煤氣化循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)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(zé)任公司，山東 鄒城 2735007)

1 煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)的主要組成

煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)主要由煤氣發(fā)生部分和發(fā)電部分組成。第一部分的主要設(shè)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(shè)備有燃?xì)廨啓C、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(huán)深冷的工藝把氣態(tài)的空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過加熱精餾將液態(tài)空氣中逐步分離，生產(chǎn)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(yīng)，生產(chǎn)中低熱值粗煤氣的設(shè)備。煤在氣化爐中反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量用來切斷煤中的化學(xué)鍵，其與水蒸氣反應(yīng)，生成CO、H2、CH4為主產(chǎn)物的粗煤氣。

粗煤氣凈化裝置主要對粗煤氣進(jìn)行脫硫和除塵,一般分為高溫凈化和常溫凈化。現(xiàn)在，由于高溫凈化工藝不夠成熟，投產(chǎn)的IGCC發(fā)電站一般都采用常溫凈化系統(tǒng)，同時采用循環(huán)水對粗煤氣的熱量進(jìn)行回收，減少熱量損失。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置。燃?xì)廨啓C中的燃?xì)獬鯗睾芨?，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(jìn)入大氣，故熱效率最高只能達(dá)38%。現(xiàn)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(dá)38%～39%。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置把汽輪機排出的氣體的余熱利用余熱鍋爐進(jìn)行回收，繼而產(chǎn)生高溫水蒸氣推動汽輪機發(fā)電，這樣既具有燃?xì)廨啓C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(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點

2.1 燃料的適應(yīng)性廣

IGCC 具有燃料適應(yīng)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(jìn)行燃燒，勢必對環(huán)境造成很大的影響。但是通過IGCC發(fā)電技術(shù)，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(jié)約燃料成本。

2.2 環(huán)保性能好

IGCC發(fā)電裝置的脫硫率可以達(dá)到99%以上，并可進(jìn)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(guī)電站的15%-20%，耗水量僅為常規(guī)電站的33%-50%。并且IGCC發(fā)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(jīng)濟低廉地去除CO2

在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中，通過對把粗煤氣中的CO轉(zhuǎn)換成CO2，并采用CSS技術(shù)脫除CO2，可實現(xiàn)CO2準(zhǔn)零排放，這是目前發(fā)電技術(shù)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(xiàn)在國際上IGCC電站的有效利用率最高已超過45%，與常規(guī)燃煤發(fā)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(fā)展和技術(shù)的改進(jìn)，若能開發(fā)出穩(wěn)定可靠的高溫煤氣凈化技術(shù)，則可以進(jìn)一步提高能量利用率。

2.5 可實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)

氣化爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過凈化不僅可以用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，還可以用于供熱、制冷、合成甲醇、氨、二甲醚、尿素等化工產(chǎn)品。

3 煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電系統(tǒng)的主要缺點

3.1 系統(tǒng)復(fù)雜

IGCC是化工與發(fā)電兩大行業(yè)的綜合體。整體化要求高，系統(tǒng)十分復(fù)雜，任何一個小系統(tǒng)出現(xiàn)問題，都會影響全局。目前，IGCC發(fā)電裝置的空分系統(tǒng)還沒能建立比較成熟的模型及程序軟件，也未能實現(xiàn)空分、氣化這兩個單元流程以及聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

3.2 IGCC造價成本高

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

結(jié)語

眾所周知，我國的能源結(jié)構(gòu)特點是富煤貧油少氣，這決定了我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主在未來幾十年內(nèi)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(jīng)成為亟待解決的問題。IGCC發(fā)電技術(shù)具有提高燃煤發(fā)電效率，減少污染物的排放，實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點，可以解決我國燃燒煤碳造成一系列的問題，應(yīng)該大力推廣。

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

[2]曲偉平.清潔煤發(fā)電的CCS和IGCC聯(lián)產(chǎn)技術(shù)[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2010,(4):1-8.