤粉。對于流化床氣化爐，目前多采納螺旋給料機(jī)進(jìn)行壓力輸送。水煤漿進(jìn)料與干法進(jìn)料相比，組成IGCC的總效率要低1.5～2.5個百分點(diǎn)，其中最主要的差別是將水煤漿中過量的水氣化的這部分潛熱，在后續(xù)系統(tǒng)無法有效的回收，從而造成熱損失。其次，過量的水使氣化過程的耗氧量增加，爐溫降低，致使冷煤氣效率較低。⑤氣化劑選擇氧氣或空氣作為氣化過程的氧化劑對IGCC系統(tǒng)的全廠效率有很大的影響。格外是它對空氣系統(tǒng)的耗功有決定性的影響。在目前的大型IGCC機(jī)組中普遍采納富氧氣化的氣流床氣化工藝，為此IGCC電站專門設(shè)置空氣分離裝置以向氣化爐供應(yīng)高純度的氧氣。氧氣氣化的聯(lián)合循環(huán)島造價比空氣氣化的要高10%，這是由于要增加一套N2回注和蒸汽飽和的設(shè)備，以降低NOX的生成。IGCC的空分裝置均采納傳統(tǒng)的氣體低溫分離技術(shù)。IGCC的空分系統(tǒng)配置方式有三種：獨(dú)立空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣由一個單獨(dú)的空氣壓縮機(jī)供應(yīng)；整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣全部來自燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)出口；部分整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣一部分來自燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)出口，另一部分由單獨(dú)的空氣壓縮機(jī)供應(yīng)。整體化空分系統(tǒng)的IGCC供電效率最高；可避開對燃?xì)馔钙胶蛪簹鈾C(jī)作較大的改造；降低IGCC電站比投資約1%；運(yùn)行和掌握方面難度較大，其靈敏性和平安性不及獨(dú)立空分系統(tǒng)的IGCC機(jī)組。空分工藝流程的選擇，以及空分裝置與燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的合理連接方式，對IGCC的供電效率、比投資費(fèi)用，乃至整個機(jī)組的運(yùn)行靈敏性和牢靠性都有很大的影響。空分裝置涉及低溫技術(shù)，在運(yùn)行方式和啟停過程中有其特殊性，而且低溫技術(shù)本身還會帶來平安性問題，這些都應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中予以全面考慮和解決。⑥氣化工藝IGCC采納氣流床氣化工藝：它的原料要求是煤粉或水煤漿。富氧和水蒸汽作為氣化劑，在1200～1500℃的高溫下，煤被氣化為CO和H2、CO2等氣體，灰渣以熔融態(tài)排出氣化爐。依據(jù)氣化技術(shù)進(jìn)展現(xiàn)狀，針對我國200MW～400MWIGCC示范項(xiàng)目，應(yīng)首選氧氣氣化的氣流床氣化工藝，以水煤漿進(jìn)料氣化爐或者干粉進(jìn)料氣化爐為主要選擇對象。⑦廢熱鍋爐煤氣化爐出口的粗煤氣在凈化前必須降溫，其含有的大量顯熱能需要回收以提高效率。顯熱回收系統(tǒng)很簡潔，它可以以各種形式分布在從煤氣化爐出口至燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室入口之間的整個流程中。最主要的熱回收裝置是位于氣化爐出口的輻射式廢熱鍋爐與其后的對流式廢熱鍋爐。在這里合成氣將其大部分顯熱傳給輻鍋和對鍋中的水，產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽，這些蒸汽可用作氣化爐的氣化劑或經(jīng)余熱鍋爐過熱后送蒸汽輪機(jī)發(fā)電。但是輻鍋與對鍋的造價很高，為降低IGCC電站的投資，也可采納高溫粗煤氣激冷降溫，高溫高壓冷卻水閃蒸回收熱量方案。依據(jù)Texaco公司計(jì)算，這樣可使電站單位造價降低約6.2%，而使IGCC相對熱效率下降5.6%。由此可見，采納激冷閃蒸法回收熱量的方案，雖然使電站熱效率有所下降，但卻能有效地降低電站造價。為兼顧造價與熱效率的沖突，也可以實(shí)行只要對鍋或輻鍋，這樣的電站造價與熱效率將居上述二者之間。⑧凈化工藝在IGCC系統(tǒng)中，合成氣凈化工藝必不行少。通常合成氣中除CO、H2、CH4、CO2外，還有H2S、COS、粉塵、鹵化物、NH3、堿金屬及焦油蒸汽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對燃?xì)廨啓C(jī)及后續(xù)的其它系統(tǒng)有腐蝕和磨損的危害，為了使IGCC機(jī)組正常運(yùn)行并達(dá)到較高的牢靠性，必須在合成氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，對其進(jìn)行凈化處理。與常規(guī)燃煤電站對煙氣進(jìn)行凈化相比，IGCC系統(tǒng)面對的是加壓的流量較小的合成氣，其處理難度和耗功都較小，達(dá)到的凈化效率也較高，這是IGCC在凈化方面的優(yōu)越性。除塵系統(tǒng)的運(yùn)行溫度一般約為250℃～370℃，可采納干法過濾