整体煤气化联合循环发电
IGCC技术发展现状概述
IGCC技术发展现状概述摘要：IGCC是一种新型、高效的洁净煤发电技术具有高效、洁净、节水、燃料适应性广等特点。
本文对IGCC发电技术的特点、流程、关键设备与制约因素等进行了论述。
关键词：IGCC 煤气化联合循环发展概况1. 概述IGCC (Intergraded Gasification Combined Cycle)即整体煤气化联合循环发电,它是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。
IGCC发电系统把环境友好的煤气化技术与高效的燃气蒸汽联合循环发电技术相结合，实现了煤炭资源的高效、洁净利用，具有高效、洁净、节水、燃料适应性广、易于实现多联产等优点，并且与未来二氧化碳近零排放、氢能经济长远可持续发展目标相容，是21世纪洁净煤发电技术的重要发展方向之一。
它主要由煤的气化与净化部分(气化炉、空分装置、煤气净化设备)与燃气-蒸汽联合循环发电部分(燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统)组成。
典型的IGCC发电系统如图1所示,IGCC的工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后进入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体工质以驱动燃气轮机作功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功的联合循环过程。
图1 典型IGCC发电系统图2. IGCC技术优点2.1 供电效率高IGCC电厂将煤气化与高效的联合循环发电技术有机结合起来,实现了能量的梯级利用,极大地提高了燃煤技术的发电效率。
目前,国际上运行的商业化IGCC电站的供电净效率最高已达到43%,比常规亚临界燃煤电站效率高5%~7%,与超超临界机组供电效率相当。
随着燃气轮机的发展,由G,H级组成的IGCC供电效率可以达到52%。
2.2 环保特性好IGCC电厂对合成煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术,合成煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10),便于处理。
日本整体煤气化联合循环发电的研究近况
司、 电源 开发公 司及 电力 中央 研 究所 共 同成 立 了
煤 炭 气 化 复 合 发 电 技 术 研 究 组 ， 受 新 能 源 与 工 接
蒸 汽涡轮 机 的复合 发 电系统 。由于 Ｌ ＮＧ 涡 轮机
高 温化技 术 的应 用 ， 在商用 化 阶段 ， 使热效 率达 能
业 技术 综 合 研 究 机 构 的委 托 ， 进行 ２ ５Ｍｗ 空 气
适 合 性 转 。 经 济 性 发 电 原 价 预 料 能取 得 和煤 粉 发 电 同 样 的水 平 以下
率提 高 的“ 空气 喷 吹气 化 方 式 ” 与现 有 的 煤 粉火 ； 力发 电方 式 比较 ，ＧＣ Ｉ Ｃ在 商 用 阶 段 的 发 电效 率
能提 高 ２成 ， 有效 提 高 了煤 炭利 用 。
同 出资 成立 了“ 洁煤 电力 研 究 所” ２ ０ 年 起 在 清 ，０ ６
福 岛县 长盘 共 同火 力公 司 的物来发 电站 结构 范 围 内建设 Ｉ Ｃ的实 证机 ， ＧＣ 计划 于 ２ ０ ０ ８年开 始运 转 试验 ， 围绕 商用机 进 行 的实证 试 验 中 的任务 目标
如 表 １所 示 。
表 １ 实 证 设 备 任 务 的 最 终 目标
ｌ 引 言
整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 （ ｎｅ ｒｔｄ ｃ ａ Ｉｔｇ ａｅ ｏ ｌ
Ｇａｔ ｉ ｔ ｎＣ ｍｂｅ ｅ ｙ ｌ， Ｃ） 开 发 ， ｓｉ ｃ ｉ ｏ ｉｎ ｄＣ ｃｅＩ ｆａｏ ＧＣ 的 在
指
标
目
标
可靠 性 预 料 达 到 年 利 用率 在 ７ 以上 Ｏ
热 效 率 送 电 端 效 率 约 ４ ％左 右 （ ２ ＬＨＶ）
Ｓ Ｏｘ： ／ （ ６ 氧换 算 ） ８ｍｇ Ｌ １ ％
华能集团建成整体煤气化联合循环发电示范电站
相应的防范措施和对策 ， 不断提高故障处理能力， 从 而避免 大量重 复事 故的发 生 。
参 考文献
［ １ ］杨家兵 ； 常减压蒸馏装置减压塔 填料运行故 障原因分析及 处理 对策口］ ； 石油化工设备技术 ； ２ ０ １ １ 年Ｏ ３ 期． ［ ２ ］曲喜 双， 刘超 ， 曲照彤 ； 原油蒸馏 的火灾危 险性 分析及预 防措施 口］ ； 辽宁化工 ； ２ ０ １ １ 年Ｏ ７ 期．
减压真空喷射器蒸气阀 ， 关闭二级抽空冷凝器放空 阀。注意此阀， 切勿打开 ， 以防倒人空气造成减压塔 爆 炸 。减压塔 吹人蒸 气 至常压 不要超 压 。 （ ５ ） 其他 按紧急 停工处 理 。
３ 结语
而随着 近 几 年装 置改 造 和扩 建 ， 以及工 作 人 员 的老化和更新 ， 部分职工对新的知识掌握度不够， 便 容易出现了很多不应该发生的事故。因此 ， 一方面 应及时整合 日常运行 中一些故障的现象及解决 的过 程， 以对类似系统的应用提供参考； 另一方面应采取
四川化 工
第１ ６卷
２ ０ １ ３年 第 ３期
（ ２ ） 若瞬间停 电。来 电后 ， 则 需首先启动塔底
泵， 以防炉 管结焦 。然后 启 动原油 泵 ， 回流泵 及其它
机泵， 电脱盐送上 电。生产特种产 品时 ， 要请示调 度， 将其转入普通产 品罐 ， 同时要 注意冷却水， 蒸气 及净化风的压力变化 ， 注意塔和容器的界液位 ， 逐步 恢复正常操作条件。
Ｍａ Ｆｅ ｉ
（ Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ｌ ｌ ａ ｇ ｅ ，Ｊ ｉ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ １ ２ １ ０ ０ １ ，Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
IGCC
三、IGCC未来 IGCC未来
（5）美国 ）美国Mesaba IGCC项目 项目 （6）加拿大 ）加拿大Alberta EPCOR IGCC＋CCS示范 ＋ 示范 项目 （7）英国 ）英国Centrica Teesside IGCC项目 项目
三、IGCC未来 IGCC未来
（8）英国 ）英国Powerfuel HatField IGCC项目 项目
（9）德国 ）德国RWE Zero－IGCC项目 － 项目
（10）韩国 ）韩国Taean IGCC NO.1示范项目 示范项目
三、IGCC未来 IGCC未来
LOGO
二、IGCC发展及现状 IGCC发展及现状
二、IGCC发展及现状 IGCC发展及现状
IGCC研究 开发 (70’S)
IGCC试验 验证3639%(80’S)
IGCC商业 示范4045%(90’S)
IGCC应用 与发展4550%(00’S)
二、IGCC发展及现状 IGCC发展及现状
四座大容量商业 示范电站
一、IGCC概述 IGCC概述
一、IGCC概述 IGCC概述
一、IGCC概述 IGCC概述
2、IGCC 工艺流程 、 煤的气化： 煤经气化成为中低热值煤气。 煤的气化： 煤经气化成为中低热值煤气。 煤气的净化：煤气经过净化，除去硫化物、 煤气的净化：煤气经过净化，除去硫化物、氮化 粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料。 物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料。 燃气轮机发电：送入燃气轮机的燃烧室燃烧， 燃气轮机发电：送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加 热气体工质以驱动燃气轮机作功。 热气体工质以驱动燃气轮机作功。 蒸汽轮机发电： 蒸汽轮机发电：燃气轮机排气进入余热锅炉加热 给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。 给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
IGCC
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二、我国发展IGCC的必要性
1. 能源结构以煤为主
我国能源消费结构特点， 原油 造成了环境污染严重、 22.71% 能源效率低等多方面问题。
天然气 水电 2.82% 7.35%
煤炭 67.12%
2003年中国能源消费结构
中国一次能源结构
1% 6% 25%
能源消费结构源于我国能源 资源的自然条件和开发利用 水平。
为气化炉提供氧气 为输煤系统/燃气 轮机提供氮气
制氧空分系统技术已经成熟。 空分系统同整个电站的整合，以及如何降低空分系统造价，降 低空分系统能耗是需要进一步研究的问题。
三、IGCC系统中的主要设备 4、燃气轮机
燃气轮机主要是利用燃 料的燃烧，把化学能转 变成热能，燃烧后的高 温高压气体膨胀做功驱 动透平运转，从而带动 电机发电。 701F航改机 MS7001F
排气
西门子燃气轮机系列
西门子主要燃气轮机产品
燃气轮机型号 电网频率，Hz 进气温度，℃ 压比 排气流量，kg/s 排气温度，℃ 燃气轮机功率，MW 燃气轮机效率，% 联合循环效率，% SGT-1000F SGT6-2000E SGT6-4000F SGT5-2000E SGT5-3000E SGT5-4000F 50/60 1190 16.2 192 571 69 36.5 54.0 60 1060 11.0 360 544 109 34.0 51.9 60 1230 16.9 457 582 185 38.8 57.7 50 1060 11.1 519 540 159 34.5 52.3 50 1161 14.0 532 573 190 36.4 55.6 50 1230 16.9 659 582 268 39.0 57.7
整体煤气化联合循环-IGCC技术综述
１ 工 艺及流 程简 介
１１ 组成 部 分 及 设 备 ．
（） ５ 可以进行煤炭资源综合利用 ， 可根据需要进行多联产 ， 将 煤气转化为热能 ， 燃料气和化工产 品， 并进行 ｃ 获实 现接 近 ０捕 零排放。
冷凝器
图 １ Ｉ Ｇ 典 型 系 统 图 ＧＣ
Ｐ ｅ ｏ ａｏ示 范厂 ）容量 ：２ Ｗｅ， ｕａ ｎ ｎ （ ： ３ ０Ｍ ｌ气化燃料 ： ／ 煤 石油焦 。 气化 系统证实的可用率 ：５ ８ ％
９一
一
高全娥 ： 整体煤气化联合循环 一Ｇ Ｃ技术综述 ＩＣ
表 １ Ｉ Ｃ３ ＧＣ ０年 的发展历程及展望 年代 １８ ９ ０年代 １９ ９ ０年代 ２１ ０ ０年代
科学之友
Ｆｅｄ ｆｃ ｎｅ ｍ ｔ ｒ ｒｎ ｉｃ ａ ｕ ｉ ｏＳ ｅ Ａ ｅ ｓ
２１年Ｏ月 ００ ３
整体煤气化联 合循环 一ＧＣ ｌ Ｃ技术综述
高全娥
（ 山西 电力职业技术学 院 ，山西 太原 ００２ ） ３ ０ １
摘 要 ：文章 简要介绍了 Ｉ Ｃ技术的工艺流程及其主要特点 ，对其存在的问题提 出了建 ＧＣ
１ ． 工 艺 流 程 ２
莲
墨
煤经气化成为中低热值煤气 ，经过 净化 ，除去煤 中的硫 化 物、 氮化物 、 粉尘等污染物 ， 变为 洁净 的气体燃料 ， 然后送入燃气 轮机的燃烧室燃 烧 ， 加热气体工质 以驱动燃气轮机作功 ， 燃气轮
机排气进入余热 锅炉加 热给水 ，产生过热蒸 汽驱动蒸汽轮机作
４ 存在 问题及 建 议
（） １ 需要进一步提高系统的可靠性和可用率。 （） ２ 系统复杂 ， 是发 电和化工两大系统 的综合体 ， 不仅各 自自
整体煤气化联合循环发电系统基本工艺过程
整体煤气化联合循环发电系统基本工艺过程整体煤气化联合循环发电系统（IGCC：Integrated Gasification Combined Cycle）是一种先进的洁净煤发电技术。
这项技术通过煤气化产生合成气（主要为一氧化碳和氢气），再利用这些气体推动燃气轮机和蒸汽轮机联合发电。
IGCC不仅效率高，而且排放低，尤其是硫、氮和颗粒物的排放远低于传统的燃煤电厂。
以下是IGCC系统的基本工艺过程的详细描述。
1. 煤的预处理首先，原煤经过破碎和筛分，去除其中的石块、金属等杂质，得到适当粒度的煤粉。
预处理还包括可能的煤干燥过程，以降低煤中的水分含量，提高后续气化过程的效率。
此外，为了提高气化效率和减少气化炉的结渣，有些IGCC电厂还会对煤进行预处理，如添加助熔剂或进行部分氧化。
2. 煤气化预处理后的煤粉与气化剂（通常是氧气、二氧化碳或水蒸气的混合物）在气化炉中高温（通常超过1300℃）下进行气化反应。
在气化过程中，煤中的碳与气化剂反应生成一氧化碳、氢气和少量甲烷等可燃气体，这些气体被称为合成气或煤气。
气化炉内还会产生一些熔渣，这些渣通过炉底的排渣系统排出。
3. 煤气净化从气化炉出来的粗煤气含有飞灰、未反应完全的碳、硫化物、氯化物等杂质。
这些杂质不仅影响后续燃气轮机的运行，还可能造成环境污染。
因此，需要对粗煤气进行净化处理。
净化过程通常包括除尘、脱硫、脱氯和可能的碳氢化合物调整等步骤。
净化后的煤气应满足燃气轮机对气体燃料的要求。
4. 燃气轮机发电净化后的煤气进入燃气轮机燃烧室，与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
这些燃气推动燃气轮机的涡轮叶片旋转，进而带动发电机发电。
燃气轮机发电是IGCC系统中的第一个发电环节，其效率通常较高。
5. 余热回收与蒸汽轮机发电燃气轮机排出的烟气温度仍然很高，为了充分利用这部分热量，IGCC系统通常配备有余热回收装置，如余热锅炉。
在余热锅炉中，烟气将热量传递给水，产生高温高压的蒸汽。
我国首座整体煤气化联合循环发电IGCC示范电站建成投产
・ ６ ｌ・
我 国首座 整体 煤气 化联 合循 环 发 电 Ｉ ＧＣ Ｃ 示 范 电 站 建 成 投 产
中国华 能集团公司联合 国内的科研 、 设计 和制造等单位 ， 日前在天津滨海新 区建成投 产了我 国首座整体煤气化 联合循环
发电 Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ示 范电站 ， 标志着 国内洁净煤发 电技术取 得了重大突破 ， 使我 国已成为世界上为数不 多掌握 Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ发 电技 术的 国家 之一 。Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ技术是清洁 、 高效煤基发电主要技术途径之一 ， 是实现我 国节能减排 目标的重要技术路线 。该技术可实现燃煤发 电 的高效利用和超低 排放 ， 污染物 的排放 量约 为常规 燃煤 电站 的 １ ０ ％， 脱硫 效率 可达 ９ ９ ％， 氮 氧化物 排放 只有 常规 电站 的
１ ５ ％一 ２ ０ ％。利 用 Ｉ Ｇ Ｃ Ｃ技术 ， 除发 电外 ， 还能 同时生产 甲醇 、 汽油 、 氢气 、 尿素 、 硫磺及灰 渣建材等化 工产 品， 实现 电力 和化工
的联产 ， 有利 于实现煤 炭资源的清洁转化和综合利用 ， 应用前景广阔 ， 市场潜 力巨大。
国 内最 大 天 然气 制 甲醇 生产 装 置全 部建 成
云南 启 动低 热 值 褐 煤 高效 综 合 利 用 示 范 工 程 项 目
云南省褐煤储量 居全 国首位 ， 在云南省煤炭 资源总量中褐煤 占６ ２ ％， 其 中昭通盆地褐煤储量达 ８ １ ． ９ ８亿 ｔ ， 是我 国南方最 大的褐煤煤 田。寻甸县境 内褐煤矿产 资源保 有储 量为 ３ ． ３ ３亿 ｔ ， 具有煤层厚 、 埋藏 浅 、 层位稳定 、 倾 角平缓 等特点。 目前 ， 由云 南先锋化工有 限公 司投 资 ４ ５亿元 的低热值褐煤 洁净 化综 合利用示范工程项 目在该省寻甸县特色工业园 区内开工建设 。该项
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整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。
它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。
第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。
IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
其原理图见下图IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。
而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg／N m3左右。
（目前国家二氧化硫为1200mg／Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的1 5%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，利于环境保护。
IGCC具有以下一些突出优点：（1）发电效率高，目前可达45%，继续提高的潜力大。
（2）与传统的燃煤方式不同。
它能实现98%以上的污染物脱除效率，并可回收高纯度的硫、粉尘和其他污染物在此过程中一并被脱除。
（3）用水量小，约为同等容量常规火电机组的三分之一至二分之一。
（4）通过采用低成本的燃烧前碳捕捉技术可实现零碳排放。
（5）能与其他先进的发电技术如燃料电池等结合，并能形成制氢、化工等多联产系统。
气化炉、燃气轮机、空气分离装置和余热锅炉是IGCC关键设备。
气化炉方面，我们认为壳牌气化炉具有产气热值高、煤种适应性广、停机维护时间短等特点，将成为未来IGCC 将推广的重要炉型。
燃气轮机方面，适应煤气的低热值的燃气轮机将成为首选机型。
空气分离装置方面，目前仍以深冷技术为主，未来将有可能在PSA变压吸附空分技术方面有所突破。
整体煤气化联合循环发电的分类
由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。
可能采用的煤的气化炉有喷流床（e ntrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。
在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已
经商业化多年且十分成熟的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。
具体来说，对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求是：
a) 气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求
b) 气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求
c) 煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求
d) 具有良好的煤种适应性
e) 系统简单，设备可靠，易于操作，维修方便，具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率
f) 设备和系统的投资、运行成本低
喷流床气化炉
喷流床是目前IGCC各示范工程中采用最多的一种气化炉。
它是一种高温、高压煤粉气化炉，气化炉的压力为20-60bar，要求采用90%以上的颗粒小于100μm的煤粉，采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂，当以氧为气化剂时，气化炉炉膛中心的火焰温度可达2000℃。
由于是高温气化，在产生的粗煤气中不可能含有很多碳氢化合物、煤焦油和酚类物质，煤气的主要成分是CO、H2、CO2和水蒸气，离开气化炉的热煤气温度在1200-1400℃，往往高于灰的软化温度。
为了防止热煤气中已软化了的粘性飞灰在气化炉下游设备（余热锅炉）粘结堵塞，将除尘后的冷煤气增压后再返送回煤气炉的出口和热煤气混合，将热煤气的温度降低到比灰的软化温度低50℃，然后，热煤气再经过气化炉的余热锅炉（辐射和对流蒸汽发生顺）产生饱和蒸汽，同时使热煤气的温度降低到200℃左右，约50%的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣，由炉底排出并通过集渣器送入渣池。
煤粉灰中的以飞灰的形式随热煤气，帮煤气须经除尘、洗涤脱硫处理，成为清洁的煤气，再送往燃烧室。
喷流床气化炉由于是煤粉高温高压气化，因此煤种适应性广，碳转化率高，能达到99%以上。
当前在欧美各地IGCC示范厂所选用的喷流床气化炉有：美国德士古和CE炉，荷兰的Shell炉，德国的Prenflo炉。
给煤方式有湿法水煤浆给煤（如德士古炉）和干法给煤（如shell和Prenflo炉）。
由于喷流床气化炉的单炉生产能力大，并且具有较高的效率，燃料适应性广，因而在今后发展大容量高效率的IGCC电站中具有强有力的竞争地位。
流化床气化炉
流化床气化炉可以充分利用床内气固两相间的高强度的传热和传质，使整个床层内温度分布均匀，混合条件好，有利于气化反应的进行。
同时，可以利用流化床低温
燃烧，在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石或白云石），将产生的大部分SO2和H2S脱除。
由于流化床气化炉内的反应温度一般控制在850－1000℃，因此，它。