整体气化联合循环发电（IGCC）多联产工程技术及经济分析

【摘要】本文主要介绍了IGCC及IGCC多联产技术。以某一项目为例，配置传统锅炉与采用IGCC多联产技术在环保、投资和经济方面进行详细的对比，得出后者具有重大的环保价值，从技术上已具备了工业化应用的基础条件，但投资较大，需要政府制定激励机制，才能见到大规模IGCC多联产项目出现。

1、IGCC

整体煤气化联合循环发电系统（Integrated Gasification Combined Cycle简称IGCC），是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分主要包括气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫回收装置）；第二部分主要包括燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后进入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽机做功。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达48%，污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右，氮氧化物排放只有常规电站的15%～20%，耗水只有常规电站的1/2～1/3，利于环境保护。图1为典型的IGCC发电流程简图。

2、IGCC多联产

IGCC及多联产技术以煤气化为基础，把化工产品生产和煤气化发电整合在一起，不仅继承了IGCC的环保优势，又避免了其经济性差的缺点，是改善基于煤气化的煤炭综合利用技术的重要途径。

原始的IGCC并没有多联产技术，国内目前提及的多联产，主要技术背景为：石油价格高涨，让煤变油（CTL，即coal to liquid）具有计算上的经济效益，而CTL的一般工艺也是煤经过气化，到合成气，再经过费托合成C5左右的燃料油，这种做法的最大优点是具有极低的S、N污染物，并且具有很高的辛烷值。多联产实际上包括可能从合成气路径的一切可能的化学品合成：合成氨（用合成气中的H2，与空分来的N2），尿素（利用自产的CO2与NH3合成），甲醇MeOH（用合成气合成），二甲醚DME，及醋酸等。

3、IGCC多联产与传统锅炉的对比案例

3.1 说明

以宁夏某煤化工项目为例，分析在产品同等规模的情况下，采用IGCC多联产技术与采用传统锅炉技术在投资和经济方面的对比。

该项目甲醇规模4X167万吨/年，MTP规模2X50万吨/年，MTO规模2X52万吨/年，Superflex规模70万吨/年，EO/EG规模40万吨/年，聚丙烯装置6X31万吨/年，聚乙烯装置45万吨/年。产品主要包括：45万吨/年PE、185.6万吨/年PP和40.46万吨/年乙二醇。

3.2 IGCC多联产与传统锅炉方框图

3.2.1 传统锅炉方案方框图

3.2.2 IGCC多联产方案方框图

图3 IGCC多联产方案方框图

3.3 两种方案经济技术指标对比表

表3.3-1 传统锅炉方案与IGCC多联产方案经济技术对比表

序号项目名称单位常规锅炉方案IGCC多联产方案

数量数量备注

1发电机组kw4x130000

2锅炉（670 t/h）台10+1

3GE 9E燃气发电机组kw 2x210000

4GE 6F燃气驱动空压机组kw 10x90000

5工程总投资万元95233069706786

6建设投资万元85595288732490

7所得税后内部收益率%11.8111.54基准收益率12%

3.4 对比结论

（1） 经济方面

对于甲醇生产规模为4X167万吨/年、生产PP、乙二醇和PE的项目，常规锅炉工程总投资为9523306万元，IGCC多联产工程总投资为9706786万元，后者比前者多增加183480万元，建设投资增加172962万元，税后内部收益率降低0.27%。

（2） 环保方面

表3.4-1 常规锅炉方案与IGCC多联产方案环保方面对比表

常规锅炉方案IGCC多联产方案备注

用煤量万t/a1537，其中工艺用煤947，热电站用煤5901486IGCC减少用煤量51

H2S排放量t/a195.8307.1IGCC增加排放111.3

SO2排放量t/a6604.2311.5IGCC减少排放6292.7

NOX排放量t/a16992.84218.3IGCC减少排放12774.5（其中工艺排放只到合成气处理完，不包括后面流程排放）

CO2排放量t/a2398531722723560IGCC减少排放1261757

烟气量Nm3/h52843975110616IGCC减少排放173781

固废排放量万t/a501.3587.7IGCC增加86.4

其中热电站126.7，气化渣374.6（全部为气化渣）

从上表可以看出：

（1）由于IGCC燃烧效率高于锅炉的燃烧效率，因此采用IGCC多联产方案比采用常规锅炉方案可节约用煤量51万t/a，采用IGCC多联产方案符合当前的节能减排要求；

（2）IGCC多联产方案通过采用硫磺回收工艺，可将常规锅炉方案的石灰石-石膏脱硫效率90%提高至99.9%，大大降低SO2的排放量；NOX排放量大也是常规锅炉方案的主要环境问题，常规锅炉方案NOX排放浓度为400mg/m3，IGCC多联产方案仅为100mg/m3；

（3）IGCC多联产方案SO2排放量311.5t/a，NOX排放量4218.3t/a，CO2排放量为2272.4万t/a，比常规锅炉方案分别减少6292.7t/a，12774.5t/a，126.2万t/a。因此采用IGCC多联产方案可最大限度降低项目排放污染物对周围环境空气质量的影响；

（4）本工程CO2排放量较大，由于CO2为温室气体，因此采用IGCC多联产方案既可以减少CO2的排放量，又可以将CO2分散排放改变为集中排放，有利于将来对CO2的行综合利用，因此IGCC多联产方案符合循环经济与清洁生产的要求；

（5）从投资角度分析，采用IGCC多联产方案虽然会增加一定设备投资，但采用IGCC多联产方案可以不用配套脱硫和脱硝装置，同时副产硫磺产品，可以降低一部分运行成本。

4、小结

（1）对于传统型化工项目，热电站是项目主要大气污染源，其排放量占本项目污染物排放总量的90%以上，从环境保护角度，IGCC多联产方案是最优的。

（2）采用IGCC多联产投资相对较高，如果政策制订者可以提供激励制度来弥补IGCC的高成本，有望在不远的将来看到对IGCC的大规模投资。

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