关于IGCC与多联产技术的发展概况展望与建议

关于IGCC与多联产技术的发展概况展望与建议（修订稿）焦树建清华大学热能系清洁煤技术利用国际研讨会2010.9 北京摘要：本文在简要的回顾了世界上IGCC技术发展历程的基础上，对近40年来这两种先进技术的开发与发展水平进行了评估。

分析了其进展不尽人意的原因，指出了由于这两种先进技术固有的环保特性的优越性，在人们急需解决温室气体效应负面影响的今天，推广使用多联产技术与进一步发展IGCC+CCS技术的高潮正在来临。

本文还介绍了IGCC技术中某些关键技术的开发现状，指出了它们对于促进IGCC技术发展的作用。

最后，作者分析了我国研究开发IGCC技术和多联产技术的现实条件，并就其发展政策和措施提出了建设性的意见。

关键词：IGCC技术；洁净煤发电技术；多联产能源系统；煤的气化技术Status, Prospects and suggestions on Development of IGCC andPolygeneration Technologies(Revised)Jiao shu-jian(Department of Thermal Energy Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, China)Abstract: On the basis of briefly reviewing the development courses of IGCC and polygeneration technologies, an evaluation on their developing manner, during the past nearly 40 years, had been made by author. After analyzing the basis causes of their unsatisfied developments, author pointed out that a high tide for further development and extensive application of these two advanced technologies, especially the technology of IGCC with carbon capture and sequestration, has just been coming now with their superiorities on environment protection and under the circumstance of urgent needs for solving the negative effects from greenhouse gases. Furthermore, the developing status of some key technologies, such as gasifiers and gas turbines used in IGCC technology, had been introduced in detail for showing their important roles on developing IGCC technology. At last, some constructive suggestions on policies and measures in our country for developing these advanced technologies had been mentioned.Key words:IGCC Technology; Clean Coal Generation Technology; Poly-Generation Energysystem; Coal-Based Gasification Technology(一)目前IGCC和多联产技术的发展现状世界上第一座以纯发电为目标的IGCC电站是于1972年在德国Lünen的斯蒂克电站投运的，直到1984年美国加州Daggett的冷水（cool water）电站的建成和试运成功，IGCC技术才被人们公认为是一种仅次于增殖反应堆的很有发展前途的洁净煤发电技术。

此后，在世界上兴起了研发和建立IGCC电厂的第一次高潮。

但由于此项技术刚刚兴起，人们对其关键技术尚未进行过深入研究，加之当时（上一世纪八、九十年代）廉价的天然气正在发电行业大量使用，因而这股热潮的影响还很有限。

据统计：从1972年到2007年之间，世界上建成的IGCC 装置共有26座，其总的装机容量只有452万千瓦。

其中目前尚在运行的纯发电的IGCC电站只有5座，其余的都是在石化企业中使用的多联产技术。

应该说：这样的发展速度并不是人们所期望的，也就是说，经过40年的发展，IGCC并没有真正发展成为一种能够与亚临界和超临界参数的粉煤蒸汽轮机电站相竞争、并为人们迫切期望使用的洁净煤技术。

但是即使如此，在既往的近40年内，IGCC技术还是获得了相当程度的发展，取得了许多扎实的成果，主要体现在以下几个方面：①研究与开发成功了一系列关键技术，经过实地运行，这些关键技术已能比较成熟地在IGCC的示范工程中使用，或经受了商业性运行的考验，它们是：**多种形式的气化炉，如：*水煤浆加料氧气气化的喷流床气化炉（Texaco和E-gas炉，以及由我国华东理工大学开发成功的气化炉）；*干煤粉加料空气气化的两段喷流床气化炉（三菱炉）；*干煤粉加料氧气气化的喷流床气化炉（SHEEL、PRENFLO和GSP炉）；*流化床气化炉（U-gas，KRW和HTW炉）；*液态排渣式固定床气化炉（BGL炉）；在这些气化炉中喷流床气化炉已经在IGCC示范工程中得到考验和实际应用；**常温湿法脱硫和硫回收装置以及中温和高温干法脱硫和硫回收装置；**湿法和干法除灰装置；**适宜于燃用低热值合成煤气的燃气轮机：如GE公司的Fr7FA, Fr6B, Fr9E 与Fr6FA；Siemens公司的V94.2, V94.2K与V94.3；三菱公司的M701DA与M701F；以及Alstom公司的KA13E-2等。

②取得了一系列实际运行经验，为今后进一步开发IGCC技术和多联产技术积累了宝贵经验，探明了开发与研究的方向；③在石化企业中打开了使用IGCC技术的方向，开创于建立了以“煤气化为核心”的多联产能源系统，并取得了经济和环保效益；④基本上掌握了优化设计IGCC电站和多联产能源系统的方法，目前已经能够有把握地优化设计250～600MW等级的IGCC电站和多联产能源系统；⑤在某些发达国家已经初步建立起IGCC的研究、设计、生产和营销管理体系，以适应IGCC技术的发展需要，能满足小批量生产的要求。

为什么在过去的近40年内，IGCC技术没能在店里行业中被推广使用呢？主要有以下两个原因，即①廉价的清洁燃料——天然气抢占了发电行业市场的主要领域。

上一世纪八、九十年代，世界上发现了大量的价格便宜的天然气，它是一种便于开采、输运和应用的清洁燃料。

为此，各国政府都逐渐解禁了不准许大量使用天然气进行发电的禁令，致使高效而又环保性能良好的天然气燃气-蒸汽联合循环电站（NGCC）应运而生，成为当今电力工业高速和经济发展的主干力量，由此影响了人们原先期望的想通过IGCC技术来实现洁净煤发电的理想，因而开发IGCC技术的步伐被放慢了。

②作为一种以纯发电为目标的IGCC技术，在某些关键性的技术经济指标方面，尚不能超越超临界参数的粉煤蒸汽轮机电站，致使IGCC技术无法立即取而代之。

这些指标的对比关系如表1所示。

表1 几种发电方式中某些技术经济指标的对比很明显，在上述这些技术经济指标中，发电成本应是最终评价电站经济性优劣的指标。

只有当IGCC电站的发电成本低于同等容量等级并燃用同种燃煤的超临界甚至超超临界参数的粉煤蒸汽轮机电站时，才有考虑建立IGCC电站的必要性。

显然，目前IGCC技术尚未达到取代超临界参数粉煤电站的水平。

此外，直到至今，IGCC技术的发展尚未实现原先预定的应该再2000年前达到的技术经济指标，即：单机净功率——300～400MW；经热效率ηN㏄=45%～46%（LHV）；比投资费用——＄1000kW，可用率——85%以上。

这就更加影响了人们对IGCC 技术的期望，致使短期内难于被大众所接受。

此后，通过IGCC电站的实际运行，人们进一步发现这类发电设备还具有以下一些明显的缺点，这些因数也是对使用IGCC技术不利的，即：①系统相当复杂，影响机组可用率的因素很多，特别是气化炉的可用率影响严重；②为了燃用低热值的合成煤气，原来燃用天然气的燃气轮机必须进行相当重大的技术改造，致使燃气轮机的造价增长相当多。

③由于设置制氧空分设备，电站的启动时间增长许多，厂用电耗率甚高，它已成为一只IGCC电站供电净效率的一个重要因素。

④整天机组的负荷变化速率不够快，尚未达到5%P/min的要求，而负荷的变化范围又比较窄。

当某些机组和气化炉的负荷低于50%-60%左右时，往往需要切换燃烧备用燃料（天然气或轻柴油），以确保气化炉的稳定运行，并使燃气轮机的排气污染水平符合环保要求。

机组启动时也必须首先燃用天然气或轻柴油。

为了确保气化炉故障时IGCC电站仍能继续运行，备用燃料的储量应足够多。

⑤由于系统复杂，设备并非完全成熟，又缺少经验，因而机组需要经过较长时间的调试后才能投入正常运行，例如：为使某些IGCC电厂的可用率调整到85%左右，有可能需要花2-3年的时间。

鉴于这些缺点，再加上IGCC技术是一种新生事物，操作过程与一般电厂有所不同，因而，在IGCC电站的调试过程中，不可避免的总会发生许多事故，这也会影响人们对使用IGCC技术持观望态度。

总而言之：近40年的发展，IGCC技术虽然没能立即构成对超临界参数粉煤电站的威胁，氮作为一种污染排放特性极优的洁净煤发电技术，已被人们深入地进行了研究和试验，并为它开拓了颇有竞争力的应用市场，使其初步具备了小批量生产的条件。

虽说IGCC技术尚未能被广泛应用，但是人们也从未有过放弃发展这种技术的愿望，相反地，某些关键技术仍在继续加紧开发之中。

支持该技术继续发展的动力来自以下三个方面：①近些年来天然气价格的不断攀升，使人们重新感觉到有必要再次使用储量丰富、而价格低廉的煤来发电，当然IGCC技术是首选项目。

②人们基本上摸清了IGCC技术的特性，为该技术的扩大使用开辟了新的市场（譬如：煤化工项目，煤制合成气与天然气以及CO2的捕集等领域），特别是打开了挤进石化企业的大门，开创了在石化企业中建立以“煤气化为核心”的多联产能源系统的道路。