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。
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
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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。
整体煤气化联合循环的基本思想
第一节整体煤气化联合循环的基本思想整体煤气化联合循环(Integerated Gasification Combined Cycle；简记为IGCC)是20世纪70年代石油危机时期西方国家开始发展的一项燃煤发电技术。
它的技术路线非常清晰，那就是：使煤在气化炉中气化成为中热值或低热值的煤气，然后通过处理，去除其中的灰分、含硫化合物、重金属等有害物质，代替天然气供到常规燃气一蒸汽联合循环中去，从而实现洁净燃煤发电。
IGCC发电系统示意图如图6—1所示。
整体煤气化联合循环中的“整体”一词有两层含义：(1)在这个系统中，气化炉所用的蒸汽和空气多数情况下都直接来自于系统内的汽轮机和燃气轮机。
反过来，气化过程中所产生的各种显热，都在系统适当的工艺环节中充分地利用，这样的系统是一个有机的整体；(2)系统流程及系统内各处的参数都要从机组整体性能最优的角度仔细考虑和设计。
图6—1 IGCC发电系统示意图显然，在IGCC发电系统中，燃气轮机、余热锅炉、汽轮机都是成熟的技术，所需要解决的只是煤的大规模气化和煤气的净化问题。
所以，就设备而言，气化炉和煤气净化系统的是整体煤气化联合循环发电技术的关键。
第二节煤的气化及气化炉一、气化原理众所周知，煤是由多种有机物和无机物}昆合组成的固体燃料。
煤中的可燃物质主要是碳，其次是氢。
要使煤气化，最理想地莫过于将其转化为以气态形式存在的c0、H2及碳氢化合物，如cH4等。
因此，对煤进行气化实质上主要是使煤中的C与02反应生成CO。
然而，实际中煤的气化过程远非如此简单。
尽管煤气化的历史已有200余年，但对其涉及到的某些问题至今也未完全研究清楚。
如果大致描述一下的话，煤的气化大体上是这样进行的：在缺氧的条件下，对煤进行加热，使其释放出所含的水分而干燥；随着温度的升高，原先以固态形式存在的碳氢化合物分子中的一些较弱的化学键被破坏，开始析出挥发分，生成煤焦油、油、酚和某些气相碳氢化合物；接下来，析出挥发分后的固定碳将与氧气、蒸汽和氢气发生反应生成CO、C02和cH4等气体。
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
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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。
解析整体煤气化联合循环发电中的燃气轮机问题
部 件上 的碱 材料 引起 腐蚀 。
在 燃 料 气 温 度 低 于 ５ ８ ， 材 料 基 本 凝 结 ３℃ 碱 在 粗 合 成 气 里 的 微 粒 物 上 ， 的 除 去 效 率 近 似 于 碱
给燃 气轮 机 。
ｌ ＂ ｉ 曩
ｌ ｌ 第１ ４级 １ ４ ｌ ｌ 第 １ 级 ６ １ ６
压气 机 放 气 级 次 燃 烧 室 火 焰 筒 数
Ｇ 公 司 期 望 推 出 ６ ９ 燃 料 进 口 温 度 的 燃 Ｅ ４℃ 料 系统 。最 大 燃 料 进 口温 度 试 验 已做 到 ５ ８ ， ３℃
通 常 限 制 燃 机 质 量 流 量 的 因 素 是 透 平 入 口喷
运行策 略所 要 讨 论 的 主要 问题 是 燃 料 流 量 、
压 气机 性 能和压气 机 空气抽 气 之 间的相互 作用 。 所 设 计 的 燃 气 轮 机 针 对 规 定 的运 行 条 件 达 到
一
嘴 的 面积 。当流 动 发 生 壅塞 时 ， 量 流 量 达其 最 质
ｍ 。
，
２１ 年第 ２ ００ 期
燃烧 天 然气 和燃烧 煤基合 成气 之 间 的最 大 区
别 在燃料 的热值 。天然 气 的热值 约 ３ ７ ． Ｊ ７２ ４ ７ｋ ／
中 热 值 煤 气 （ Ｇ） 热 值 约 ｌ ８ ． ～ １ ＭＢ 的 ｌ１０ ８ ８ ６ ６ｋ ／ ， 低 热 值 煤 气 （ Ｂ 的 热 值 约 ３７ ７ ３ Ｊ ｍ。 而 Ｌ Ｇ） ２．
净 出力／ ＭＷ 热 耗 率／ Ｊ・（Ｗ ・ ） ｋ ｋ ｈ ｌ Ｉ １０ ５ １ ２ ０４ ３ ｌ ｌ １５ ４ １ ４ ０５ ８
整体煤气化联合循环zhengtimeiqihualianhexunhuan
整体煤气化联合循环zhengti meiqihualianhexunhuan integrated gasification combined cycle,IGCC字体[大][中][小]把煤气化和燃气-蒸汽联合循环发电系统有机集成的一种洁净煤发电技术。
在IGCC系统中，煤经过气化产生合成煤气，经净化处理的煤气燃烧后驱动燃气透平发电，利用高温排气在余热锅炉中产生蒸汽驱动汽轮机发电。
为了制备并净化煤气，IGCC中还设置了空气分离设备(用于制氧供气化用，简称空分设备)和煤气除尘、脱硫设备。
对采用空气作气化介质的IGCC系统一般不设置空分设备。
这种发电系统也可以采用石油焦和生物质等作为燃料。
图1 IGCC的工艺流程示意图1—煤气制备输送;2—煤气化炉;3—粗煤气冷却及净化; 4—燃气轮机; 5—余热锅炉;6—汽轮机; 7—发电机; 8—硫回收; 9—废水处理; 10—空分设备工作原理典型的IGCC工艺流程如图1所示，煤经过处理后送入气化炉。
气化过程所需的氧气来自空分设备。
出气化炉的粗煤气显热被回收利用以产生蒸汽(蒸汽送入余热锅炉中去过热)，然后粗煤气通过除尘、脱硫处理进入燃气轮机燃烧室，燃烧产生的高温燃气驱动透平发电。
燃气透平排气的热能在余热锅炉中被回收，将给水加热成为蒸汽，用以驱动汽轮机发电。
此外系统还包括硫回收设备、灰渣系统和废水处理设备。
发展简史IGCC是70年代西方国家在石油危机时期开始研究和发展的一种技术。
世界上第一个工业规模的IGCC机组是1972年在德国克尔曼(KDV)电厂内建成的，容量为170MW，采用鲁奇(Lurgi)固定床气化工艺，用西门子(Siemens)公司的V93型燃气轮机，组成增压锅炉型联合循环。
该机组完成预定试验后于70年代末停运。
世界上第一个完整地进行工业性试验研究的IGCC机组于1984年在美国加州冷水(Cool Water)电厂建成。
该机组采用德士古(Texaco) 气流床气化工艺和GE公司7E型燃气轮机，组成余热锅炉型联合循环，机组净功率为93MW。
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整体煤气化联合循环发电（IGCC）简介
一整体煤气化联合循环的工作过程
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透平作功，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：
二整体煤气化联合循环的特点
IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术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。
该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经过除尘、脱硫等净化
工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。
IGCC 发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。
1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。
目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。
当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。
2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，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。
因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。
目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。
IGCC 一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。
常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。
在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。
3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。
采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。
4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。
5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。
IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。
从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。
三整体煤气化联合循环的发展
1972年在德国Ltinen酌斯蒂克电站投运了世界上第一个以增压锅炉型燃气一蒸汽联合循环为基础的IGCC电站，该电站的发电功率为170MW，实际达到的供电效率为34%，采用以空气为气化剂的燃煤的固定床式的Lurgi气化炉。
显然，这个电站开创了煤在燃气一蒸汽联
合循环中应用的先例。
但是由于Lurgi炉的运行不甚正常，加上粗煤气中含有数量较多的煤焦油和酚，甚难处理，最后迫使该项示范工程夭折了。
世界上公认的真正试运成功的IGCC是于1984年5月建成于美国加州Daggett的“冷水”(Coal Water)电站，它是以余热锅炉型燃气一蒸汽联合循环为基础的，该电站的净功率为93MW，供电效率为31.2(HHV)。
采用以99%纯氧为气化剂的Texaco喷流床气化炉。
该电站成功地运行了4年，历时共25000h。
它相当彻底地解决了燃煤电站固有的污染物排放严重的问题，同时证明IGCC发电方式具有足够高的运行可用率和负荷因素。
“冷水”电站的试验成功向世界宣布了这样一个现实和方向，即：IGCC是一种有相当发展前途的洁净煤发电技术，它可能是21世纪中，除了增殖反应堆之外的、最有发展前途的一种燃煤的友电方式。
此外，在“冷水”电站试运行的过程中，美国在Louisiana州Plaquemine的DOW化学工厂内也建设了一座IGCC的示范工程（LGTI），燃气轮机的功率为110MW，余热锅炉中产生的蒸汽用于化工厂的生产工艺流程。
按当量折算，IGCC的总功率为160MW，采用原为Destec 公司专有的两段式水煤浆加煤的气化炉。
该装置自1987年4月开始运行后到1994年3月止，累计运行了33637h，1991-1992年度内其平均运行可用率为80%。
以上这两台IGCC的示范运行运行成功，为上一世纪90年代开始的较大规模地研究和规划发展IGCC电站的计划增添了动力。
那时在世界范围内拟建设的IGCC示范电站的数量有10座以上。
它们研发的目标是：
①迅速增高IGCC的单机功率和供电效率，力求其供电效率能超过目前燃煤的超临界参数的蒸汽轮机电站；
②较大幅度地降低其比投资费用，力求降低到$1000-1200/kW的水平；
③提高全厂的运行可用率，力求达到90%-92%的水平；
④降低发电成本，力求在电网中能与燃煤的有FCD装置的发电成本相竞争；
⑥积累运行经验。