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1、中国 IGCC 电站出口美国本报记者本报记者 易蓉蓉易蓉蓉“美国宾夕法尼亚州的项目是复制华能 IGCC（整体煤气化联合循环发电电厂）项目。从前都是中国买技术，现在是中国出口技术到美国。”11 月 23 日，在煤层气和液化气亚洲高峰论坛（2011）上，净化空气任务组织亚太地区总代表孙嗣敏博士透露了这个案例。“我们的惯性思维是发展中国家想要发达国家出钱，但在这个案例中，中国与欧美企业一起分摊成本、共享技术并赚钱。”孙嗣敏说。后发制人后发制人“起了个大早，赶了个晚集。”有人这样形容中国 IGCC 技术的发展历程。从上个世纪 70 年代末正式立项至今，IGCC 在中国曲折坎坷地发展了 30 余年。19
2、78 年曾确定在苏州建立试验基地，1999 年又在烟台建设 IGCC 项目，后来都胎死腹中。终于在 2009 年 7 月集中爆发出了能量。2009 年 7 月 6 日，我国首座自主开发、设计、制造并建设的 IGCC 示范工程项目华能天津 IGCC 示范电站在天津临港工业区正式开工，标志着具有我国自主知识产权、代表世界清洁煤技术前沿水平的“绿色煤电”计划取得了实质性进展。这次一期项目的开工时间，比原计划推迟了两年。按照最初规划，该 25 万千瓦 IGCC示范电站计划于今年建成，而项目直到 5 月 22 日才获得国家发改委的正式批准。对此，绿色煤电公司人士介绍，主要是因为国家发改委需要时间论证项目
3、的开发模式：是高价引进国外技术还是自主研发？是建设一个示范项目还是同时开建一批项目？最终，国家发改委选择了国内自主研发模式，并将华能天津 IGCC 电站确定为国家示范项目，先开建一家再逐步推广，以给国内设备商留足时间消化技术，带动相关设备制造业发展，以降低工程造价。回过头来看，两年的等待是值得的。核心设备国产化核心设备国产化华能天津 IGCC 示范电站开工后第 5 天，孙嗣敏和绿色煤电公司的几位领导前往美国，和美国未来燃料公司正式签订 IGCC 核心技术的出口合同。IGCC 核心技术是 2000 吨/天级两段式干煤粉气化炉技术。孙嗣敏在能源与 IT 领域有 40 多年从业经验，曾应邀与中国能源
4、行业领袖一起为国家起草能源计划，也曾参与过世界上多个 IGCC 项目的研发工作。他说：“以我对这个行业多年的了解，我敢说美国是世界上最难进入的市场之一。美国本身的技术能力很强，西安热工院能把 IGCC 技术出口到美国，一定有它的特色和优势。”孙嗣敏眨巴着眼睛要科学时报记者猜猜他啥时候移民美国，“我们家移民时恐怕你父母亲都没出生呢”。美籍华裔身份让他游走在中美能源合作领域。这次技术出口意味着美国开始用中国的技术来建造 IGCC 电站，而在前些年这是完全不敢想象的事。过去在干煤气化炉上，壳牌公司占主导地位。现在西安热工研究院有限公司（简称“西安热工院”）已经赶了上来，与之形成了能源竞争格局。负责研
5、发这项技术的西安热工院由华能集团控股，大唐集团、华电集团、国电集团、中电投集团参股。当时与西安热工院同台竞标的就是大名鼎鼎的壳牌公司。经过严格的比较和全面的评估，最终美国方面还是选择了西安热工院的技术。首先，GE 研发的水煤浆汽化炉技术和流化床气化炉技术并非当下的主流发展方向。其次，西安热工院的技术研发过程非常严密，小试、中试等方面的数据扎实。第三，中国的煤种比较复杂，西安热工院研究的煤种更充分，可以适应差异较大的煤种。第四，中国的技术研发一直没有中断，形成了比较完整的研发团队，技术再开发能力较强。另外，电站造价低于竞争对手。加速前行加速前行今年 9 月上旬，华能天津 IGCC 电厂示范工程宣
6、布部分装置完成调试，预计年内将具备并网发电条件。届时，华能 IGCC 电厂每年将可为天津滨海新区提供 12 亿度的绿色能源，约相当于 115 万户家庭一年的用电量。原定 2015 年左右建成的完整“绿色煤电”示范工程要推迟到 2016 年。绿色煤电公司希望能用加速建设来补上失去的时光。为了抓住难得的发展机遇期，西安热工院总工程师许世森表示，绿色煤电公司要分秒必争。之所以称之为“难得的发展机遇期”，是因为欧美国家近些年来在 IGCC 技术上发展相对缓慢。一方面，欧美国家已经完成了 IGCC 电站的示范过程，现在把更多的精力投入到碳封存和捕捉技术上；另一方面，美国退出京都议定书之后，其在 IGCC
7、 技术上的发展更加缓慢。2003 年，美国能源部曾推出“未来发电项目”（Future Gen），联合多家大型能源公司，计划在 2012 年建成世界上首座利用煤炭发电和制氢、不向大气排放二氧化碳的示范电站。然而，由于这个非营利的项目计划投资高达 15 亿18 亿美元，企业的积极性并不高，至今工作进展缓慢，仅完成了选址，而且有一些公司已宣布退出该项目。这样的国际形势，给中国留下了一个加速前行的空间华能 IGCC 示范电站 设备安装基本结束滨海新区网滨海新区网 4 月 10 日讯 我国具有自主知识产权的首座 IGCC 电站华能整体煤气化联合循环发电示范电站建设如火如荼，目前工程施工已完成 90%，主
8、要设备全部安装完毕，部分设备进入调试阶段。预计今年年底建成并投入运行，年发电量将达到 12 亿千瓦时。IGCC 技术是把煤气化和燃气-蒸汽联合循环发电集成的一种洁净煤发电技术，粉尘、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物的排放量较常规燃煤电站大幅降低，接近天然气电站排放水平，建成后将成为我国最清洁、环保的煤基电站。项目负责人告诉记者，目前净化装置、汽轮机、燃气轮机、余热锅炉等主要设备已经安装完毕，系统已经形成，将逐步进入调试阶段。国家电网天津滨海供电分公司日前已为项目接通入厂用电，项目投产后所生产电能将由这条 220 千伏专用输电线路并入天津电网。(文/记者 徐晶晶 图/记者 贾磊)一、燃气轮机发电在
9、世界上已进入高度发展的时代 燃气轮机发电问世半个多世纪，就象一切先进的科学技术一样，初生时就显示其有生命力，为人注目，经几代人精心培育，这一技术日趋完善，得到了广泛应用，并达到高度发展的境地。 燃气轮机利用燃烧产生的燃气直接做功，完成布雷顿（B1141tOn）循环，不同于常规蒸汽轮机由燃烧加热产生蒸汽，蒸汽做功完成朗肯（Rankine）循环。蒸汽循环参数的提高受到限制，蒸汽轮机发电效率也受限制。燃气轮机可提高燃气初温来提高效率。因此，燃气轮机就有效率高、重量轻、结构紧凑，以及机动灵活等一系列优点而广为人们重视。我国以钱学森先生和已故吴仲华先生等为代表的一大批专家和科学家，在开创燃气轮机学说理论
10、上起到奠基人的作用，在国际上都享有盛誉。我国已有几代燃气轮机的专业人员在设计、制造、应用等方面作出过重大贡献。 目前就世界范围而言，燃气轮机发电已是电力结构中的重要部分，而在新增发电容量中更占主要成份。以 1996 年 6 月至 1997 年 5 月为例，世界燃气轮机订货量达 892 台，总功率 28，552 MW。美国能源部能源信息中心（DOE?EIA）的最新统计资料表明，截止到 1998 年 1 月 1 日止，美国 Utility 燃气轮机及联合循环的装机容量达 79，355 MW，机组共 1，751 台（套），占美国 Utility 总装机容量 754，925 MW的 10.5。又据统计
11、，发达国家每年新增的联合循环总装机容量约占火电新增容量的 4050。简单归纳燃气轮机五十多年来已发展的水平为：（一）透平前燃气的进口温度由早期的 600700，到现在一般水平都已超过 1，100，有些已投入商业应用的机组，燃气进口温度达到 1，288，高的甚至达 1，430。（二）燃气轮机简单循环的热效率已由早期的 1625，现已提高到 36以上，高的达 38一395。（三）燃气轮机高温部件（涡轮喷咀、动叶）的材料，由最早的 GJP450、U500、In738 等一般合金材料，发展到合金金相结构控制的材料，出现了同向结晶或定向结晶的 GTD111、DS GTD111，最新材料已使用单晶工艺。金
12、属材料的进步还表现在涂层的应用上。涂层减轻了腐蚀和氧化，使用寿命增长了10 一 20 倍，早期有铂铝（Pr Al）涂层，后来又发展等离于保护 GT 一 29 和 GT 一 29IN 一 PLUS TM 等。先进材料和涂层的应用使透平前燃气进口温度提高 150200左右。（四）高温部件在改进材料的同时又不断改进冷却技术。早期喷咀和动叶采用对流、冲击等空气冷却，现已广泛采用气膜冷却、发散冷却。先进的冷却技术可使透平前燃气进口温度再提高 500 一 800。（五）燃气轮机简单循环单机功率由早期的几千千瓦发展到 100 MW 以上等级的大机组，近年来250300 MW 的机组也己投入商业应用。（六）燃
13、气轮机发电已广泛应用能量的综合利用，循环方式多样化，特别是燃气：蒸汽联合循环发电技术更为完善，装置净效率已提高到 5860，出现了燃气、蒸汽集为一体的单轴机组。随着燃气轮机技术的不断成熟，燃气轮机发电在世界电力结构中的比例不断增加。据统计，自 1968年至 1995 年，世界范围销售发电用燃气轮机 13，373 台，总装机容量达 377517 万 MW，而其中机组数的 32.24，装机容量数的 43.58是在 1990 年至 1995 年短短的六年中的增长量。 据美国能源部能源信息局（DOE EIA）预测，1998 年2007 年十年内，计划新装机 52，044 MW，其中燃煤机组 2,559
14、 MW（4.9），燃油机组 1,444 MW（2.8），燃气机组 46,181 MW（88.7），燃油及燃气机组大部分是燃气轮机及联合循环机组。表 1 代表当代最新技术水平的燃气轮机国外主要公司GEABBSiemens（kwu）西屋三菱机型MS9001FAMS9001GGT26V94.3A701F701G输出功率（MW）226.5282.0265240246310压比14.723.23016.61721透平前燃气温度（）1,2881,4301,2601,1901,2901,415热效率（）35.739.538.5383739高温一级动叶材料和涂层DS GTD-111(同向结晶)GT-29IN
15、PLUS TM(涂层)MGA 1400 MGA 2400简 单循环高温一级动叶的冷却技术空气冷却空气冷却气膜冷却空气冷却排放量控制（PPM）?25?25?25?25工艺流程特点两段燃烧技术机型S109FAS109GKA26-1GUDIS.94.3A MPXP1(TOIGI)联合循环输出功率（MW）348.5420396.0359 420联合循环联合循环效率（）56.35858.558.1 58二、世纪燃气轮机发电更将成为世界各国经济可持续发展的动力“可持续发展”是 21 世纪的发展战略。可持续发展不仅指满足当代人的需要，还要充分考虑不对后代人满足其需要的能力构成危害。可持续发展包括经济和社会的
16、发展，也包括保持和建设良好的生态环境。根据可持续发展战略，21 世纪世界电力的发展更将体现能源的高效、洁净利用，合理的电力结构，以及良好的环境保护。燃气轮机发电技术能满足可持续发展战略的选择。 （一）燃气轮机能满足新世纪高效率。高性能的要求 国外一些燃气轮机厂商已推出“先进级”燃气轮机及其联合循环。其中有美国 GE 的MS7001H、MS9001H，美国西屋的 501ATS，以及德国 Siemenskwu 的 V94.3A 等。这些机型简单循环的效率?40。这些代表 21 世纪的高新技术，主要包括： 1透平通流部分采用完善的三元流动设计。2高温部件（喷咀和动叶）采用超级镍基、钻基高温合金和定向结晶库晶体成形材料结构，应用陶瓷耐热层。3高温部件采用闭式蒸气冷却。4在燃气轮机热力循环工艺上也有改进。瑞士 ABB 公司的 GT 一 24、GT 一 26 采用二次燃烧，德国 Siemens 的 V94.3A 采用压气机中间冷却技术。（二）采用燃气一蒸汽联合循环和能源综合利用的总能系统概念燃气-蒸气联
