[浅谈IGCC的工作系统与发展] 发展党员工作细则2018

　　摘 要：本文简要介绍了IGCC技术的发展现状，对机组的各个关键设备进行了分析和探讨，分析了目前IGCC存在的问题，并提出了改进方法。　　关键词：IGCC；煤气化；燃气轮机；余热锅炉
　　1 概述
　　IGCC又称为整体煤气化联合循环发电（Integrated Gasification Combined Cycle），是将煤炭气化和燃气-蒸汽联合循环发电系统有机集成的一种洁净煤发电技术。在IGCC系统中，采用原料煤作为燃料，经过气化炉将其转化为煤气，并经除尘、脱硫等净化工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功。燃气轮机排出的高温烟气经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现煤气化联合循环发电过程。IGCC主要有以下几方面优点：
　　(1)粉尘、NOx、SOx的排放量小，能满足严格的环境要求。
　　(2)供电效率高。供电效率能达到42%～45%，最终可达50%～52%，有利于减少CO2的排放。
　　(3)燃煤后的副产品如熔渣和飞灰可作建筑水泥材料，煤脱硫后的副产品可制得单质硫或硫酸，对环境无害，可以实现零排放。
　　(4)可以通过合理选择气化炉形式和气化工艺，燃用各种品位的煤种。
　　(5)气化的合成煤气，也可制取甲醇、汽油、尿素等化学品，使煤得以综合利用。
　　（6）节水
　　2 发展概况
　　IGCC技术始于上世纪70年代初，1984年，美国“冷水”IGCC电站试验成功，宣告了IGCC发电技术的可行性，并取得了极好的环保效果。此后，英国，美国，日本，荷兰等国家纷纷建立了IGCC的示范电站。
　　我国从上世纪80年代起就跟踪IGCC技术的发展，并且将其列入国家重点科技发展项目。如2004年华能集团推出了“绿色煤电”发展计划，即与7家发电、煤炭、投资公司共同成立绿色煤电公司，形成以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主、并进行CO2分离和处理的、适合中国国情的煤基绿色能源系统；此外大唐、中电投、华电、国华等发电集团也有IGCC项目正在进行中。
　　3 典型的IGCC工作系统
　　IGCC电站一般由以下系统组成，即气化系统，煤气净化系统，空分系统以及动力系统，是一个多种设备，多种技术性能集成的复杂系统。因此，IGCC整个系统的性能取决于子系统的性能及各子系统间的匹配，而各子系统的组合及其性能都直接影响整个系统的性能指标。整个系统如下图所示。
　　4 关键技术
　　4.1 气化炉系统
　　气化炉为IGCC系统的关键，依据气化炉的操作状态不同，煤气化可以划分为不同的类别。按照最常用的流体力学状态和物料的运动方式分类，主要有固定床、流化床和喷流床三种类型。喷流床气化炉有Texaco炉、Destec炉、PRENFLO炉、Shell炉等类型。流化床气化炉有KRW炉、U-Gas炉等。固定床气化炉有鲁奇炉和BGL炉等。
　　1）固定床。煤（焦）由气化炉顶部加入，自上而下经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层，最后形成灰渣排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层（两者合称气化层）。固定床气化炉的负荷调节性能较好，煤气中CH4的含量较大，有利于提高煤气的发热量。固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求较高，入炉煤要有一定的粒(块)度（约6-50mm）及均匀性。煤的机械强度、热稳定性、粘结性和结渣性等指标都与透气性有关，因此，固定床气化炉对入炉原料有很多限制。炉内需要有运动部件，运行可靠性差，煤气中含有焦油、酚类、NH3的数量较多，需要复杂的煤气净化设备。由于煤气流速和设备体积的限制，固定床气化炉煤气生产能力较低，不利于向大型化方向发展。
　　2）流化床。流化床气化炉是利用流化床工艺，煤粒在815～1038℃温度下气化，通过向流化床内添加石灰石或白云石，脱除大部分的H2S，因而适用于气化高灰分和高硫分的煤种。由于流化床气化炉的气化温度较低，因而其碳转化率较低，优点是燃料适应性广，煤气成分稳定，大部分硫化物能在床内脱除，使后续精脱硫过程简化，炉膛的工作温度较低，耐火材料较易解决，其使用寿命也较长。
　　3）喷流床。原料煤由气化剂夹带入炉并进行燃烧和气化，受反应空间的限制，气化反应必须在瞬间完成，为弥补停留时间短的缺陷，必须严格控制入炉煤的粒度（＜0.1mm），以保证有足够的反应面积。在并流气化反应中，煤和气化剂的相对速度很低，气化反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，碳的损失不可避免，为增加反应推动力，必须提高反应温度即反应速度，火焰中心温度在2000℃以上，采用液态排渣。可靠性较差。
　　总的来说，以上三种气化方式各有利弊。对于IGCC而言，与常规的燃气-蒸汽联合循环相比，所不同的主要是煤的气化和净化系统。开发大容量、转化效率高的气化炉，是最终实现IGCC发电方案的关键。由于喷流床气化炉的生产能力大，能量转换效率高，燃料适应性广，因而，喷流床气化炉，特别是干粉供煤方式，将是未来的主要发展和研究方向。
　　4.2 煤气净化系统
　　从气化炉产生的粗煤气含有大量杂质，不仅会带来燃机透平的腐蚀和结垢，还会给环境造成严重污染，必须通过煤气净化系统净化，除去其中的硫化物、粉尘、氮化物以及碱金属与卤化物等有害物质。目前IGCC系统采用的粗煤气净化系统主要有两类，一类是常温湿法净化系统，另一类为高温干法净化系统。
　　常温湿法净化系统的工艺流程为：粗煤气首先经过旋风分离器或中温陶瓷除尘器，进行初级除尘，而后经过文氏洗涤器，除去煤气中的碱金属化合物、卤化物、NH3和HCN等物质，经过洗涤后的煤气再进行脱硫和硫回收。洁净煤气经过饱和器后送入燃气轮机燃烧室。虽然该方法简单可靠，但是，在除尘之前，煤气首先要冷却至常温，因此，会损失较多的热能，造成电站的效率下降。此外，在飞灰的水洗过程中，还会产生大量的黑水，需要复杂的废水处理系统。为了避开常温湿法净化系统的这些缺点，人们提出了高温干法净化系统，使煤气净化系统简化，同时能提高供电效率，降低比投资费用。