煤氣化循環發電系統的主要組成及特點

李元柱 張念龍 郄海明

(兗礦集團國宏化工有限責任公司，山東 鄒城 2735007)

1 煤氣化聯合循環(IGCC)發電系統的主要組成

煤氣化聯合循環發電系統(IGCC)主要由煤氣發生部分和發電部分組成。第一部分的主要設備有空分分離裝置、氣化爐、粗煤氣凈化裝置等組成。第二部分的主要設備有燃氣輪機、廢熱鍋爐、蒸汽輪機等組成。

空氣分離裝置主要是通過壓縮循環深冷的工藝把氣態的空氣變成液態，再經過加熱精餾將液態空氣中逐步分離，生產氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體。

氣化爐主要是將空分出來的氧氣、水蒸氣及煤在一定的溫度和壓力下反應，生產中低熱值粗煤氣的設備。煤在氣化爐中反應，產生的熱量用來切斷煤中的化學鍵，其與水蒸氣反應，生成CO、H2、CH4為主產物的粗煤氣。

粗煤氣凈化裝置主要對粗煤氣進行脫硫和除塵,一般分為高溫凈化和常溫凈化。現在，由于高溫凈化工藝不夠成熟，投產的IGCC發電站一般都采用常溫凈化系統，同時采用循環水對粗煤氣的熱量進行回收，減少熱量損失。

燃氣-蒸汽聯合循環發電裝置。燃氣輪機中的燃氣初溫很高，約為1200℃，加熱溫度也很高，但它的放熱相對較低也高,僅為450℃～550℃，不少熱量隨排氣進入大氣，故熱效率最高只能達38%。現代的大型蒸汽輪機蒸汽溫度一般低于600℃，但它的放熱溫度也很低，熱效率最高只能達38%～39%。燃氣-蒸汽聯合循環裝置把汽輪機排出的氣體的余熱利用余熱鍋爐進行回收，繼而產生高溫水蒸氣推動汽輪機發電，這樣既具有燃氣輪機的加熱高溫，又具有蒸汽動力裝置的放熱低溫，從而會具有較高的能量利用率。

2 煤氣化聯合循環(IGCC)發電系統的主要優點

2.1 燃料的適應性廣

IGCC 具有燃料適應性廣的特點,特別適合利用我國的高硫煤。高硫煤如果直接進行燃燒，勢必對環境造成很大的影響。但是通過IGCC發電技術，可以將高硫煤潔凈利用，并且可以回收硫。這既可以有效利用資源，又可以節約燃料成本。

2.2 環保性能好

IGCC發電裝置的脫硫率可以達到99%以上，并可進行硫回收，二氧化硫排放量很低，每方大約約為25mg，氮氧化物排放濃度也很低，僅為常規電站的15%-20%，耗水量僅為常規電站的33%-50%。并且IGCC發電裝置所采用的凈化工藝，并不需要非常昂貴的催化劑，這樣不會造成二次污染。

2.3 可經濟低廉地去除CO2

在IGCC發電系統中，通過對把粗煤氣中的CO轉換成CO2，并采用CSS技術脫除CO2，可實現CO2準零排放，這是目前發電技術中減少CO2氣體排放量的最可行、最有效的方法。

2.4 能量利用率高

現在國際上IGCC電站的有效利用率最高已超過45%，與常規燃煤發電站相比，其效率高出6-9個百分點，隨著工程材料的不斷發展和技術的改進，若能開發出穩定可靠的高溫煤氣凈化技術，則可以進一步提高能量利用率。

2.5 可實現多聯產

氣化爐產生的煤氣經過凈化不僅可以用于聯合循環發電，還可以用于供熱、制冷、合成甲醇、氨、二甲醚、尿素等化工產品。

3 煤氣化聯合循環(IGCC)發電系統的主要缺點

3.1 系統復雜

IGCC是化工與發電兩大行業的綜合體。整體化要求高，系統十分復雜，任何一個小系統出現問題，都會影響全局。目前，IGCC發電裝置的空分系統還沒能建立比較成熟的模型及程序軟件，也未能實現空分、氣化這兩個單元流程以及聯合循環系統的整體優化。

3.2 IGCC造價成本高

造價偏高仍然是IGCC電站商業化推廣的主要瓶頸。目前，IGCC發電站的一些核心設備都需要從國外購買，這提高了IGCC發電站的造價成本，IGCC電站的造價與國內普通同等級火電站相比，投資規模將是普通火電站的2倍。

結語

眾所周知，我國的能源結構特點是富煤貧油少氣，這決定了我國的能源結構以煤為主在未來幾十年內不會動搖，而燃燒煤造成的污染問題和能量有效利用率低下等多方面問題，目前已經成為亟待解決的問題。IGCC發電技術具有提高燃煤發電效率，減少污染物的排放，實現多聯產等優點，可以解決我國燃燒煤碳造成一系列的問題，應該大力推廣。

[1]孫浩,宋振龍.IGCC發電技術可靠性與經濟性分析[J].新疆電力技術,2011,(1):84-86.

[2]曲偉平.清潔煤發電的CCS和IGCC聯產技術[J].電源技術應用,2010,(4):1-8.