整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中采用獨(dú)立或整體化空氣分離裝置的探討

王欣榮(東華工程科技股份有限公司,安徽 合肥 230024)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的是一種先進(jìn)的電力生產(chǎn)系統(tǒng)，其主要工作原理，是將煤氣化技術(shù)與發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合起來，形成高效的聯(lián)合循環(huán)體系。國內(nèi)目前存有的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)主要有兩部分構(gòu)成，其一是主要的煤氣化技術(shù)設(shè)備，如汽化爐、空氣分離裝置、回收設(shè)備、凈化設(shè)備等；其二是主要的發(fā)電機(jī)械設(shè)備，如發(fā)電系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)和余熱回收鍋爐等等。

在研究整體煤氣聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的空氣分離裝置使用方式之前，需要闡明的是，研究是基于熱力學(xué)過程為基礎(chǔ)的，通過不同程度的壓力比較，可以得到不同的生產(chǎn)效率。合理科學(xué)的使用空氣分離裝置，有助于提升整個系統(tǒng)的產(chǎn)能，對我國的化工產(chǎn)業(yè)和電力產(chǎn)業(yè)而言具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)概述

使用煤炭資源發(fā)電在我國具有悠久的歷史，一方面源于我國豐富的煤炭資源，巨大的儲量在漫長的使用過程中形成了完善的系統(tǒng)和體制，尤其是在技術(shù)和設(shè)備方面，國內(nèi)日趨一致化；其次，源于我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的粗放型經(jīng)營模式，對煤炭的資源的利用僅限于提高熱能的利用率，但實(shí)際上煤炭中蘊(yùn)含著其他豐富的資源，經(jīng)過化工工藝提取后，可以滿足市場需求，同時減少了煤炭燃燒過程中的環(huán)境污染問題。

目前，世界范圍內(nèi)都認(rèn)為整體煤氣聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是發(fā)電技術(shù)中最為情節(jié)的技術(shù)。我國針對這一技術(shù)的應(yīng)用始于上世紀(jì)八十年代末期，經(jīng)過了長期的發(fā)展，在主要的技術(shù)——?dú)饬鞔裁悍蹥饣夹g(shù)方面越發(fā)完善純熟，目前也形成了完善的聯(lián)合循環(huán)生產(chǎn)體系。但是就單純地技術(shù)層面分析，還存在局部可改進(jìn)的地方。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是有一系列子系統(tǒng)構(gòu)成的，其中最主要的就是空氣分離裝置部分，其余包括氣化裝置、燃機(jī)設(shè)備、凈化設(shè)備以及其他工作設(shè)備。這些系統(tǒng)（設(shè)備）之間通過相互協(xié)作，能夠?qū)φw煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)形成有優(yōu)化促進(jìn)反應(yīng)，促使整個發(fā)電系統(tǒng)的工作效率大幅度提高。

其中，空氣分離裝置中劃分為獨(dú)立和整體兩部分。獨(dú)立空氣分離裝置是低壓空分系統(tǒng)，整體空氣分離裝置是中壓系統(tǒng)，兩者在功能上沒有本質(zhì)的區(qū)別。

2 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中空氣分離裝置的選擇

空氣分離裝置的應(yīng)用范圍很廣，因此也形成了不同的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，空氣分離裝置的設(shè)置都會主動尋求與設(shè)備環(huán)境相匹配的溫度、壓力，用來實(shí)現(xiàn)氮?dú)?、氧氣、氫氣等產(chǎn)物的分離提純。這是根據(jù)空氣分離裝置的設(shè)計特性為前提的。

但是，針對于不同的工業(yè)行業(yè)而言，空氣分離器所提供的產(chǎn)品壓力要求個不相同。以作為氣化劑的氧氣威力，冶金行業(yè)中的氧氣壓力為3MPa（理想情況），而化工行業(yè)中多為40MPa以上；由此，針對符合自身的行業(yè)情況選擇合適的空氣分離裝置至關(guān)重要，這是影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。

用來衡量空氣分離裝置的指標(biāo)中，壓縮機(jī)效率是首選要素，結(jié)合整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，要求壓縮機(jī)的有效功率持續(xù)為80%以上，才能夠維持最基本的系統(tǒng)工作效率。

3 獨(dú)立或整體化空氣分離裝置應(yīng)用對比

無論是獨(dú)立空氣分離裝置或是整體空氣分離裝置，在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用是依據(jù)具體設(shè)備而言的。以目前最為先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)為例，要想提高燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電量效率，就必須實(shí)現(xiàn)高溫、高壓同時存在的特征；數(shù)據(jù)表明，在氧氣純度達(dá)到最優(yōu)化的前提下，壓力越大，設(shè)備的轉(zhuǎn)燃值就越高，這一情況下就可以選擇整體性空氣分離裝置。

相應(yīng)地，獨(dú)立空氣分離裝置的應(yīng)用更傾向于對整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的把控，必要的時候可以減少氧氣產(chǎn)品從空氣分離裝置出口的流量，或適當(dāng)提高氮?dú)獾谋壤?/p>

獨(dú)立空氣分離設(shè)備在應(yīng)用的過程中，由于自身的功率較小，但可以更好的發(fā)揮靈活性，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)在實(shí)際建設(shè)中，會根據(jù)實(shí)際作業(yè)場地情況構(gòu)建，作為一種可變換設(shè)備而言，顯然比整體空氣分離設(shè)備更具有優(yōu)勢；同樣，從系統(tǒng)產(chǎn)能的完備性角度來說，整體空氣分離裝置作為固化模塊，實(shí)現(xiàn)了與整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的緊密結(jié)合。

4 結(jié)語

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展從側(cè)面反應(yīng)出我國對新型能源利用的迫切性。煤炭資源作為一次性消費(fèi)能源，本身蘊(yùn)含著更大的利用價值，在以往粗放型的應(yīng)用方式中，不僅造成了資源的浪費(fèi)，同時也給環(huán)境形成了沉重的負(fù)擔(dān)。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是利用煤氣化技術(shù)進(jìn)行電力生產(chǎn)的清潔、高效體系，隨著產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)的定性，技術(shù)發(fā)展也陷入了瓶頸期和緩慢氣，但從提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本方面來說，空氣分離裝置的“微創(chuàng)新”也能夠形成明顯的作用。

[1]胡騰霄,張寶生,許廣生,艾長松.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)的發(fā)展[J].黑龍江電力,2003,01:50-55.

[2]何語平.潔凈煤發(fā)電技術(shù)—整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)[J].浙江電力,2003,01:18-21+32.