整体煤气化联合循环(IGCC)

整体煤气化联合循环技术发展现状及展望 摘要：随着国内经济科技的迅速提高，人们对于能源的需求越来越大。其中对于电力资源的需求增长尤为迅速。我国在不断地努力满足现代人民生活生产需求的同时也在不懈的寻找最洁净环保的发电方式。在此之中取得了一系列突破性的成果。我国是一个贫铀国家大规模发展核电受到制约，因此在相当长的一段时间内还是要以煤发电为主。由此研究和改善现有煤矿发电技术就显得尤为重要。在诸多煤矿发电技术中整体煤气化联合循环是我国也是全世界立足研究的一个重要课题。整体煤气化联合循环发电技术既具有联合循环的高效率，又解决了燃煤发电带来的环境污染问题，以其高清洁的优越性能受到普遍关注，成为新一代燃煤发电方式的首选技术之一。

Abstract: with the rapid increase of domestic economy, science and technology, people's energy needs more and more. Among them for power resource demand growth is particularly fast. Our country in constant efforts to meet the production requirements of the modern people's life and also in unremitting find the most environmental clean way of generating. In a series of the achieved breakthrough results. Our country is a depleted uranium large scale development countries nuclear power be restricted, so in a long time or to give priority to coal to produce electricity. This study and improve current power generation technology coal mine are particularly important. In many coal mine in power generation technology integrated gasification combined cycle is our country also is the world based on an important task. Integrated gasification combined cycle power generation technology has both the combined cycle of high efficiency, and solves the coal-fired power brings pollution problems, with its GaoQingJie predominant performance been paid more attention to, as a new generation of coal-fired power the first selection of means technical one.

关键字：空气分离技术，煤的气化技术，煤气的净化技术，燃气一蒸汽联合循环技术，系统的整体化技术

Key word: air separation technology, coal gasification technology, gas purification technology, gas a steam combined cycle technology, system integration of technology

正文： 整体煤气化联合循环是把高效的联合循环和洁净的燃煤技术结合起来的先进发电技术，为当今世界能源动力界关注的一个热点。整体煤气化联合循环（IGCC）是把高效的联合循环和洁净的燃煤技术结合起来的先进发电技术，为当今世界能源动力界关注的一个热点。中国煤炭和水力资源丰富：巳探明的煤炭储量约10000Gt，占常规能源储量的90%以上；可开发的水能资源达379GW，居世界第一。石油、天然气相对少：石油总资源量为94Gt，天然气资源为381TM3。农村生活用能以生物质能为主。

表一：国内一次能源供应预测 年份 1990 2000 2010 2020 总量(Mtce) 1309. 99 1775. 54 2308.15 2111.87 各 品 种 比 例 煤炭 74.25 71.23 68.53 63.91 石油 18. 97 19.26 19. 81 19. 88 天然气 2. 01 2.65 3.89 6.23 其它 4.77 6.86 7.77 9.98

现在，越来越多的人相信:IGCC是最有发展前景的洁净煤发电技术。我们重视IGCC， 整体煤气化联合循环简介 整体煤气化联合循环（简称IGCC）技术是将煤气化技术和高效的蒸汽联合循环相结合的动力系统。该系统主要由两大部分组成:第一部分为煤的气化与净化部分,第二部分为燃气-蒸汽联合循环发电部分。

第一部分的设备主要包括：气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)。第二部分的设备主要有：燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。

工艺流程：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功。其流程见图1。

图一 IGCC优点: ⑴具有提高发电系统热效率的最大潜在能力目前其供电效率可达40％～46％，下世纪有望突破50％;

⑵易大型化,装机容量已能做到规模经济等级（300MW～600MW）； ⑶优良的环保性能，污染问题解决得最彻底，即使燃用髙硫煤，也能满足严格的环保标准的要求。脱硫率≥98％，废物处理量最少，副产品有用；

⑷能充分综合利用煤炭资源把它和煤化工结合成多联产系统。能同时生产电、热、燃料气和化工产品；

⑸耗水量比较少，比常规汽轮机电站少30％～50％，这对许多缺水地区有利，也适于矿区建设坑口电站；

⑹能最大程度沿用烧油气联合循环和化工部门煤气化的现有技术。示范装置运行可用率达到80％以上，能满足商业化运行的要求；

⑺能广泛共享相关科技成果，有广阔的髙新科技产发展前景。亚临界或超临界蒸汽参数的整体煤气化湿空气透平循环（IGHAT），整体煤气化燃料电池联合循环(IGFC-CC)等。

⑻便于分阶段建设电站（燃气轮机发电机组一烧油气联合循环一IGCC）以较小投资和风险满足电力逐步增长的需要。

IGCC之所以被称为最环保的发电技术是因为在工作流程中进行了改进，有别于传统的煤燃烧发电技术，它是空气分离技术、煤的气化技术、煤气的净化技术、高性能的燃气一蒸汽联合循环技术以及系统的整体化技术等多种高新技术的集成体。其流程如下：将煤粉或水 煤浆、水蒸汽和经空气分离制得的纯氧气喷入气化炉，使煤气化成为中热值(热值为104～6270KJ∕m3)或低热值（热值为4 1 0～ 4 6 7 8 KJ∕m3）的煤气，经净化系统，把煤气中的灰分、含硫化合物〔主要是H2S〕等有害物质除净，使之成为精煤气，然后供到燃气一蒸汽联合循环装置中发电。

IGCC主要特点是脱硫率高，脱硫成本低。当前常规燃煤电站多采用烟气脱硫（FGD）有效控制SO2的排放，此技术中石灰石洗涤法脱硫效率最高，可达95％。而在IGCC电站的气化炉中，由于是还原性气氛，煤中所含的硫大部分转换成气态H2S，小部分变SO2，煤气中的SO2经水解后又可以转化成H2S。由于H2S的反应能力比SO2强，因此从煤气产物中脱除硫化物比较容易而且脱除率高，IGCC电厂的脱硫率可达98％～99％，这在使用含硫量高于3％的高硫份煤时优点更为突出。这也使得IGCC电站的燃料范围更广，可以燃用各种品位的煤种，尤其适于燃烧劣质煤。

相比之下，由于燃煤电厂的烟气量巨大，而烟气中SO2浓度却很低，因此常规燃煤电站脱硫费用较高。此外,在高压气化条件卜，煤气的体积比小，因此IGCC煤气脱硫装置的尺寸比燃煤电站的烟气脱硫净化装置要小得多,煤气脱硫成本也比烟气脱硫的成本低1∕3以上。同时通过出售脱硫后生成的元素S或硫酸，既解决了常规烟气脱硫的产物难以利用和处置,形成二次污染的问题，又变废为宝降低了发电成本。 IGCC对NO2排放的控制效果好。目前采用的脱硝工艺脱硝率不高，一般在7 0％以下，尽管欧洲和日本广泛采用的SC烟气脱硝法的脱硝率能达到70％～90％,但是其成本是一般脱硝工艺的3～10倍。由于烟气脱硝技术的投资及运行费用居高不下，因此很难广泛推广。相比较而言，IGCC电站脱硝率就比较高。在IGCC电站中，由于气化炉内采用富氧燃烧，因此不存在随空气进入的氮气，热力型NOx生成量很少，同时生成的少量燃料型NOx在还原性气氛中也容易被还原。并且在燃烧室内采用将氮气回注到燃烧区、煤气增湿、向燃烧室喷水或蒸汽等措施来降低燃烧温度以抑制生成热力型NOx。这样多种有效措施的实施，IGCC电站的脱氮率一般可达90％。 温室气体引起的全球变暖是当前也是未来能源和环境协调问题中最引人关注的热点和难点，世界各国都在致力于研究减少CO2排放的有效措施。尽管目前IGCC电站还不能大幅度减少CO2排放，但其可以实现在燃料燃烧前将CO2分离和捕集。由于IGCC电站气化炉内多采用气体作为气化介质，煤气化产物主要是CO和H2 (含碳量高的燃料,燃烧产物主要是CO2),经进一步的水煤气化反应后，容易转化成CO2和氢气。由于煤气压力及CO2浓度较高（达35％～45％）。因而脱除CO2比烟气中更容易。另外煤气净化脱硫工中也可以同时分离除去CO2。

IGCC电站的热效率高（当今大型IGCC电站效率己达42％～46％。有利于减少CO2

和其他污染物的排放。比通常电站效率每提高1％，CO2排放将减少2％。相对常规电站而

言IGCC电站的CO2排放量减少了1∕5未来的IGCC电站将朝着实现CO2的零排放或微排放方向发展。

有效抑制有害金属和其他微量元素的排放： 煤的化学成分复杂多样，含有多种有毒性或放射性的微量元素，如汞、钡、镉、铯等。在常规电站中这些微量元素是很难除去的，而在IGCC电站中这些微量元素和灰熔融冷却后形成对环境无害的玻璃状熔渣，避免了二次污染，熔渣还可作为水泥原料再利用。