IGCC的技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢概述

IGCC的技術現(xiàn)狀和開展趨勢整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)〔IntegratedGasificationCombinedCycle〕，簡稱IGCC發(fā)電技術是將固體煤氣化、凈化與燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相結合的一種潔凈煤發(fā)電技術。IGCC作為燃煤發(fā)電或結合多聯(lián)產(chǎn)，具有效率高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢，代表未來電力技術的開展方向，成為世界上極有開展前途的一種潔凈煤發(fā)電技術?！笆晃濞?63示范工程--浙江半山IGCC發(fā)電示范工程本工程是國家“十一五〞863重大工程“200MW級IGCC關鍵技術研究開發(fā)與工業(yè)示范〞研究課題的依托工程。按科技部下發(fā)的課題立項通知，本示范工程裝機容量為200MW級，其中，燃機采用E級重型燃機，出力約121MW(年平均工況)，汽機采用高壓再熱汽輪機，出力約107MW，整套IGCC發(fā)電機組的總出力約228MW(年平均工況)。以開發(fā)和建設200MW等級的IGCC發(fā)電技術為目標，將IGCC發(fā)電系統(tǒng)劃分成氣化島、燃機島和與IGCC相適應的模塊配套島三個島進行研究開發(fā)。氣化島內(nèi)主要設備包括：空分裝置、氣化原料制備裝置、氣化爐、輻射和對流廢鍋、凈化裝置等。燃機島內(nèi)主要設備包括：燃氣輪機和余熱鍋爐等。與IGCC相適應的模塊配套島內(nèi)的主要設備包括：蒸汽輪機及配套系統(tǒng)等。在繼承和開展現(xiàn)有單元技術根底上，特別是繼承十五“863〞氣化、合成氣燃機技術，著重解決三個島中的關鍵技術及關鍵工藝，以形成島的模塊化技術。在此根底上完成系統(tǒng)的整體配置及參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)IGCC發(fā)電機組的可靠、經(jīng)濟運行。IGCC的技術現(xiàn)狀及開展趨勢IGCC的技術現(xiàn)狀整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)〔IntegratedGasificationCombinedCycle〕，簡稱IGCC發(fā)電技術是將固體煤氣化、凈化與燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相結合的一種潔凈煤發(fā)電技術。其技術特點如下所述：①燃料適應性廣。IGCC對燃料的適應性主要取決于所采用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所有煤種；對濕法加料的氣化工藝，那么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，因此具有較高的循環(huán)熱效率。IGCC的熱效率已經(jīng)到達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技術是在合成氣進入燃氣輪機之前進行脫硫和除塵。在脫硫裝置中，99%以上的硫被去除，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?？刂芅OX的排放是采用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)電廠相比可減少耗煤量，因此可減少對大氣中CO2的排放。④節(jié)水：IGCC的燃氣輪機發(fā)電局部占總發(fā)電量的60%左右，蒸汽輪機發(fā)電局部占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，是作為城市多聯(lián)供機組的最正確選擇之一。IGCC發(fā)電機組的熱效率已達43%，有望到達50%，環(huán)保性能是幾種發(fā)電技術中最好的，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)有技術進行解決，CO2減排的問題，尚無其它商業(yè)技術，IGCC發(fā)電技術是可實現(xiàn)CO2的近零排放的重要技術。IGCC結合多聯(lián)產(chǎn)綜合技術，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)整負荷和提高可用率，降低發(fā)電本錢。將IGCC和制氫及燃料電池結合起來，還可以解決石油短缺和交通污染等目前我們面臨的嚴重問題。IGCC作為燃煤發(fā)電或結合多聯(lián)產(chǎn)，具有效率高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢，代表未來電力技術的開展方向，成為世界上極有開展前途的一種潔凈煤發(fā)電技術。典型IGCC發(fā)電機組的原那么性系統(tǒng)圖見圖2-1。圖2-1典型IGCC發(fā)電機組的原那么性系統(tǒng)圖煤氣化技術的開展煤氣化技術開展的過程固定床氣化爐早期的煤氣化技術采用固定床，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爐在運行。該爐型的生產(chǎn)強度較低，尚未出現(xiàn)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、高強度等指標加以衡量，該爐型有其缺乏之處。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〕、KRW〔M.W.Kelloyg技術〕等技術相繼問世。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，至今尚未正常運行〕。從煤種和粒度的適應性、生產(chǎn)強度、大型化等方面看，流化床難與氣流床抗爭。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%。人們正期待著其驗證結果。氣流床氣化爐從從工業(yè)化裝置數(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〕電站都是采用氣流床煤氣化爐，可見其技術上具有優(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年來的煤氣化技術開展史，特別是近十多年來的大容量IGCC電站示范與商業(yè)化運行證明，與固定床、流化床相比氣流床具有較大的煤種與粒度適應性和更優(yōu)良的技術性能，是煤基大容量、高效、潔凈、運行可靠的燃氣與合成氣制備裝置的首選技術。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、目前本領域中國際上研究的熱點有：將水煤漿進料改為液體CO2煤漿進料；研究煤泵以取代干粉煤鎖斗加料；研究煤氣化動力學、停留時間、氣化爐最正確高徑比設計；采用連續(xù)排渣系統(tǒng)取代鎖斗式排渣系統(tǒng)；高溫脫硫、除塵技術；先進的耐火磚材料；新型過程測量儀器；運用數(shù)值模擬方法進行氣化爐的工程放大；系統(tǒng)分析與技術集成；采用二段爐方案回收煤氣顯熱等。具體情況如下：(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，1996年7月投運，12月宣布進入驗證運行。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：水煤漿制備輸送與計量控制簡單、平安、可靠；裝置的開車率可達85%～90%〔有備用爐時〕；設備國產(chǎn)化率高，投資較干煤粉原料低。主要缺點：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料低5～6個百分點左右；噴嘴約2個月更換一次，費時4～6小時；國產(chǎn)耐火磚壽命約一年，更換耐火磚費時40天左右；該爐型通過單噴嘴受限射流實現(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，有局部物料短路，使單程碳轉化率僅為～95%。國內(nèi)運行經(jīng)驗說明，Texaco氣化技術的煤氣初步凈化系統(tǒng)、灰水處理系統(tǒng)、經(jīng)常出現(xiàn)帶水、帶灰、堵渣現(xiàn)象。(2)GlobalE-GasInc(Destec)氣化爐Destec已建設兩套商業(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?！场t型類似于K-T，分第一段〔水平段〕與第二段〔垂直段〕，在第一段中，兩個噴嘴呈180度對置，最高反響溫度約1400℃。為提高冷煤氣效率，在第二段中，采用總煤漿量的10～20%進行冷激〔該點與Shell、Prenflo的循環(huán)煤氣冷激不同〕，此處的反響溫度約1040℃，出口煤氣進火管鍋爐回收熱量。熔渣自氣化爐第一段中部流下，經(jīng)水冷激固化Destec采用水煤漿加料，該點與Texaco相同，具有該種進料形態(tài)的優(yōu)缺點。采用水煤漿冷激及其配套的火管鍋爐是一種技術進步，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，碳轉化率較低；設有一個龐大的別離器，以別離一次煤氣中攜帶灰渣與二次煤漿的灰渣與殘?zhí)?，否那么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。采用耐火磚為爐襯，其壽命已到達3年；噴嘴壽命為3～6個月。該兩點與Eastman〔TEC〕的Texaco氣化爐相比，占有優(yōu)勢。(3)Shell氣化爐與Texaco氣化技術經(jīng)歷相似，上世紀50年代初Shell開發(fā)渣油氣化成功，后費時16年開發(fā)成功了干煤粉氣化技術，并于1988年用于BuggenumIGCC電站。目前已處于商業(yè)運行階段。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，借助撞擊流以強化熱質(zhì)傳遞過程，使爐內(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，密相輸送進入噴嘴。工藝氧〔純度為95%〕與蒸汽也由噴嘴進入，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%轉化為蒸汽；～6%由設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：粉煤進料速率的精確測量、噴嘴結構、水冷壁結構、以及合成氣冷卻器結構。Shell煤氣化技術有如下優(yōu)點：采用干煤粉進料，氧耗比水煤漿低～20%；碳轉化率高，可達～99%；調(diào)節(jié)負荷方便，關閉一對噴嘴，負荷那么降低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：設備投資大于水煤漿氣化技術，估計高20%；氣化爐結構過于復雜，加工難度大；工程經(jīng)驗還不夠豐富，世界上目前只有Buggneum的示范裝置在運轉。(4)Prenflo氣化爐Prenflo取自英文PressurizedEntrained-FlowGasification相關字頭。鑒于Krupp-Koppers〔現(xiàn)為KruppUhde〕曾與Shell合作，所以兩種氣化爐極為相似。1978年兩家分手之后，1986～1992年Krupp-Koppers在德國Furstenhousen建成并運轉日處理48噸加壓氣化裝置〔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〕采用Prenflo氣化技術在西班牙Puertollano建設IGCC電站，這也是Prenflo的第一個商業(yè)化裝置。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)運轉198小時。Prenflo與Shell氣化爐的區(qū)別：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那么將二者連為一體。相應的，Prenflo冷激循環(huán)煤氣在氣化爐中下部參加，而Shell爐那么在上部參加。Prenflo與Shell氣化爐的相同點：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動，熔渣自爐底排出。爐襯均采用水冷壁，擯棄耐火磚方案。(5)GSP與AdvancedCoalgasificationProcess(ACGP)GSP由原東德的燃料研究所〔GermanFuelInstitute〕開發(fā)，爐型與Texaco激冷室氣化爐酷似。采用干煤粉進料，1982年在黑水泵市Laubag建設130MW商業(yè)裝置，日處理720噸煤，爐襯采用水冷壁。據(jù)稱噴嘴與水冷壁爐襯的壽命可達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。技術特點是干粉煤進料、常壓、方形爐、水冷壁爐襯，在同一水平面上布置8個噴嘴，煤氣向上流動，熔渣由爐底排出。煤氣化技術的特點我國煤氣化技術的現(xiàn)狀及開展方向研究開發(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)權煤氣化技術。期間不乏努力。近四十年來在原國家科委、計委、教委和各工業(yè)部的支持下，在研究與開發(fā)、消化引進技術方面進行了大量工作，有代表性的是：50年代末到80年代初的仿K—T氣化技術研究與開發(fā)，曾于60年代中期和70年代末期在新疆蘆草溝和山東黃縣建設中試裝置，由于根底理論研究不透以及材料等原因而終止；70年代起西北化工研究院研究開發(fā)水煤漿氣化技術并建設了中試裝置，為此后4家廠引進Texaco水煤漿氣化技術提供了豐富的經(jīng)驗；“九五〞期間還就“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)〔IGCC〕關鍵技術〔含高溫凈化〕〞立項，有十余個單位參加攻關；1999年科技部立項“煤的熱解、氣化及高溫凈化過程的根底研究〞正在進行中；近20年來我國共引進13臺Texaco氣化爐，國內(nèi)配套完成了局部設計、安裝與操作，積累了豐富的經(jīng)驗。正在建設中的還有浩良河、金陵石化〔棲霞山化肥廠〕兩套Texaco裝置；此外，洞氮、柳州、應城三套Shell裝置正在建設中?！熬盼濞暺陂g華東理工大學、魯南化肥廠、天辰化學工程公司承擔了國家重點科技攻關工程“新型〔多噴嘴對置〕水煤漿氣化爐開發(fā)〞〔22噸煤/天裝置〕，該工程已通過有關部門組織的鑒定和驗收，被專家評為“填補國內(nèi)空白〞和“國際領先〞。結果說明，中試裝置的有效氣成分到達～83%，比相同條件下的Texaco生產(chǎn)裝置高1.5～2個百分點；碳轉化率>98%，比Texaco高2～3個百分點；比煤耗、比氧耗均比Texaco降低7%，顯示了良好的商業(yè)應用前景。該技術現(xiàn)已授權創(chuàng)造專利——“多噴嘴對置式水煤漿或粉煤氣化爐及其應用〞。本成果正在兗礦魯南化肥廠建設日處理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公司建設日處理750噸煤商業(yè)裝置〔6.5MPa〕。中國科學院山西煤炭化學研究所在中試的根底上進行了流化床氧氣/蒸汽鼓風制合成氣的工業(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)運轉，能穩(wěn)定灰熔聚操作。工業(yè)運行情況上世紀80年代末以前，我國的煤氣化完全依賴常壓固定床技術，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，這些氣化裝置中一局部至今仍在運轉。上世紀80年代初我國開始引進第二代煤氣化技術，一家引進Lurgi技術，于山西潞城建廠，氣化爐三開一備；共有4家引進Texaco水煤漿氣化裝置，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。目前正在建設或已完成可研的引進煤氣化技術有套，分別是浩良河〔Texaco技術，〕、金陵石化〔Texaco技術〕，湖北雙環(huán)〔Shell技術〕、巴陵石化洞庭氮肥廠〔Shell技術〕、柳州〔Shell技術〕、神化集團〔Shell技術〕。列于表2-2表2-2我國大型加壓煤氣化工業(yè)裝置統(tǒng)計工廠技術氣化爐數(shù)量氣化壓力Mpa單爐煤量噸/d配套裝置運轉情況山西潞城Lurgi4開1備3.040030萬噸合成氨運轉魯南Texaco3開1備2.645010萬噸合成氨20萬噸甲醇運轉渭河Texaco2開1備6.568030萬噸合成氨運轉淮南Texaco2開1備4.050020萬噸合成氨運轉上海吳涇Texaco3開1備4.050020萬噸甲醇運轉浩良河Texaco2開1備4.0500建設金陵Texaco2開1備4.045萬噸合成氨建設湖北雙環(huán)Shell1臺3.01000建設洞庭Shell1臺3.0150030萬噸合成氨建設柳州Shell1臺3.01500建設神化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兗礦集團國產(chǎn)多噴嘴對置氣流床2臺4.0115024萬噸甲醇建設近20年來我國共引進13臺Texaco氣化爐，國內(nèi)配套完成了局部設計、安裝與操作，積累了豐富的經(jīng)驗。正在建設中的還有浩良河、金陵石化〔棲霞山化肥廠〕兩套Texaco裝置；此外，洞氮、柳州、應城三套Shell裝置正在建設中，神化集團準備引進的Shell裝置已完成可研報告。概括地講，國內(nèi)已運行的大型煤氣化裝置均為引進技術，而且引進的勢頭還在繼續(xù)。國內(nèi)自主知識產(chǎn)權的新型煤氣化示范裝置已在建設之中，一旦成功，將扭轉我國大型煤氣化技術長期依賴進口的局面，為開展我國的潔凈煤技術奠定良好的根底。煤氣化技術未來應該向大規(guī)模、高效〔單爐處理煤量在3000噸/d以上〕的方向開展，這既是以煤氣化為龍頭的大宗化學品制備〔合成氨、甲醇、醋酸〕技術、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)〔IGCC〕發(fā)電技術、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進一步開展的要求，也符合現(xiàn)代化工技術向大型化、單系列開展的總體趨勢。燃機技術的開展燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術特點燃氣輪機主要是根據(jù)布雷頓〔BRAYTON〕循環(huán)原理將燃料的化學能通過透平－發(fā)電機系統(tǒng)轉換為電能。燃氣輪機技術[70]從上個世紀20年代開始進去工業(yè)應用以來，已經(jīng)相當成熟。單循環(huán)燃氣輪機主要采用：先進的壓氣機氣動設計。這主要是借助于不斷開展的計算機技術的廣泛應用以及先進的航空發(fā)動機技術〔如三維設計等〕，因而使得發(fā)電機組的設計更為合理。葉片的冷卻技術。燃機葉片一般采用空心結構，實現(xiàn)葉片內(nèi)部對流冷卻和葉片外表氣膜冷卻相結合，到達降低葉片外表溫度的目的。先進燃機還采用新的蒸汽冷卻技術，使1995年美國GE公司推出的MS9001H型燃機的第一級噴嘴進口燃氣溫度到達1426℃。耐熱合金材料的應用。例如采用定向結晶和單晶高溫合金。在501G型燃機中就采用了定向結晶合金，在美國ATS方案中F/G系列燃機那么采用了單晶鑄造葉片等技術。耐磨和熱障涂層。在定向結晶合金葉片上采用耐磨涂層是一種經(jīng)濟有效的方法，提高了燃氣透平葉片在高溫小運行的可靠性；另外，先進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)都采用以燃氣輪機帶不補燃的余熱鍋爐后續(xù)汽輪機組成聯(lián)合循環(huán)機組。汽輪機一般采用閥門全開狀態(tài)，隨余熱鍋爐滑壓運行。汽輪機動靜部件間隙一般也設計較大以適應快速起停的要求。余熱鍋爐一般采用多壓設計。整個余熱鍋爐多壓設計系統(tǒng)具有較低的熱慣性，使余熱鍋爐能夠適應燃氣輪機快速啟停和快速加減負荷的動態(tài)特性要求。由于綜合了燃氣輪機、汽輪機和余熱鍋爐的特點，燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組具有以下特點：機組效率高。亞臨界、超臨界火電機組效率為40％左右，燃氣輪機單循環(huán)效率也僅為37％左右，但聯(lián)合循環(huán)機組效率可達50％以上，目前最新技術的燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的效率已經(jīng)到達60％。投資少，建設周期短。由于燃機設備體積小，布置緊湊，制造廠家一般采用集裝箱式的設備組裝結構發(fā)貨到現(xiàn)場，因此現(xiàn)場安裝方便，并且機組系統(tǒng)簡單，輔助設備少，能夠在較小的場地、在較短的時間內(nèi)安裝完成，使機組很快地投入運行。運行靈巧性好。燃氣輪機發(fā)電機組啟動快，自動化程度高，調(diào)峰性能特別突出，燃氣輪機一般僅10多分鐘便可并入電網(wǎng)參與負荷調(diào)節(jié)。雖然采用聯(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)保指標好。燃氣輪機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，機組排放NOX低。即使是燃油的機組，其排放相對常規(guī)火電機組也是相當?shù)偷?。系統(tǒng)可靠性高。聯(lián)合循環(huán)機組系統(tǒng)簡單，整體系統(tǒng)維修方便，機組輔機少，維修工作量小。設備數(shù)量的減少有利于機組可靠性的提高。燃氣輪機的開展及主要產(chǎn)品從1939年瑞士推出了世界上第一臺發(fā)電用燃氣輪機后，燃機在發(fā)電領域得到了廣泛應用。20世紀90年代以來，由于聯(lián)合循環(huán)技術的成熟，燃機在發(fā)電領域中得到了迅速開展，至今已成為發(fā)電設備的重要組成局部。20世紀世界燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的開展大致經(jīng)歷了5個階段：60年代開始建設燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠，但當時燃機初溫較低，聯(lián)合循環(huán)效率也較低，只有35％左右。70年代燃機初溫提高到1000℃左右，聯(lián)合循環(huán)效率到達40％～45％，已接近甚至超過大型汽輪發(fā)電機組的效率。80年代100MW等級的燃機投入運行，燃機初溫到達1100～1288℃，排氣溫度到達500～600℃,這使得聯(lián)合循環(huán)效率超過50％.90年代至今,這是燃氣輪機的全面開展階段。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不斷出現(xiàn)，燃機初溫到達了1300℃，單燃機效率就可達36％～38％。單機燃機容量200MW以上的機組已經(jīng)投入正常商業(yè)運行，而且成為目前各大燃機制造商研究和開展的主力機組。特別是近幾年來，燃機的初溫已經(jīng)到達了1500℃，從而使燃氣輪機的開展進入一個新時代。例如，日本三菱公司開發(fā)的具有1500℃初溫的501G燃機已經(jīng)于2001年投入運行。90年代以來，西方各國大力開展低合成氣燃機，即在原機上進行噴嘴和通流局部的改造，以適應IGCC技術的應用。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制造廠家有100多家。根據(jù)100MW以上燃機的主要性能數(shù)據(jù)分析，可以將目前燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組分為3個技術層次。即：普及機組。以GE公司E系列為代表的100MW〔110~190MW〕等級機組,包括SIEMENS/WH公司的E系列、SIEMENS公司的2A系列和ABB公司的GT13等機組。這些機組在國際上已經(jīng)較普及，目前在我國也已有10多臺投入發(fā)電運行。主力機組。以GE公司F系列為代表的200MW〔200~260MW〕等級機組，包括SIEMENS/WH公司的F系列、SIEMENS公司的3A系列、ABB公司的GT26等機組。這些都是目前國際上發(fā)電燃機的主力機組，我國目前有10多個電廠在應用。開展機組。以GE公司G/H系列為代表的300MW〔300MW以上〕等級機組，包括SIEMENS/WH公司的G、H系列等機組。這些機組代表了目前國際燃機的最先進水平，也是燃機的開展方向。特別是H系列機組，在美國國家能源部資助的先進燃機透平系統(tǒng)方案〔ATS〕中也使用了該系列機組。隨著大型先進燃機技術的開展和應用，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的容量和效率得到了較大的開展。表2-3列出了目前典型的大容量燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的種類、出力和效率。由表可見，目前單套燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的容量已經(jīng)到達480MW，效率到達了60%。表2-3主要大型聯(lián)合循環(huán)機組性能[63][70]聯(lián)合循環(huán)機型采用燃機出力/MW效率/%KA26-1GT26393.058.5S109APG9001FA390.856.7S109HPG9001H480.060.0MPCPI〔M501G〕M501G371.158.5MPCPI〔M701G〕M701G484.458.2GUDISV94.3AV94.3A385.557.1我國燃氣輪機發(fā)電技術現(xiàn)狀與展望我國的燃機技術研發(fā)也是比擬早的，特別是航空發(fā)動機所使用的燃氣輪機，電廠燃氣輪機的研制也始于上世紀50年代。但由于國家經(jīng)濟狀況及燃料政策等緣故使其一直開展較慢。我國燃機研發(fā)歷程可以分為4個階段：20世紀60年代我國開始研究和引進技術生產(chǎn)幾MW的燃氣輪機，70年代末80年代初原水電部引進10套MS5000系列、單機容量為20MW級的燃機并投入運行。這可謂是我國燃機開展的第1和第2階段。在此根底上，由國家重點投資的南京汽輪機廠采用引進技術使我國具有了生產(chǎn)MS5000、MS6000系列燃機的能力。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年代開始，隨著我國改革開放、經(jīng)濟迅速開展的需要，燃氣輪機發(fā)電得到了較大開展。尤其在廣東省，先后建成了華能汕頭燃機電廠和深圳月亮灣、珠海洪灣等一批燃機－蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠。這可謂是我國燃機開展的第3階段。90年代是我國燃機發(fā)電的第4階段。燃機發(fā)電不僅在機組容量上大幅增加，而且機組性能水平也不斷提高。以深圳、上海、浙江等地引進的GE公司的PG9000E系列10臺燃機為例，單機容量已達123MW，效率到達33%。隨著國家“西氣東輸〞工程的建設，我國引進一批目前國際上作為主力機組的F級燃機，總裝機容量達8000MW，并都已投入商業(yè)運行。目前我國燃機發(fā)電技術的開展主要是采用中外合資、合作和引進技術消化吸收方式，根本目標是形成國產(chǎn)燃機生產(chǎn)能力，掌握E級特別是F級燃機的制造技術。由此可見，F(xiàn)級的主力燃機機組將是我國未來燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術的主要開展方向。IGCC的技術特點及比擬技術特點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〕和Tampa電站〔1996年投運〕，荷蘭的Buggenum電站〔1994年投運〕和西班牙的Puertollano電站〔1997年投運〕。2.1關鍵技術選擇國外IGCC電站都非常注重關鍵技術的外鄉(xiāng)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，最為關鍵、造價最高的兩個部件是氣化爐和燃氣輪機。在氣化爐的選擇上，WabashRiver電站采用了Destec氣化爐，Tampa電站采用了Texaco氣化爐，這兩種氣化爐均由美國公司設計和生產(chǎn)。而Buggenum和Puertollano分別采用了歐洲的Shell氣化爐和Prenflo氣化爐。在燃氣輪機的選擇上，美國的兩個IGCC電站均采用了美國GE公司的7FA燃氣輪機，而歐洲的兩個示范電站分別采用了德國西門子燃氣輪機V94.2和V94.3[2]?？梢?，在IGCC技術的開展中，外鄉(xiāng)化是決定關鍵技術選擇的重要因素。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、燃氣輪機抽氣顯熱等。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個百分點的影響〕。特別需要指出的是，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。這局部潛熱量大，但品位相對較低，利用比擬困難。如何有效的利用這局部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，提高進入燃氣輪機的合成氣溫度；產(chǎn)生低壓蒸汽，為系統(tǒng)其他過程如脫硫工藝提供蒸汽；預熱鍋爐給水。WabashRiver電站采用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，以提高進入燃氣輪機的燃料溫度[3]。通過這兩種方式的低品位熱量利用，WabashRiver電站的廠用電率控制在11.5%，供電效率到達41%[2][4]。Tampa電站主要采用熱量利用方式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氣，其設計凈效率41.2%。但是，由于潔凈煤氣和回注氮氣加熱器都是用粗煤氣加熱，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〔16%－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，粗煤氣泄漏到潔凈煤氣中去，從而導致燃氣透平被腐蝕和形成積灰[4]。后來，Tampa電站取消了高溫氣/氣換熱器[5]。但是，這并不是否認了氣/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該考慮加熱器布置方式和換熱方式以保證系統(tǒng)平安，比方加熱器采用立式布置方式。氣/氣換熱仍是IGCC電站采用的常規(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電站所采用，且經(jīng)過商業(yè)示范證明了其工程可行性[2][6]。Buggenum電站的供電效率到達了43%，該電站主要采用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〕用于提高進入燃氣輪機的凈合成氣溫度，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，較多的采用了以水為介質(zhì)的二次換熱方式實現(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電站也采用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，如都采用了燃料加濕以降低NOX排放并回收低品位熱量。Puertollano電站采用了上述低品位熱量利用的所有四種方式，即：1〕通過粗合成氣和燃氣輪機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熱廢鍋給水?？梢姡S著IGCC技術的開展，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電站實際供電效率達42.2%[2][4]?？傊?，通過飽和器加濕合成氣并提高合成氣溫度，以及提高進入燃氣輪機的合成氣溫度是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技術的開展，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)也將更加復雜，這對IGCC系統(tǒng)的控制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，采取余熱鍋爐高溫水加熱等主動措施提高燃氣輪機燃料進口溫度是提高IGCC系統(tǒng)效率的重要技術措施。國外四個典型的IGCC電站都將燃燒室進口合成氣溫度提高到了約300℃。而在Tampa電站的設計中，回注氮氣的溫度更是提高到了400℃[7]。2.3空分以及降NOX方式選擇2.3.1空分整體化以及上下壓空分的選擇在IGCC系統(tǒng)中，空分所需壓縮空氣可以從燃氣輪機壓氣機抽取。空分所需壓縮空氣完全從燃氣輪機壓氣機抽取的形式稱為完全整體化空分，而由獨立的空壓機提供空分所需壓縮空氣那么稱為完全獨立空分。介于完全整體化空分和完全獨立空分之間的形式稱為局部整體空分，即空分所需的壓縮空氣局部從燃氣輪機抽取，局部由獨立的空壓機提供?？辗终w化率定義為從燃氣輪機壓氣機抽氣量與空分所需總空氣量之比。與獨立空分相比，整體空分具有幾個突出的優(yōu)點：系統(tǒng)供電效率提高；空分投資降低；燃氣輪機通流問題得到緩解。一般認為，由于大型燃氣輪機的軸流壓氣機具有較高的等熵效率，如現(xiàn)代軸流壓氣機的效率可到達90%或者更高[8]，遠高于空分所采用的離心式空壓機等熵效率〔當前能到達的等熵效率約83%〕，所以從燃氣輪機抽氣替代空分的空壓機可使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投資，從而降低了整個IGCC的投資。另外，現(xiàn)代燃氣輪機一般都是以天然氣為燃料設計的，在改燒中低熱值合成氣后，燃氣流量會顯著增加〔根據(jù)燃料熱值不同，可能增加8-20%以上〕。這給燃機的通流帶來較大的困難。如GE9E燃機在不做調(diào)整的情況下通流裕度約為8%，如果不采取改善通流的措施，燃氣流量的增加可能會引起燃氣輪機壓氣機喘振等危險。而空分整體化可以減少燃氣輪機的燃氣流量，從而改善燃機通流。與完全獨立空分相比，整體空分的缺點也是明顯的：增加了系統(tǒng)起動的難度；增加系統(tǒng)運行控制的難度，降低系統(tǒng)可靠性和可用率；可能會降低系統(tǒng)出力。對完全整體空分，空分只有在燃機先起動并且穩(wěn)定運行后才能啟動，這之前燃機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、空分和燃氣輪機緊密的聯(lián)系在一起，大大增加了系統(tǒng)控制的難度，降低了系統(tǒng)的可靠性和可用率?，F(xiàn)在國際上普遍認為，空分整體化率在30%-50%之間是比擬合理的選擇[8]。此時既能在一定程度上提高系統(tǒng)效率，節(jié)省空分投資以及緩解燃機通流問題，也不會給系統(tǒng)的起動和控制帶來難以克服的困難?？辗终w化率與系統(tǒng)出力的關系較為復雜。一般認為，燃氣輪機壓氣機抽取局部空氣以后，去往燃燒室的空氣量減小，進而會造成燃氣量的減小和系統(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，如燃氣輪機通流能力和軸系強度的限制。改燒合成氣后，燃氣流量有顯著的提高，但是燃氣輪機壓氣機的喘振裕度和燃機軸系的強度等要求使得燃氣輪機出力的增加受到限制。以FosterWheeler對氮回注方式下的燃機出力、系統(tǒng)效率與空分整體化的關系的分析為例[9]，假設GE9FA燃氣輪機的最大輸出功為286MW，通過調(diào)整IGV角度和燃機抽氣的措施緩解燃機通流問題。計算結果如圖1所示。在燃機抽氣量較小的時候，燃機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，當燃機抽氣量增加到一定程度以后，燃機不再需要通過調(diào)整IGV改善通流，這種情況下，燃機輸出功和系統(tǒng)凈輸出功都會隨燃機抽氣量的增加而減少。圖2-4 IGCC系統(tǒng)性能與空分整體化率的關系空分按照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氣/氧氣壓力略高于環(huán)境壓力的空分；高壓空分那么是指操作壓力較高，而所產(chǎn)生的氮氣壓力也相應較高的空分[10]。一般來講，低壓空分不宜與氮氣回注同時采用，因為低壓空分產(chǎn)生的氮氣壓力與環(huán)境壓力接近〔略高于0.1MPa〕，壓縮這局部氮氣需要消耗大量的功，導致廠用電率增加，對某200MW級IGCC的研究說明，在低壓空分的情況下采用氮氣回注可能會降低系統(tǒng)效率1-2個百分點。而高壓空分所產(chǎn)生的氮氣約為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氣的時候，一般選擇高壓空分，高壓空分與氮氣回注結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用。由于現(xiàn)代重型燃氣輪機一般都具有較高的壓比〔如GEPG9171E燃氣輪機壓比為12.3，GELM6000燃氣輪機壓比為29.8〕，使得燃機抽氣壓力高于低壓空分的操作壓力。燃氣輪機抽氣壓力與空分壓力的不匹配會造成壓縮功的損失。對某采用E級燃氣輪機和低壓空分的IGCC系統(tǒng)分析說明，如果采用完全整體空分而不增加膨脹透平回收壓縮功，其系統(tǒng)效率會比完全獨立空分低0.8個百分點。但是，通過膨脹透平回收局部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，可結合燃機通流和降NOX方式以及系統(tǒng)可靠性等因素綜合考慮采用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；氮氣回注。圖2-5 水蒸氣與氮氣稀釋降NOX效果比擬圖與氮氣相比，水蒸氣有很好的降NOX效果，水蒸汽與氮氣降NOX的效果比擬如圖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，會在一定程度上降低系統(tǒng)效率。氮氣回注分為兩種，一是氮氣加壓以后與燃料摻混，二是加壓氮氣直接回注燃燒室回流區(qū)。與第一種氮回注相比，直接回注燃燒室所需的氮氣壓力較低〔如對某F級燃氣輪機，回注燃燒室需要1.6MPa的氮氣，而與燃料摻混那么要求氮氣壓力高于2.4MPa〕，能夠節(jié)省氮壓機的耗功，但是其降NOX效果比氮氣與合成氣摻混要差。大量氮氣回注會大大增加燃氣輪機的燃氣流量，需要燃機采取相應的措施以增強通流能力。從國外IGCC電站的經(jīng)驗來看，燃料濕化和氮氣回注是IGCC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將NOX降低到10mg/Nm3〔vol.16%@O2，以下同〕以下，遠低于常規(guī)天然氣聯(lián)合循環(huán)的排放標準。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方式和燃氣輪機通流調(diào)整措施緊密相關。WabashRiver電站采取燃料濕化和注蒸汽的方式降NOX，氮氣不回注，其NOx排放為33-41mg/Nm3。由于不需要回注氮氣，為了降低廠用電率，選擇了低壓空分，并且為了保證系統(tǒng)的可靠性采取了完全獨立空分。同時通過關小壓氣機進口導葉、調(diào)整透平靜葉安裝角和適當降低燃氣輪機初溫等方式提高燃氣輪機的通流能力。Tampa電站采用氮氣回注的方式降NOX，空分所得的氮氣全部回注燃氣輪機燃燒室，其NOX排放為33-41mg/Nm3。大量氮氣回注會顯著增加系統(tǒng)出力，但是也對燃機通流能力提出了較高的要求，Tampa電站采用的是GE7FA燃氣輪機，通過關小壓氣機進口導葉、調(diào)整透平靜葉安裝角和適當降低燃氣輪機初溫的方式，使透平通流能力增大16%-18%。再加上燃機本身的裕度，能夠滿足通流的要求[13]。Buggenum電站和Puertollano電站都采取了燃料濕化和氮氣回注相結合的方法?？辗炙玫獨饨?jīng)過加壓，與凈燃料氣摻混以后進入燃氣輪機燃燒室〔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，空分應該采用高壓的形式以配合氮氣回注。而大量氮氣回注必然要求燃機采取相應的增加通流能力的措施。與美國的兩個IGCC電站不同，Buggenum和Puertollano電站沒有對壓氣機或者透平進行調(diào)整，而是通過系統(tǒng)集成，即完全整體空分來適應燃氣流量的增加，同時通過空分整體化提高了系統(tǒng)效率。但是，Buggenum的實踐說明，完全整體空分大大增加了系統(tǒng)起動和控制的難度，所以后來又為空分增加了一個容量50%的獨立空壓機用于空分的起動，待到起動完成以后再逐漸切換到完全整體空分運行。Puertollano電站吸收了這一點經(jīng)驗，在設計時就考慮了一個容量50%的空壓機作為起動使用。IGCC技術與粉煤發(fā)電技術的比擬目前，我國一次能源消費總量中60%以上來自煤炭，我國電力工業(yè)的開展仍將以燃煤發(fā)電機組為主。世界能源委員會的研究報告指出，對于主要煤炭消費國來說，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，預計到2030年，全球約72%的發(fā)電將使用潔凈煤技術。IGCC發(fā)電的主要技術是利用煤〔或渣油、石油焦等〕作為燃料，通過氣化爐將其轉化為煤氣，并經(jīng)除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為潔凈的煤氣供給燃氣輪機燃燒做功。燃氣輪機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，帶動蒸汽輪機發(fā)電，從而實現(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)電技術有機地結合在一起，與粉煤發(fā)電技術相比具有高效率、清潔、節(jié)水、適應燃料性廣，易于實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點。高效率發(fā)電目前，300MW亞臨界機組的發(fā)電效率約為41.2%，供電效率約為38.3%；600MW超臨界機組的發(fā)電效率約為43.4%，供電效率約為40.8%。200MWIGCC機組的發(fā)電效率約為48.2%，供電效率約為40.66%?？梢?00MWIGCC機組的供電效率遠高于300MW亞臨界機組的供電效率，而與600MW超臨界機組的供電效率大致相當。IGCC發(fā)電機組與常規(guī)燃煤機組的效率比擬見表2-6。從表中還可以看出，當采用F級燃機的IGCC機組〔容量為400MW〕時，其發(fā)電效率約為52%，供電效率約44.2%，高于1000MW超超臨界機組的供電效率。表2-6電站效率比擬表工程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)電標煤耗g/kWh254.86236.2298283.1275.3270供電標煤耗g/kWh302.11277.9320.4301.1291.8284.3清潔綠色能源IGCC采用合成煤氣“燃燒前脫除污染物〞技術，保證進入燃機燃燒室的燃料是“潔凈〞的。由于合成煤氣氣流流量小〔通常為同容量常規(guī)燃煤機組尾部煙氣量的1/10〕，非常方便污染因子的處理。合成煤氣采用NHD脫硫裝置，其脫硫效率即可達99%，并可回收高純度液態(tài)硫，排入大氣的SO2可控制在幾mg/m3之內(nèi)，而煤機在400mg/m3左右；合成煤氣經(jīng)常規(guī)濕法除塵后的粉塵排放根本為零，煤機在50mg/m3；燃氣輪機采用煤氣濕飽和技術和/或在余熱鍋爐中加裝SCR等方式，可將NOX的排放控制在80mg/m3以內(nèi)，而煤機在650mg/m3。對煤種有較強的適應性?？蛇m燒各種煤,包括高硫煤，這是其他技術所不能的。節(jié)約用水由于聯(lián)合循環(huán)中蒸汽循環(huán)局部約占總發(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)煤電機組的1/2～2/3左右。CO2捕捉全球氣候變暖是當前和未來人們最為關注的熱點和難點之一，2024年2月16日，?京都議定書?開始生效，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。作為開展中國家，中國現(xiàn)階段沒有CO2等6種溫室氣體的減排任務。但是，一個不容無視的事實是，我國目前溫室氣體CO2排放量已經(jīng)位居世界第二，預測說明，到2024年前后，我國CO2排放量將超過美國，居世界第一。IGCC產(chǎn)生的燃氣通過變換模塊，可使燃氣中的CO全部變換為CO2及H2。其中的CO2利用目前成熟的技術〔如低溫甲醇洗技術〕，可以全部捕捉。相比常規(guī)燃煤機組的CO2捕捉，本錢低廉，可以說是目前最具競爭力的CO2捕捉技術。當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。為城市公共交通提供氫源IGCC氣化爐產(chǎn)生的燃氣中富含H2。通過加裝變換模塊，可使局部燃氣變換產(chǎn)生純氫。為未來杭州市的城市交通提供清潔、廉價的氫源，具有良好的社會效益和環(huán)保效益。IGCC技術的開展趨勢步入21世紀的世界電力工業(yè)，面臨著電力需求的持續(xù)增長、環(huán)保法規(guī)日益嚴格、資源越趨短缺的嚴峻挑戰(zhàn)。各國都在積極尋求高效率、低污染的發(fā)電方式，以適應資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)持續(xù)開展的要求。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的發(fā)電方式。因而開發(fā)和采用潔凈煤發(fā)電技術已經(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，特別是低本錢解決CO2的減排，到達污染物的近零排放，是最有開展前途的潔凈煤發(fā)電技術。在世界范圍內(nèi)，IGCC技術的開展經(jīng)歷了概念性驗證階段和商業(yè)示范階段，正在走向商業(yè)化應用。從IGCC技術開展的角度看，美國能源部的有關研究機構根據(jù)IGCC系統(tǒng)中各項主要技術的開展水平，將IGCC技術的開展分成三個階段：第一代IGCC技術以八十年代中期建成的CoolWater電站為代表，采用水煤漿供料的氣流床氣化，濕法常溫凈化工藝，較低溫度的燃氣輪機和單壓的蒸汽系統(tǒng)，蒸汽參數(shù)也相應較低。因此，機組的供電效率僅31.2%〔HHV〕。第二代IGCC技術以九十年代初、中期建成的美國Tampa電站和荷蘭Buggenum電站為代表。這兩座電站分別采用了水煤漿供料和干煤粉供料，濕法常溫的煤氣凈化工藝配合一定程度的干法凈化，采用了更先進的燃氣輪機和多壓的蒸汽系統(tǒng)，再熱式汽輪機。此外在合成氣顯熱回收、空分裝置的配置〔整體化程度、氮氣回注〕等方面進行了優(yōu)化。最終使這兩座電站的供電效率分別到達41%和43%。在九十年代其他各國設計和建造的IGCC電站原那么上均屬于第二代技術。第三代IGCC技術的特點主要表達在：①針對IGCC開展的需要，研發(fā)新型氣化爐及氣化工藝，進一步提高氣化爐燃料適應性、可用率和轉換效率，從而提高IGCC裝置的凈效率。②采用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采用更加先進的燃氣輪機。自八十年代后期以來，燃氣輪機技術開展非常快，隨著葉片材料和冷卻技術的改進，透平煙氣初溫不斷提高。美國ATS方案中GE公司的H系列燃氣輪機透平煙氣初溫將達1427℃，單機容量也將進一步加大，歐洲也在研制相應等級的燃氣輪機。采用這類燃氣輪機的IGCC裝置凈效率可超過52％，同時采用更先進的燃燒技術，使NOX的排放進一步降低。④采用更高參數(shù)和更為優(yōu)化的蒸汽系統(tǒng)。采用多壓的余熱鍋爐和再熱式蒸汽輪機，將使IGCC系統(tǒng)的蒸汽局部的參數(shù)得到更好的優(yōu)化，提高整體能源利用效率。通過上述各項改進措施，第三代IGCC無論在技術性能和經(jīng)濟指標上都將大大提高。美國已經(jīng)進入第三代IGCC技術的設計階段。上面已講過IGCC發(fā)電技術的開展階段，從技術上講屬于第二代技術；從工程應用上講，正在從商業(yè)示范走向商業(yè)應用。IGCC發(fā)電技術的開展方向是：第二代技術的完善與提高以及向第三代技術過渡，實現(xiàn)商業(yè)化應用；IGCC與多聯(lián)產(chǎn)的聯(lián)合運行，可提高IGCC與多聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟性。這些技術的開展，使IGCC發(fā)電技術到達更高水平。目前IGCC發(fā)電技術的研發(fā)重點主要有：①IGCC機組大型化與商業(yè)化以大型燃氣輪機、氣化爐容量與其相匹配為代表的IGCC發(fā)電技術的開展將推動產(chǎn)品批量化，而產(chǎn)品批量、商業(yè)化生產(chǎn)又將降低機組比投資，有利于IGCC機組的推廣應用。②研制開發(fā)更先進的燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中，燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)局部的效率起著決定性影響。根據(jù)預測，如果燃氣輪機透平煙氣初溫接近1600℃并采用多級燃燒，底部循環(huán)采用卡林那循環(huán)，聯(lián)合循環(huán)的凈效率有可能到達65%～70%，以這種聯(lián)合循環(huán)為根底的IGCC電站凈效率有可能到達55%～60%。開發(fā)更新的IGCC發(fā)電技術。如將IGCC與濕空氣透平相結合，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發(fā)電機組及其相關系統(tǒng)、設備，使系統(tǒng)簡化、效率更高，并節(jié)省投資費用。③開展改進煤氣化和空分技術繼續(xù)開展空氣氣化技術。空氣作氣化劑由于沒有空分系統(tǒng)，將簡化系統(tǒng)并使廠用電顯著降低。為提高冷煤氣效率，可對氣化用空氣進行預熱。目前采用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)模的示范運行研究，逐步推廣應用并有足夠的競爭力。改進和開展現(xiàn)有的煤氣化工藝。如提高性能、可靠性和延長使用壽命；開發(fā)高溫測試設備使氣化爐在最正確狀態(tài)下運行；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)先進的傳輸式煤氣化爐，進一步提高碳轉化率和冷煤氣效率，目前已進行這種氣化爐的調(diào)試?？辗窒到y(tǒng)方面的研究主要包括：提高空分系統(tǒng)的負荷跟蹤能力；提高空分系統(tǒng)的平安可靠性，如內(nèi)壓縮流程；離子傳輸膜技術的研究，可使空分系統(tǒng)的價格降低并使廠用電降低。④先進的合成氣凈化技術高溫合成氣凈化，目標是500℃～600℃的高溫除塵和脫硫，使IGCC的效率提高1～2個百分點，同時可簡化系統(tǒng)、降低建設投資。進行合成氣超凈化，以便供給燃料電池使用，把燃料電池與IGCC結合起來，進一步提高效率。⑤系統(tǒng)優(yōu)化技術IGCC系統(tǒng)比擬復雜、集成度高，在優(yōu)化系統(tǒng)提高效率方面有比擬大的潛力。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可靠性等。如空分系統(tǒng)整體化程度的選擇還要考慮系統(tǒng)的運行和自動控制。在有些情況下，系統(tǒng)可進行必要的簡化。⑥提高IGCC系統(tǒng)的運行性能提高各部件和系統(tǒng)的運行可靠性。提高負荷跟蹤能力與負荷適應性。⑦多聯(lián)產(chǎn)和綜合利用技術IGCC可以實現(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別離技術IGCC采用將煤氣化而不是完全燃燒，只需對合成氣中CO2進行別離。在常規(guī)IGCC中采用CO2別離技術。88％的CO2可被別離提取。于常規(guī)IGCC相比，凈效率減少6.5個百分點。比投資增加10％。國內(nèi)開展現(xiàn)狀與技術根底①氣化工藝國內(nèi)一些研究機構對氣化爐的研究開展較早，特別是固定床和流化床的研究，氣化爐燒嘴、耐火材料等方面的研究取得了一定的進展，有些已應用于工程工程。煤氣化技術是潔凈煤技術的共性核心技術?！笆濞暺陂g，華東理工大學建成多噴嘴對置式水煤漿氣化關鍵技術研究平臺，開發(fā)了四噴嘴1000t/d級的新型水煤漿氣化技術，并進行了示范，運行說明：有效氣CO+H2≥82％，碳轉化率≥98%。到達了水煤漿氣化的國際先進水平。“十五〞期間，西安熱工研究院聯(lián)合國內(nèi)多家單位共同開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的兩段式干煤粉加壓氣化技術，進行了24t/d中試研究。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)實驗后硫容在15%以上的占64%，脫硫活性根本穩(wěn)定；經(jīng)過冷態(tài)流態(tài)化磨損實驗后，其磨損率<5%。設計并建成了新型高溫煤氣凈化試驗裝置，完成了真實煤氣的試驗。在一定條件下，出口硫化物濃度<20mg/Nm3，到達>99%的脫硫效率。復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、靜電促進提高除塵效率等方面關鍵技術的研究；建立了煤氣處理量450Nm3/h的帶靜電促進的移動床顆粒層過濾器試驗裝置；完成了煤氣處理量6000Nm3/h的帶靜電促進的移動床顆粒層過濾器的技術設計；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)顯示研究。常溫凈化系統(tǒng)技術開展成熟，應用廣泛，設備完全可以實現(xiàn)國產(chǎn)化。國內(nèi)石油、化工、電力行業(yè)采用常規(guī)除塵和脫硫也有相當長的歷史。在高溫凈化方面，國內(nèi)一些研究機構也已開展了多種形式的試驗研究，并取得一定的進展，但尚未工業(yè)化。③聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成及合成氣燃機技術中國科學院工程熱物理研究所建立了發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化集成設計平臺，根本形成了具有自主知識產(chǎn)權的發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)設計技術；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)第一個重型燃氣輪機合成氣燃燒室中壓全尺寸試驗臺，燃燒室熱功率2MW；完成了36MW燃氣輪機燃燒室的改造設計和1/6流量模擬試驗驗證；初步建立了煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的仿真控制系統(tǒng)實驗平臺，為聯(lián)產(chǎn)關鍵技術的研發(fā)提供了試驗平臺。這些研究成果已用于兗礦集團有限公司的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。南京汽輪機廠與美國GE公司合作，生產(chǎn)的MS6000、MS9001系列的燃氣輪機，目前關鍵部件如壓氣機、轉子、葉片等還需進口。哈汽、上汽、東汽等制造企業(yè)也采用相同方式，與國外廠家進行聯(lián)合生產(chǎn)制造。余熱鍋爐、蒸汽輪機及發(fā)電機我國能進行設計制造。杭州鍋爐廠等制造企業(yè)已經(jīng)設計制造了燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的余熱鍋爐，并投入使用。④大型空分設備空分裝置的主要設備有空壓機、冷箱、氧壓機、氮壓機等。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)。杭州制氧機集團公司可以生產(chǎn)用于IGCC的大型空分設備。對于組成IGCC的氣化、低溫凈化、空分等單元設備已具備制造根底，可作為我國燃煤機組的更新?lián)Q代技術。⑤IGCC電站設計集成與動態(tài)特性從“九五〞開始，我國電力部門與研究單位進行了IGCC電站的設計選型研究工作，對國外已經(jīng)運行的IGCC電站進行了詳細的研究，形成了我國IGCC電站系統(tǒng)選擇技術。研究了IGCC實時仿真裝置，對機組啟停、正常運行、異常和故障運行工況等過程進行了仿真。初步為我國IGCC示范電站工程的設計、建設和運行提供了思路。⑥十五“863〞示范工程情況兗礦集團有限公司的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)示范廠已投入運行，示范工程總投資26.8億。示范工程所開發(fā)的技術及積累的經(jīng)驗將為未來聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)技術的開發(fā)、設計以及大規(guī)模推廣應用提供相關的技術支撐及經(jīng)驗?！笆晃濞?63示范工程--浙江半山IGCC發(fā)電示范工程企業(yè)根本情況簡介半山發(fā)電有限公司2臺50MW燃煤機組于七十年代中期投產(chǎn)，2024年6月退役；三、四期工程各1臺125MW燃煤機組，分別于1984年和1996年投產(chǎn)。天然氣發(fā)電工程3套109FA燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組〔裝機容量為3×390MW〕均于2024年投產(chǎn)杭州華電半山發(fā)電有限公司一期1臺12MW燃煤機組于1958年投產(chǎn)，目前已撤除。浙江半山IGCC發(fā)電示范工程的建設地點位于老廠東區(qū)，系利用撤除的老廠一期1臺12MW機組和二期2臺50MW機組的建設場地。工程背景本工程是國家“十一五〞863重大工程“200MW級IGCC關鍵技術研究開發(fā)與工業(yè)示范〞研究課題的依托工程。按科技部下發(fā)的課題立項通知，本示范工程裝機容量為200MW級，其中，燃機采用E級重型燃機，出力約121MW(年平均工況)，汽機采用高壓再熱汽輪機，出力約107MW，整套IGCC發(fā)電機組的總出力約228MW(年平均工況)。本工程建設場地的東側為2臺125MW機組，可在其退役后撤除利用該局部場地再擴建一套400MW級IGCC發(fā)電機組。工程簡介系統(tǒng)整體配置與參數(shù)優(yōu)化以開發(fā)和建設200MW等級的IGCC發(fā)電技術為目標，將IGCC發(fā)電系統(tǒng)劃分成氣化島、燃機島和與IGCC相適應的模塊配套島三個島進行研究開發(fā)。氣化島內(nèi)主要設備包括：空分裝置、氣化原料制備裝置、氣化爐、輻射和對流廢鍋、凈化裝置等。燃機島內(nèi)主要設備包括：燃氣輪機和余熱鍋爐等。與IGCC相適應的模塊配套島內(nèi)的主要設備包括：蒸汽輪機及配套系統(tǒng)等。在繼承和開展現(xiàn)有單元技術根底上，特別是繼承十五“863〞氣化、合成氣燃機技術，著重解決三個島中的關鍵技術及關鍵工藝，以形成島的模塊化技術。在此根底上完成系統(tǒng)的整體配置及參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)IGCC發(fā)電機組的可靠、經(jīng)濟運行。氣化島模塊技術，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，煤在一定的溫度和壓力下被轉化為合成氣的過程。從反響工藝的角度看，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，將煤中的碳轉化為CO、H2、CH4等有效成分，煤氣中必然還會有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，也使全廠的設計趨于簡單。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。加壓氣化爐反響器是氣化島的核心，也是影響性能的關鍵所在。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行，其反響速度迅速增加，碳的轉化率和氣化爐的出力也大大提高。從化學反響動力學推出的最正確氣化溫度約在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，回收非常困難，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，一般運行溫度維持在灰熔點以上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的關鍵問題。氣化爐開展的目標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，在高溫和高壓下運行必然能提高出力，氣流床氣化爐在高溫和高壓下運行，其單爐出力目前也是最大的，可以到達2500t/d。當然，對于有耐火磚的氣化爐，在高溫下運行那么必須延長耐火層的壽命，否那么在電力行業(yè)應用將會受到一定的限制。至于選擇多高的溫度和壓力，要根據(jù)整個系統(tǒng)的要求及經(jīng)濟性分析而定。對于一個具體的氣化爐，除了技術因素之外，其容量有時也受制造和運輸條件的限制，對于IGCC應用的氣化爐，受限制的主要是輻射廢鍋和對流廢鍋。③氣化爐的負荷跟蹤特性能夠在局部負荷下運行，并能很好的跟蹤負荷的變化，而氣化爐的效率不至于下降很多，這對于電力生產(chǎn)非常重要。在負荷變化時，氧氣和煤量能夠迅速準確地調(diào)節(jié)，是保證整個機組運行穩(wěn)定的前提。盡管空分系統(tǒng)的變負荷能力較差，假設有一定的儲存能力，那么可以解決這一問題，氧氣可迅速跟蹤負荷變化。相比之下，煤量跟蹤負荷相對較困難。當負荷變化時，為了保證火焰的穩(wěn)定，氧碳比必須操作得很準確，這就要求氧氣和煤量同時調(diào)節(jié)，并且要十分準確。根據(jù)氣流床的特點，采用水煤漿供料，系統(tǒng)簡單，容易控制；而準確的干煤粉加壓送料系統(tǒng)復雜。④供煤系統(tǒng)供煤系統(tǒng)直接影響氣化爐負荷的跟蹤能力，因此多項選擇擇水煤漿進料，以獲得較高的變負荷率。特別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，采用水煤漿進料在運行的平安性、壓力變化特性、運行可靠性等方面有一定的優(yōu)勢。干法進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，目前多采用螺旋給料機進行壓力輸送。水煤漿進料與干法進料相比，組成IGCC的總效率要低1.5～2.5個百分點，其中最主要的差異是將水煤漿中過量的水氣化的這局部潛熱，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。特別是它對空氣系統(tǒng)的耗功有決定性的影響。在目前的大型IGCC機組中普遍采用富氧氣化的氣流床氣化工藝，為此IGCC電站專門設置空氣別離裝置以向氣化爐提供高純度的氧氣。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備，以降低NOX的生成。IGCC的空分裝置均采用傳統(tǒng)的氣體低溫別離技術。IGCC的空分系統(tǒng)配置方式有三種：獨立空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣由一個單獨的空氣壓縮機提供；整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣全部來自燃氣輪機的壓氣機出口；局部整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣一局部來自燃氣輪機的壓氣機出口，另一局部由單獨的空氣壓縮機供給。整體化空分系統(tǒng)的IGCC供電效率最高；可防止對燃氣透平和壓氣機作較大的改造；降低IGCC電站比投資約1%；運行和控制方面難度較大，其靈巧性和平安性不及獨立空分系統(tǒng)的IGCC機組?？辗止に嚵鞒痰倪x擇，以及空分裝置與燃氣輪機系統(tǒng)的合理連接方式，對IGCC的供電效率、比投資費用，乃至整個機組的運行靈巧性和可靠性都有很大的影響?？辗盅b置涉及低溫技術，在運行方式和啟停過程中有其特殊性，而且低溫技術本身還會帶來平安性問題，這些都應當在設計中予以全面考慮和解決。⑥氣化工藝IGCC采用氣流床氣化工藝：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。根據(jù)氣化技術開展現(xiàn)狀，針對我國200MW～400MWIGCC示范工程，應首選氧氣氣化的氣流床氣化工藝，以水煤漿進料氣化爐或者干粉進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)很復雜，它可以以各種形式分布在從煤氣化爐出口至燃氣輪機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局部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，也可采用高溫粗煤氣激冷降溫，高溫高壓冷卻水閃蒸回收熱量方案。根據(jù)Texaco公司計算，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，采用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矛盾，也可以采取只要對鍋或輻鍋，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可少。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)對燃氣輪機及后續(xù)的其它系統(tǒng)有腐蝕和磨損的危害，為了使IGCC機組正常運行并到達較高的可靠性，必須在合成氣進入燃氣輪機之前，對其進行凈化處理。與常規(guī)燃煤電站對煙氣進行凈化相比，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，到達的凈化效率也較高，這是IGCC在凈化方面的優(yōu)越性。除塵系統(tǒng)的運行溫度一般約為250℃～370℃，可采用干法過濾除塵。并為水洗除塵裝置