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1、浅议IGCCT作系统及发展摘要：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
2、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C02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
3、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C02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
4、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
5、加入，自上而下经 过干燥层、干偏层、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
6、，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 8151038C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（VO. 1mm）, 以保证有足够的反应面积。在并流气化反
7、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2000C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
8、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。
