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1、IGCC发电和煤气化技术董卫国国家电力公司热工研究院,陕西西安710032 摘要：简要阐述了整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术的流程特点和技术优势,介绍了国外IGCC发展概况和可用于IGCC发电的几种煤气化技术。关键词：IGCC;洁净煤发电;煤气化 0 引言 70年代初期的石油危机,给世界带来巨大影响和冲击。西方主要工业国家政府从本国经济发展和国家安全的战略角度考虑,推行能源多样化的政策,并鼓励发电行业燃料多样化。根据对世界能源结构的分析,普遍认为煤的储量大、价格稳定、比较容易获得,
2、但煤在燃烧过程中对环境造成的影响是一个不容忽视的问题。因此,各国政府在考虑利用储量丰富的煤炭资源的同时,积极推动洁净煤技术的研究与开发工作。经过几十年的努力,不同形式的洁净煤发电技术得到了很大发展。 从70年代开始,一些工业发达国家就有计划地开展了整体煤气化联合循环(IntegratedGasificationCombinedCycle,IGCC)发电技术的开发研究。第一个成功进行IGCC发电工业性示范的是1984年投运的美国CoolWater电站。这个示范电站的重要意义在于证明了IGCC
3、发电技术的可行性,并取得极好的环保性能,被称为"世界上最清洁的燃煤电站"。得益于近10余年来燃气轮机技术的迅速发展,目前燃气轮机单机功率超过200MW,燃用天然气或油的联合循环发电净效率已超过58％。随着燃气温度的进一步提高和蒸汽循环的优化,下世纪初联合循环发电效率可望达到60％。因此,IGCC发电技术已经大型化,正走向商业化应用。在目前技术水平下,IGCC发电的净效率可达43％～45％,今后可能达到52％或更高,而污染物排放量仅为目前发达国家先进环保标准的若干分之一。既有发电的高效率,又有极好
4、的环保性能,因而成为世界瞩目的极有发展前途的一种洁净煤发电技术。1 IGCC发电技术简介 IGCC发电技术由两大部分组成,即煤的气化和净化部分及燃气-蒸汽联合循环发电部分。 煤经过气化和净化后,除去煤气中99％以上的硫化氢和几乎100％的粉尘,将固体燃料转化成燃气轮机能燃用的清洁的气体燃料。燃气-蒸汽联合循环发电结合了热源温度很高的燃气循环和冷源温度较低的蒸汽循环,大大提高了能源的综合利用放率。燃气-蒸汽联合循环的型式有许多种,最常用的是余热锅炉型联合循环。因为燃气轮机的排气温度相当
5、高(一般为500～600℃),在燃气轮机后面安装一台余热锅炉,可产生高温、高压的蒸汽,送到蒸汽轮机中作功,就可以多发一部分电力,必然提高了燃料中能量的转换效率。图1美国Tampa电站的IGCC发电系统示意 图1是采用Texaco气化技术的美国Tampa电站的IGCC发电系统示意图。 1.1 气化 配置一台德士古(Texaco)气化炉,属水煤浆进料氧气下吹式气流床气化。气化能力2400t/d,水煤浆浓度68％,氧气浓度95％。气化压力2.8～3.0MPa,温度约为1482℃。粗煤
6、气主要成分为H2、CO、CO2和水蒸汽,燃料中的硫转化成SO2和COS。煤中所含灰分在气化过程中熔融成液态渣。高温煤气向下流动进入辐射式煤气冷却器,煤气温度降到约700℃,煤气中的熔融渣在底部水室中淬冷成玻璃状渣。煤气继而进入2个并联的对流式煤气冷却器继续冷却到480℃。煤气显热得到回收,产生10.4MPa的饱和蒸汽。气化炉和辐射式煤气冷却器做成一体,外壳直径5.185m,高39.345m,总重约900t,气化炉炉膛用耐火砖衬里。 1.2 煤气净化 经过对流式冷却器的煤气分两路进入煤
7、气净化系统,清除煤气中的固体颗粒、硫化物、碱金属盐和卤化物等有害物质,以保护燃气轮机及使排气满足环境法规的要求。Tampa电站设置了高温和常温两套煤气净化系统。 高温煤气净化是一套10％容量的工业示范装置,采用美国GE环保公司研究开发的脉动式移动床高温脱硫技术。工作温度482～538℃,用钛锌脱硫剂吸收H2S,生成浓度约13％的SO2,送往硫酸厂,脱硫效率为98％。净化后煤气中H2S和COS含量不超过30μg/g。吸收剂可再生利用。 90％的粗煤气进入常温煤气净化系统,高温煤气净化系
8、统停运时,该系统能处理100％的粗煤气。常温煤气净化采用文丘里洗涤器湿法除尘和MDEA法脱硫,Tampa没有采用水解器将COS转化为H2S,脱硫效率为96％。 1.3 空气分离 配置了一套完全独立的高压空分系统,空气由独立的空气压缩机供给。空分站日产2100t纯度为95％的氧气和6300t纯度为98％的氮气。氧气除供气化炉用外,还供给硫酸厂。氮气经压缩并加热后回注到燃气轮机燃烧室,既可降低NOX的生成,又可增大燃气轮机做功能力。 1.4 联合循环 燃气轮机为MS7001F
