煤气化循环发电系统的主要组成及特点

摘 要：煤气化联合循环(IGCC)发电技术是将高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与煤气化技术相结合，既有高效的发电效率，又环保节能，同时还可以组成多联产系统等优点，是一种先进的发电技术，受到了世界各国的高度重视。本文概述了IGCC发电系统的组成、优缺点，指出IGCC发电技术系统的复杂化以及造价成本偏高是影响IGCC发电站推广的主要因素。煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)发电技术是指煤在气化炉内和氧气、水蒸气反应产生粗煤气，再经过净化装置对粗煤气进行脱硫、脱硝、除尘等其它大气污染物，将粗煤气变为洁净的气体燃料，燃烧后推动燃气轮机进行发电，并且将高温粗煤气、烟气和水进行热交换，在废热锅炉内产生高温高压水蒸汽推动蒸汽轮机发电，这不仅提高了煤的利用效率，还具有优良的环保性能，为煤的洁净燃烧带来了光明。因此，煤气化联合循环发电技术被认为是21世纪最有发展前途的洁净煤发电技术。

关键词：煤气化联合循环；气化炉；优缺点

中图分类号：TM61文献标识码：A

1 煤气化联合循环(IGCC)发电系统的主要组成

煤气化联合循环发电系统(IGCC)主要由煤气发生部分和发电部分组成。第一部分的主要设备有空分分离装置、气化炉、粗煤气净化装置等组成。第二部分的主要设备有燃气轮机、废热锅炉、蒸汽轮机等组成。

空气分离装置主要是通过压缩循环深冷的工艺把气态的空气变成液态，再经过加热精馏将液态空气中逐步分离，生产氧气、氮气及氩气等惰性气体。

气化炉主要是将空分出来的氧气、水蒸气及煤在一定的温度和压力下反应，生产中低热值粗煤气的设备。煤在气化炉中反应，产生的热量用来切断煤中的化学键，其与水蒸气反应，生成CO、H2 、CH4 为主产物的粗煤气。

粗煤气净化装置主要对粗煤气进行脱硫和除尘,一般分为高温净化和常温净化。现在，由于高温净化工艺不够成熟，投产的IGCC发电站一般都采用常温净化系统，同时采用循环水对粗煤气的热量进行回收，减少热量损失。

燃气-蒸汽联合循环发电装置。燃气轮机中的燃气初温很高，约为1200℃，加热温度也很高，但它的放热相对较低也高,仅为450℃～550℃，不少热量随排气进入大气，故热效率最高只能达38％。现代的大型蒸汽轮机蒸汽温度一般低于600℃，但它的放热温度也很低，热效率最高只能达38％～39％。燃气-蒸汽联合循环装置把汽轮机排出的气体的余热利用余热锅炉进行回收，继而产生高温水蒸气推动汽轮机发电，这样既具有燃气轮机的加热高温，又具有蒸汽动力装置的放热低温，从而会具有较高的能量利用率。

2 煤气化联合循环(IGCC)发电系统的主要优点

2.1 燃料的适应性广

IGCC具有燃料适应性广的特点,特别适合利用我国的高硫煤。高硫煤如果直接进行燃烧，势必对环境造成很大的影响。但是通过IGCC发电技术，可以将高硫煤洁净利用，并且可以回收硫。这既可以有效利用资源，又可以节约燃料成本。

2.2 环保性能好

IGCC发电装置的脱硫率可以达到99%以上，并可进行硫回收，二氧化硫排放量很低，每方大约约为25mg，氮氧化物排放浓度也很低，仅为常规电站的15%-20%，耗水量仅为常规电站的33%-50%。并且IGCC发电装置所采用的净化工艺，并不需要非常昂贵的催化剂，这样不会造成二次污染。

2.3 可经济低廉地去除CO2

在IGCC发电系统中，通过对把粗煤气中的CO转换成CO2，并采用CSS技术脱除CO2，可实现CO2准零排放，这是目前发电技术中减少CO2气体排放量的最可行、最有效的方法。

2.4 能量利用率高

现在国际上IGCC电站的有效利用率最高已超过45%，与常规燃煤发电站相比，其效率高出6-9个百分点，随着工程材料的不断发展和技术的改进，若能开发出稳定可靠的高温煤气净化技术，则可以进一步提高能量利用率。

2.5 可实现多联产

气化炉产生的煤气经过净化不仅可以用于联合循环发电，还可以用于供热、制冷、合成甲醇、氨、二甲醚、尿素等化工产品。

3煤气化联合循环(IGCC)发电系统的主要缺点

3.1 系统复杂

IGCC是化工与发电两大行业的综合体。整体化要求高，系统十分复杂，任何一个小系统出现问题，都会影响全局。目前，IGCC发电装置的空分系统还没能建立比较成熟的模型及程序软件，也未能实现空分、气化这两个单元流程以及联合循环系统的整体优化。

3.2 IGCC造价成本高

造价偏高仍然是IGCC电站商业化推广的主要瓶颈。目前，IGCC发电站的一些核心设备都需要从国外购买，这提高了IGCC发电站的造价成本，IGCC电站的造价与国内普通同等级火电站相比，投资规模将是普通火电站的2倍。

结语

众所周知，我国的能源结构特点是富煤贫油少气，这决定了我国的能源结构以煤为主在未来几十年内不会动摇，而燃烧煤造成的污染问题和能量有效利用率低下等多方面问题，目前已经成为亟待解决的问题。IGCC发电技术具有提高燃煤发电效率，减少污染物的排放，实现多联产等优点，可以解决我国燃烧煤碳造成一系列的问题，应该大力推广。

参考文献

[1]孙浩,宋振龙.IGCC发电技术可靠性与经济性分析[J].新疆电力技术,2011,( 1):84-86.

[2]曲伟平.清洁煤发电的CCS和IGCC联产技术[J].电源技术应用,2010,(4):1-8.

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