淺談IGCC技術的發電技術

杜佳龍

摘要：整體煤氣化聯合循環發電技術是高效清潔燃煤發電可供選擇的重要發展方向之一。本文介紹了IGCC技術的國內外的應用情況、igcc的關鍵技術以及對igcc技術未來的展望。

關鍵詞：igcc;聯合循環

一、引言

我國的能原結構是貧油、少氣、富煤，煤炭占一次能源總消費量的75%以上。中國石油可采儲量約為50億噸，天然氣可采儲量為2萬億立方米，煤炭可開采儲量為7650億噸。如果統一換算成標準煤，中國百年內可采用的資源總量約2萬億噸標煤。其中煤炭為15000億噸標煤，占75%，其他化石能源為1000億噸標煤，占5%，可再生能源為4000億噸標煤，占20%。隨著我國經濟得發展，電力的消耗以難以置信的速度增長。IGCC是目前最有前途的發電和燃料制備技術，不僅滿足電力發展的需求，還有滿足環境和氣候的要求。IGCC將中國的主要動力資源-燃煤與高效環保的燃機技術通過煤的氣化和清潔工藝有機的結合在一起， 在發電效率和環保等方面具有無可爭議的優勢。

二、國內外發展現狀

（一）國際發展現狀

1.美國

美國是IGCC技術發展的引領者和推動者，經過近10年的示范運行，已著手建設商業電站。由于美國各州的環保法規對燃煤電站的掛放要求日益嚴格，IGCC電站以其優異的環保性能成為新建燃煤電站的主要選擇。據美國能源部（DOE）的統計，截至2008年上半年，美國國內在建和獲批的IGCC電站有6座，對外發布的IGCC電站有22座。美國擬建的IGCC發電機組采用標準化設計和建設，以降低造價。標準計多由2臺燃機+2臺余熱鍋爐+1臺蒸汽輪發電機組構成1套600MW級的IGCC發電機組.據DOE最新介紹，美國總體規劃建設10座IGCC標準電站，以推動IGCC電站的商業應用。

2.日本

日本在IGCC技術方面以自主創新為主。采用三菱重工的空氣氣化爐和低熱值合成氣燃機建設的250MW IGCC示范電站已于2008年投運.氣化爐為干法給料，耗煤量為1700t/d，凈功率為220MW，凈效率為42%。下一點示范電站將采用M701F燃氣輪機，容量可達到450MW，效率達到45%-46%，未來考慮將功率放大到650MW，效率力爭達到48 -50%。示范電站還將考慮與CO，的捕集和封存結合，把捕集的二氧化碳進行地質海洋封存。

（二）國內發展現狀

2004至今，我國籌建多臺igcc示范電站。2010年建成中國電網公司煙臺300～400MWIGCC示范電站;2010年建成中國華能GreenGen第一階段示范工程250MW級IGCC，該階段示范工程擁有先進的干粉氣化技術，二氧化碳，分離、制氫和燃料電池試驗系統;2015年中國華能GreenGen第二階段示范L程300～400MW級IGCC電站投運，擁有先進的干粉氣化技術，100W級CO2分離、制氫、氫能發電示范系統;中國大唐集團、中國電力投資集團公司等正在籌建3～ 5臺300～400MW等級的IGCC電站。華能天津綠色電站250MW示范項目是中國首個自主創新的IGCC電站，采用華能2000t/d氣化爐， E級燃機， 2012年4月完成試車任務。2016年，華能天津IGCC電站首次實現國產氣化爐單一煤種燃燒，并成功完成世界上最大的燃燒前二氧化碳捕集裝置的滿負荷試運。機組全年完成利用小時5000小時，氣化爐最長連續運行超過117天，創電站歷史新高。

三、主要技術原理

（一）空分技術

空分系統是為氧氣氣化的煤氣化爐提供氣化劑--氧氣而設置的空氣分離系統。主要分為以下幾類：低溫精餾法、分凝法、吸收法、吸附法、薄膜滲透法。目前國內外廣泛采用的時低溫精餾法空分工藝，低溫精餾法：是先將氣體混合物冷凝為液體，然后再按各組分蒸發溫度的不同將他們予以分離。精餾的方法適用于被分離組分沸點相近的情況，如氧和氮的分離、氧和氬的分離等

（二）煤氣化技術

煤的氣化是一個在高溫 條件下使煤與氣化劑作用， 進行各種化學 反應，把煤炭轉變為燃料用煤氣或合成用煤氣。氣化爐中的氣化反應主要是煤中的C與氣化劑中的O2、H2O、 CO2和H2的反應，也有C和產物以及產物之間進行的反應。主要發生以下反應：（1）煤的裂解和揮發分的燃燒（2）燃燒及氣化反應（3）氣化反應

（三）煤氣凈化技術

在IGCC系統中，合成氣凈化工藝必不可少，通常合成氣中除CO、H、CH、CO2外，還有H2S、COS、粉塵、鹵化物、NH堿金屬及焦油蒸汽等雜質，這些雜質對燃氣輪機及后續的其它系統有腐蝕和磨損的危害，為了使IGCC機組正常運行并達到較高的可靠性，必須在合成氣進入燃氣輪機之前，對其進行凈化處理。

四、應用情況

全世界總安裝的氣化爐容量：約70，000MW或相當的IGCC電功率38，000 MW;IGCC的安裝容量平均每年增加10%/年。目前全世界有40-60座以煤、焦、油、生物質、等原料的igcc電站，大體效率在45%-52%左右，每KW發電投資900-1300美元。lGCC已從示范走向商業化全面發展的新階段。以美國為首的西方發達國家紛紛推出新的IGCC項目，發展中國家也開始了ICCC 的示范電站工程。據不完全統計，迄今世界上已建/在建/擬建的ICCC電站工程項目達到116個。中國各大電力公司推出IGCC計劃，準備上15個項目，其中兩個是將現有的燒油聯合循環改造為燃煤的IGOC;山東兗礦集團以敢為天下先的勇氣開創了我國電力/工藝熱/甲醇/醋酸多聯產煤基ICCC商業化運營的先河;福建煉油乙烯一體化IGCC工程是我國石化系統在建的一個ICCC項目，原料是石油焦，也是我國唯一在建的10CC非電力行業首先運營ICOC是我國的一大特色; 深圳煤化工及ICCC項目，2006年8月大唐集團與深圳市政府簽署了合作框架協議，總投資220億，年產值可達120億，可向珠江三角地區提供基礎化學品100萬ta，向園區集中供應公用工程、公用氣體、化工特種氣體，向廣東電網供電約26億kW.h/a。我國的ICCC項目總數達到18個，位居世界第二。

五、結論

IGCC是一種高效.低污染的潔凈煤發電技術。已走過概念驗證和工業示范階段，示范電站的運行證明了IGCC 高效潔凈的特點，電站的可用率目前可達到80-85%.還有進一步提高可靠性和可用率。我國在IGCC關鍵技術研發方面已有一定的基礎，國內發展ICCC應以建設示范電站為依托，走以自主開發為主、適當引進的技術路線，在有條件的領域加大自主創新技術及其工程化的力度。

參考文獻：

[1]徐梓銘，世界各國IGCC發展現狀[J].現代交際，2009.

[2]崔意華，謝欣馨，楊云龍，潔凈煤技術發展思路探討[J].化肥設計，2012.

[3]孫浩，宋振龍，整體煤氣化聯合循環IGCC發電技術研究與應用[J].新疆電力設計院，2010.

[4]任永強，車得福，許世森，李小宇，陶繼業，劉剛，國內外 IGCC 技術典型分析[J].中國電力，2019.