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　　綜述i整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（GCC）發(fā)電技術呂晶1孫福珠2，呂華2張宏煒董貴林3（1.黑龍江省電力職工大學，黑龍江哈爾濱150030；黑龍江省電力科學研究院，黑龍江哈爾濱150030；牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江牡丹江157015）世界幾大IGCC發(fā)電工程狀況和我國在該領域的研宄開發(fā)情況。環(huán)境保護對電力發(fā)展的要求，為IGCC發(fā)電技術的發(fā)展，提供了廣闊的發(fā)展前景和空間。潔凈煤發(fā)電技術作為21世紀燃煤電廠的換代技術，是電力可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。

　　0前言我國是一個產煤大國，是世界上為數(shù)不多的幾個以煤為主要能源的國家之一。這使我國能源有兩個明顯的特點：一是煤炭在一次能源的生產和消費中占有很大比重；二是我國的發(fā)電機組以燃煤機組為主，約占總裝機容量的75%.大量的煤炭開采利用，導致嚴重的大氣污染。我國SO2電力系統(tǒng)自動化專業(yè)，副教授的排放量居世界第一，C2的排放量居世界第二位，酸雨的覆蓋面積己達國土面積的30%.國家環(huán)�？偩志珠L解振華指出：十五‘期間，環(huán)境治理要走市場化的路子“和電力系統(tǒng)有關的環(huán)保治理，就是在SO2控制區(qū)和酸雨控制區(qū)，要減少20%的S2的排放量。因此，對電廠的排硫要采取一些獨立性的政策，對不脫硫的要采取一些懲罰性的政策”。

　　因為我國一次能源主要以煤炭為主，煤炭在一次能源結構中的主導地位，又決定了電力生產中以煤為主的格局長期不會改變。因此，電力行業(yè)必須通過發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，提高電廠的環(huán)保特性，提高能源利用效率。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（GCC：IntegratedcoalGasificationCombinedCy-cle）發(fā)電技術，作為潔凈煤發(fā)電技術之一，具有以下優(yōu)點：熱效率高，目前有效率已達43%~46%，21世紀可達到50% ~52%；節(jié)水性強，耗水量只有常規(guī)燃煤電站的50%左右；燃料適應性廣，可以大量燃用常規(guī)機組無法燃用的高硫煤；環(huán)保性能好，煤的脫硫率可達98%只有常規(guī)燃煤機組的1A5~1/30，Nox排放量等同于天然氣，CO2的排放量很少，粉塵排放量幾乎為零；聯(lián)合生產能力大，除發(fā)電外，還能生產硫磺、氬氣等產品，使煤炭得到充分利用，有利于降低生產成本；還可用于對燃油聯(lián)合循環(huán)機組及老燃煤電廠改造等。

　　1IGCC發(fā)電技術IGCC是一種將煤在高溫高壓的氣體爐內部分氧化，變換成以CO、H2為主要氣體的氣體燃料后，經氣體精制裝置消除氣化氣體中硫和粉塵等有害成分，將潔凈的煤氣供給燃氣輪機發(fā)電，燃氣輪機的排熱由回收爐回收，產生蒸汽，帶動汽輪機發(fā)電的聯(lián)合發(fā)電技術。

　　IGCC發(fā)電主系統(tǒng)主要由煤氣化爐、氣體精制裝置、聯(lián)合發(fā)電設備等構成。

　　1.1煤氣化技術煤氣化爐的種類及特點如表1所示。

　　表1煤氣化爐的種類及特點型式固定床式氣化爐流化床式氣化爐噴流床式氣化爐氣化爐內煤氣化的主要反應如下。

　　C+O2CO2（發(fā)熱反應：碳的燃燒反應）（發(fā)熱反應：碳的不完全燃燒反應）C+CO22CO（吸熱反應：發(fā)生爐煤氣反應）碳與水蒸汽之間的反應：C+H2OH2+CO（吸熱反應：水煤氣化反應）碳與氫的反應：C+2H2CH4（加氫甲烷氣化反應）將煤氣化的氣化劑，一般使用空氣或氧。由于使用的氣化劑不同，產生氣體的組成、發(fā)熱量也不同。使用空氣作為氣化劑時，產生氣體的發(fā)熱量比較低，為4187k/m3（LHV）；使用氧作為氣化劑時，產生氣體的發(fā)熱量比較高，為10 468k/m3（LHV）。另外，氣化劑不同，產生氣體的成分和發(fā)熱量要隨氣化爐的形式、氣化溫度以及壓力、原料煤的性質、灰的流動特性、熔融溫度、氣化劑的種類、產生氣體的用途等不同而不同。

　　1.2煤氣精制技術煤氣精制裝置要求的產品規(guī)范必須滿足作為燃氣輪機燃料的入口條件限制和環(huán)境排放要求。煤氣精制裝置由除去有害成分的煤氣精制裝置和除去粉塵的除塵裝置構成。在氣體精制方法中有濕式法和干式法兩種，濕式法是已經實用化的氣體精制技術由于能除去堿性金屬和氨，對保證燃氣輪機運行的可靠性和環(huán)境保護方面有利。但是，由于該法存在著煤氣的顯熱損失，熱效率不高。而干式法由于是在高溫下處理，煤氣顯熱損失少，有利于效率的提高，目前正處于技術開發(fā)階段。各種濕式脫硫處理的性能比較如表2所示。

　　日本及美國正在進行干式脫硫法的研究開發(fā)，表3所示為干式脫硫。

　　2.2日本的開發(fā)狀況系統(tǒng)驗證作為送空氣系統(tǒng)氣化系統(tǒng)，確認基本技術成立作為IGCX系統(tǒng)，掌握了各種臨界條件（燃料發(fā)熱量等）確認按比例擴大的數(shù)據掌握了按比例擴大氣化爐以及氣體精制的方法熱效率根據試驗結果u確認在概念設計上，使用1 300C級燃氣輪機的IGCC送電端效率在43%以上經濟性環(huán)保特性估計比煤粉爐火電機組貴，必須對削減建設費用進行研究取得了SO220u！7L以下、NOx20uL/L以下、粉塵以下的成果煤種適合性運行特性可靠性進行了包括高灰融點煤在內的3種煤的氣化試驗冷態(tài)啟動時間為1d左右負荷跟蹤性能比煤粉爐火電機組好累計運行4770h取得了在實際氣化氛圍下材料的腐蝕、磨損數(shù)據，確立了選擇材料的方法表4國際IGCC機組開發(fā)狀況工程名稱布胡納姆普韋托利亞諾瓦巴施利瓦坦巴比尼安派因發(fā)電廠地址荷蘭西班牙美國機組容量/MW（送電端/發(fā)電端）煤處理量/fd氣化爐型式爐加壓i段噴流床加壓1段噴流床加壓2段噴流床加壓1段噴流床加壓流化床氣化劑送氧送風給煤方式干給煤漿給煤干給煤脫硫方式濕式法（+干式可移床）干式流化床除塵方式陶瓷過濾器金屬過濾器濕式煤氣洗滌器陶瓷過濾器燃氣輪機型式西門子公司V94.2西門子公司V94.4實證試驗開始年現(xiàn)在狀況商業(yè)運行中實證運行中試運行中表5 200/日噴流床煤氣化發(fā)電試驗成果技術開發(fā)目標取得的成果3我國的IGCC發(fā)電技術研究IGCC發(fā)電技術是一項新興技術，我國在IGCC技術方面的基礎很薄弱，在個別領域幾乎是空白。在國家“九五”重點科技攻關計劃中，在圍繞電力工業(yè)重點突出環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的前提下，對IGCC發(fā)電技術進行了全面和深入的研究�！熬盼濉惫リP的研究成果，使我國IGCC的總體技術水平躍上一個新臺階。IGCC熱力系統(tǒng)特性的研究取得了顯著成果，提出流程與參數(shù)同步優(yōu)化的新思路，開發(fā)出適合工程實際分析和評價的軟件，具有對IGCC系統(tǒng)方案的優(yōu)化和評價能力；IGCC關鍵部件的研究開發(fā)取得突破，為我國發(fā)展IGCC技術打下了良好的基礎；對IGCC示范電站的支撐技術進行了比較系統(tǒng)的研究，研究成果將直接為示范工程項目提供技術支持；對某些具有發(fā)展促進作用的IGCC技術進行了前瞻性研究，使我國在煤氣的高溫凈化技術領域能夠跟蹤國際最新發(fā)展動向，強了創(chuàng)新能力；同時建混合型能量變換器鐵心橫截面和電路圖RogerG.lawrenceDavidFinney.DavidF.（編輯侯世春）（上接第135頁）立了一批實驗臺，能夠對IGCC部件性能進行實驗室研宄和工業(yè)化前期研宄，從而為IGCC技術的發(fā)展奠定了一定的物質基礎。研宄成果己經應用于中荷IGCC工程的預可行性研宄，取得了相應的成果和有益的經驗。同時為我國即將在煙臺建立IGCC示范電站奠定了基礎。我國首座IGCC電站一煙臺整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電示范工程項目建議書，己獲得國家計委批復。該工程一期建設規(guī)模為1臺300MW或400MW機組。該工程的建設是我國發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術的積極探索，必將推進我國潔凈煤發(fā)電技術的產業(yè)化進程。

　　4IGCC發(fā)電的必要性我國的一次能源主要以煤炭為主，煤炭在一次能源結構中的主導地位，又決定了電力生產中以煤為主的格局長期不會改變。今后，一些燃煤電廠的發(fā)展將會受到環(huán)境保護的制約。

　　我省作為產煤大省和重點燃煤火電省份，從保護環(huán)境和電力可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，必須通過大力發(fā)展IGCC等潔凈煤技術，提升電力工業(yè)的整體技術水平，促進電力產業(yè)結構調整，增強企業(yè)市場競爭能力，推動電力行業(yè)產業(yè)升級。潔凈煤發(fā)電是一項長期的戰(zhàn)略任務，環(huán)境保護對電力發(fā)展的要求，使?jié)崈裘喊l(fā)電技術具有廣闊的發(fā)展前景和空間。潔凈煤發(fā)電技術作為21世紀燃煤電廠的換代技術，是電力可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。