李偉 陳文福 王偉臣 劉衛(wèi)平 張宇 張應(yīng)田

（1天津電力調(diào)度通信中心，天津市，300010；2天津電力科學(xué)研究院，天津市，300384）

引言

全球氣候問(wèn)題越來(lái)越引起人們的高度關(guān)注，以低能耗、低排放、低污染為特征的“低碳經(jīng)濟(jì)”成為全球政治經(jīng)濟(jì)博弈的熱點(diǎn)。我國(guó)電力供應(yīng)主要以煤電為主，為降低煤煙型污染，大力發(fā)展燃煤技術(shù)是提高煤炭使用效率、減少污染、經(jīng)濟(jì)可行的研究方向。IGCC發(fā)電技術(shù)既具有聯(lián)合循環(huán)的高效率，又解決了燃煤發(fā)電帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

198 4年美國(guó)Cool Water工程是世界上第1個(gè)正式運(yùn)行成功的完整的IGCC電站，總?cè)萘繛?00 MW。1987年由DOC化學(xué)公司在美國(guó)路易斯安那州建成投運(yùn)的LGT 1 IGCC示范電站，容量為160 MW。這2個(gè)示范電站的試運(yùn)成功，使專家們堅(jiān)信原煤經(jīng)氣化、脫硫、凈化制成合成氣后，作為先進(jìn)的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電中的潔凈燃料是一條可行的、高效節(jié)能、低污染的潔凈煤發(fā)電途徑。

目前，世界上已投入商業(yè)運(yùn)行的250 MW以上的IGCC電站有美國(guó)的Wabash River(260 MW)和Tampa(250 MW)、荷蘭的Demkolec(253 MW)和西班牙的Puertollano(300 MW)等5座。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

IGCC現(xiàn)已具備一定商業(yè)發(fā)電規(guī)模，擁有趨于成熟的工業(yè)化優(yōu)勢(shì)，有望成為煤電的主要形式。為了適應(yīng)“低碳環(huán)?！钡男枰?，也為了我國(guó)提高煤電的發(fā)電效率，國(guó)家三部委于“八五”期間成立了IGCC專家小組，有計(jì)劃的安排IGCC研究課題，為IGCC技術(shù)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化打下基礎(chǔ)。

華能天津IGCC電廠是世界上第六座、國(guó)內(nèi)第一座250 MW級(jí)的IGCC示范電站，它的投產(chǎn)，標(biāo)志“綠色煤電”在中國(guó)正式起航！

2 工藝流程介紹

IGCC是把煤氣化和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)有機(jī)集成的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。在IGCC系統(tǒng)中，煤碳經(jīng)過(guò)氣化變成中低熱值煤氣，經(jīng)凈化處理后，通過(guò)除掉煤氣所含有的硫化物、氮化物、粉塵等雜質(zhì)，變成干凈的氣體燃料，送入燃?xì)廨啓C(jī)中，在燃燒室里進(jìn)行燃燒，煤氣燃燒后驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶龉Πl(fā)電，利用高溫排氣在余熱鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。其原理圖如圖1所示。

3 華能天津IGCC機(jī)組變負(fù)荷能力分析

對(duì)于IGCC機(jī)組的變負(fù)荷能力，需要分析各裝置的變負(fù)荷能力。同時(shí)，IGCC發(fā)電機(jī)組在變負(fù)荷運(yùn)行工況下，系統(tǒng)將會(huì)受到氣化裝置、空分裝置等設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行能力的限制。

圖1 IGCC原理示意圖

3.1 空分裝置變負(fù)荷情況分析

空分裝置采用安全低壓、透平膨脹、氮水遇冷、分子篩吸附、內(nèi)壓縮（液氧）的工藝流程。華能天津IGCC項(xiàng)目空分裝置采用開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司的46000Nm3/h空分設(shè)備，裝置的負(fù)荷可調(diào)整范圍在75%～105%之間。但在較低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于大型空氣壓縮機(jī)電耗較高，極不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于空分裝置，在國(guó)內(nèi)主要在化工裝置上，對(duì)空分裝置的變負(fù)荷要求只是匹配后續(xù)裝置出力即可，無(wú)變化率要求，且變負(fù)荷過(guò)程通過(guò)手動(dòng)來(lái)完成。對(duì)于熟練操作工人，空分的變負(fù)荷能力一般為0.25%～0.5%。

3.2 氣化裝置變負(fù)荷情況

煤氣化裝置是以煤為原料，將煤轉(zhuǎn)化為合成氣的裝置。華能IGCC項(xiàng)目氣化技術(shù)采用國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的兩段式干煤粉氣化技術(shù)。氣化裝置在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)候已經(jīng)考慮了設(shè)備變負(fù)荷能力，可以長(zhǎng)期在較低負(fù)荷下運(yùn)行，其負(fù)荷可以在50～110%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，負(fù)荷調(diào)節(jié)速率可以達(dá)到2%分鐘。

3.3 凈化裝置變負(fù)荷情況

根據(jù)兩段式干煤粉氣化裝置制出的合成氣壓力高、硫含量高、氣量大的特點(diǎn)，凈化裝置采用MDEA工藝。MDEA對(duì)H2S有良好的選擇性，穩(wěn)定性好、蒸汽壓力低、溶劑損失小、凈化裝置負(fù)荷可以在50～110%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，負(fù)荷調(diào)節(jié)速率可以達(dá)到2%/分鐘。

3.4 聯(lián)合循環(huán)裝置變負(fù)荷情況

根據(jù)西門子公司技術(shù)資料，燃汽機(jī)組適用于低熱值煤氣，負(fù)荷調(diào)節(jié)速率可達(dá)3-5%分鐘，在不投油助燃的經(jīng)濟(jì)情況下，為維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)荷應(yīng)至少維持在50%以上。

3.5 機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行的建議

根據(jù)以上分析，各部分的負(fù)荷調(diào)整性能如下：空分裝置為0.25～0.5%；氣化裝置為2%分鐘，凈化裝置為2%分鐘，聯(lián)合循環(huán)3-5%分鐘，且空分裝置最低運(yùn)行負(fù)荷為75%以上。因此，本工程的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力主要取決于空分裝置變負(fù)荷速度，即華能天津IGCC機(jī)組運(yùn)行方式受空分裝置變負(fù)荷率的限制。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在75-100%之間調(diào)整，空分裝置在手動(dòng)調(diào)整的情況下，變化率可以達(dá)到0.25-0.5%/分鐘，但由于IGCC系統(tǒng)工藝路線長(zhǎng)，空分系統(tǒng)處于整個(gè)工藝的首段，即便實(shí)現(xiàn)0.25-0.5%/分鐘負(fù)荷變化率，延遲也是很大的。因此，現(xiàn)階段此機(jī)組適合帶基本負(fù)荷運(yùn)行。

4 結(jié)論

華能天津IGCC示范電站機(jī)組變負(fù)荷能力范圍小、變負(fù)荷速率慢，根據(jù)華能天津IGCC機(jī)組的特性，目前該機(jī)組雖具備投入AGC能力，但AGC調(diào)整模式暫定為BLO（嚴(yán)格跟蹤基點(diǎn)模式）。且得出以下結(jié)論：

1、空分系統(tǒng)是IGCC機(jī)組變負(fù)荷速率慢及變負(fù)荷能力差的主要原因，可以效仿荷蘭Demkolec電站，再引進(jìn)一套50%容量的獨(dú)立空分系統(tǒng)作為備用，這樣不僅提高變負(fù)荷速率，提高機(jī)組調(diào)峰能力，而且開(kāi)車靈活、控制簡(jiǎn)單、可靠性高，是目前解決華能天津IGCC機(jī)組調(diào)峰能力差的可行方法之一。

2、加快新技術(shù)的研究，通過(guò)對(duì)氣化技術(shù)改進(jìn)，使空氣成為氣化劑，這樣就可以省去空分系統(tǒng)，直接由空氣參與氣化反應(yīng)，從而擺脫空分系統(tǒng)對(duì)IGCC機(jī)組的約束和限制。而且省去空分系統(tǒng)后，可以大大降低廠用電率，降低發(fā)電成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；減少空分系統(tǒng)后，設(shè)備投資相應(yīng)降低，使IGCC建設(shè)投資費(fèi)用更接近于常規(guī)火電，利于今后IGCC技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3、引入天然氣作為備用起源，當(dāng)合成氣不能正常提供時(shí)，切換天然氣作為燃料，保證對(duì)電網(wǎng)供電；當(dāng)電網(wǎng)需要IGCC機(jī)組快速漲出力時(shí)，可適當(dāng)補(bǔ)充天然氣作為燃料，以滿足電網(wǎng)需求。

4、電網(wǎng)公司不斷完善相關(guān)經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)、補(bǔ)償規(guī)定，對(duì)參與電網(wǎng)調(diào)峰、為電網(wǎng)做出貢獻(xiàn)的機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，促進(jìn)并幫助華能天津IGCC電站進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與改造，提高機(jī)組調(diào)峰能力，以更好地為電網(wǎng)服務(wù)，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，為IGCC技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1、趙東旭.我國(guó)IGCC發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及政策建議.電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),2007,Vol.19(6):40～43.

2、徐強(qiáng),曹江等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）特點(diǎn)綜述及產(chǎn)業(yè)化前景分析.鍋爐技術(shù)，2006，Vol.37(6):1～9.

3、徐彤，王新雷.促進(jìn)IGCC發(fā)電技術(shù)在我國(guó)發(fā)展的建議.研究與探討,2010,Vol.32(9):25～27.

4、王宇,黃小平.IGCC原理及其可靠性分析.石油化工設(shè)計(jì),2010,Vol.27(3):51～54.

5、戚利利,張忠孝等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力島及系統(tǒng)特性研究.潔凈煤技術(shù),2010,Vol.16(5):68～72.