【正文】 等。與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島內(nèi)的主要設(shè)備包括：蒸汽輪機(jī)及配套系統(tǒng)等。在繼承和發(fā)展現(xiàn)有單元技術(shù)基礎(chǔ)上，特別是繼承十五“863”氣化、合成氣燃機(jī)技術(shù)，著重解決三個(gè)島中的關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵工藝，以形成島的模塊化技術(shù)。在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)的整體配置及參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)IGCC發(fā)電機(jī)組的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 氣化島模塊技術(shù)，輻射廢鍋、對(duì)流廢鍋和集成煤炭氣化是指在氣化劑存在的條件下，煤在一定的溫度和壓力下被轉(zhuǎn)化為合成氣的過(guò)程。從反應(yīng)工藝的角度看，煤氣化就是以煤為原料，以空氣或氧氣等為氣化介質(zhì)，通過(guò)不完全的燃燒過(guò)程，將煤中的碳轉(zhuǎn)化為CO、HCH4等有效成分，煤氣中必然還會(huì)有CO2和H2O等。氣化爐對(duì)IGCC的整體效率有很大的影響。氣化系統(tǒng)特性因素中最重要的是冷煤氣效率。氣化爐的冷煤氣效率越高，意味著從整個(gè)電廠其它系統(tǒng)的需求越少，易于提高循環(huán)效率，也使全廠的設(shè)計(jì)趨于簡(jiǎn)單。對(duì)于IGCC電站，最重要的是全廠的總效率，它包括煤氣的顯熱和蒸汽的熱能。通常冷煤氣效率越高，IGCC全廠的效率就越高。加壓氣化爐反應(yīng)器是氣化島的核心，也是影響性能的關(guān)鍵所在。影響氣化性能的重要因素如下：①氣化溫度氣流床氣化爐在高溫下運(yùn)行，其反應(yīng)速度迅速增加，碳的轉(zhuǎn)化率和氣化爐的出力也大大提高。從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)推出的最佳氣化溫度約在1300℃左右，太高的氣化溫度會(huì)使氧耗大增，而且過(guò)剩的熱量以粗煤氣顯熱的形式排出，回收非常困難，勢(shì)必造成熱效率降低和投資增加。對(duì)于液態(tài)排渣的氣化爐，一般運(yùn)行溫度維持在灰熔點(diǎn)以上50～100℃，保證灰熔化，使排渣順利。②氣化爐的容量氣化爐的容量是IGCC的關(guān)鍵問(wèn)題。氣化爐發(fā)展的目標(biāo)就是提高氣化爐容量和冷煤氣效率，并在相同規(guī)模下使初投資降低。對(duì)于相同的氣化爐，在高溫和高壓下運(yùn)行必然能提高出力，氣流床氣化爐在高溫和高壓下運(yùn)行，其單爐出力目前也是最大的，可以達(dá)到2500t/d。當(dāng)然，對(duì)于有耐火磚的氣化爐，在高溫下運(yùn)行則必須延長(zhǎng)耐火層的壽命，否則在電力行業(yè)應(yīng)用將會(huì)受到一定的限制。至于選擇多高的溫度和壓力，要根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求及經(jīng)濟(jì)性分析而定。對(duì)于一個(gè)具體的氣化爐，除了技術(shù)因素之外，其容量有時(shí)也受制造和運(yùn)輸條件的限制，對(duì)于IGCC應(yīng)用的氣化爐，受限制的主要是輻射廢鍋和對(duì)流廢鍋。③氣化爐的負(fù)荷跟蹤特性能夠在部分負(fù)荷下運(yùn)行，并能很好的跟蹤負(fù)荷的變化，而氣化爐的效率不至于下降很多，這對(duì)于電力生產(chǎn)非常重要。在負(fù)荷變化時(shí)，氧氣和煤量能夠迅速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，是保證整個(gè)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的前提。盡管空分系統(tǒng)的變負(fù)荷能力較差，若有一定的儲(chǔ)存能力，則可以解決這一問(wèn)題，氧氣可迅速跟蹤負(fù)荷變化。相比之下，煤量跟蹤負(fù)荷相對(duì)較困難。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，為了保證火焰的穩(wěn)定，氧碳比必須操作得很準(zhǔn)確，這就要求氧氣和煤量同時(shí)調(diào)節(jié)，并且要十分準(zhǔn)確。根據(jù)氣流床的特點(diǎn)，采用水煤漿供料，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，容易控制；而準(zhǔn)確的干煤粉加壓送料系統(tǒng)復(fù)雜。④供煤系統(tǒng)供煤系統(tǒng)直接影響氣化爐負(fù)荷的跟蹤能力，因此多選擇水煤漿進(jìn)料，以獲得較高的變負(fù)荷率。特別是氣流床氣化爐最早是由Texaco和Dow公司從燃油系統(tǒng)開發(fā)出來(lái)的，采用水煤漿進(jìn)料在運(yùn)行的安全性、壓力變化特性、運(yùn)行可靠性等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。干法進(jìn)料是指用加壓鎖斗系統(tǒng)向加壓氣化爐輸送干煤或干煤粉。對(duì)于流化床氣化爐，目前多采用螺旋給料機(jī)進(jìn)行壓力輸送。水煤漿進(jìn)料與干法進(jìn)料相比，～，其中最主要的差別是將水煤漿中過(guò)量的水氣化的這部分潛熱，在后續(xù)系統(tǒng)無(wú)法有效的回收，從而造成熱損失。其次，過(guò)量的水使氣化過(guò)程的耗氧量增加，爐溫降低，致使冷煤氣效率較低。⑤氣化劑選擇氧氣或空氣作為氣化過(guò)程的氧化劑對(duì)IGCC系統(tǒng)的全廠效率有很大的影響。特別是它對(duì)空氣系統(tǒng)的耗功有決定性的影響。在目前的大型IGCC機(jī)組中普遍采用富氧氣化的氣流床氣化工藝，為此IGCC電站專門設(shè)置空氣分離裝置以向氣化爐提供高純度的氧氣。氧氣氣化的聯(lián)合循環(huán)島造價(jià)比空氣氣化的要高10%，這是由于要增加一套N2回注和蒸汽飽和的設(shè)備，以降低NOX的生成。IGCC的空分裝置均采用傳統(tǒng)的氣體低溫分離技術(shù)。IGCC的空分系統(tǒng)配置方式有三種：獨(dú)立空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣由一個(gè)單獨(dú)的空氣壓縮機(jī)提供；整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣全部來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)出口；部分整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣一部分來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)出口，另一部分由單獨(dú)的空氣壓縮機(jī)供給。整體化空分系統(tǒng)的IGCC供電效率最高；可避免對(duì)燃?xì)馔钙胶蛪簹鈾C(jī)作較大的改造；降低IGCC電站比投資約1%；運(yùn)行和控制方面難度較大，其靈活性和安全性不及獨(dú)立空分系統(tǒng)的IGCC機(jī)組。空分工藝流程的選擇，以及空分裝置與燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的合理連接方式，對(duì)IGCC的供電效率、比投資費(fèi)用，乃至整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行靈活性和可靠性都有很大的影響?？辗盅b置涉及低溫技術(shù)，在運(yùn)行方式和啟停過(guò)程中有其特殊性，而且低溫技術(shù)本身還會(huì)帶來(lái)安全性問(wèn)題，這些都應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中予以全面考慮和解決。⑥氣化工藝IGCC采用氣流床氣化工藝：它的原料要求是煤粉或水煤漿。富氧和水蒸汽作為氣化劑，在1200～1500℃的高溫下，煤被氣化為CO和HCO2等氣體，灰渣以熔融態(tài)排出氣化爐。根據(jù)氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)我國(guó)200MW～400MW IGCC示范項(xiàng)目，應(yīng)首選氧氣氣化的氣流床氣化工藝，以水煤漿進(jìn)料氣化爐或者干粉進(jìn)料氣化爐為主要選擇對(duì)象。⑦廢熱鍋爐煤氣化爐出口的粗煤氣在凈化前必須降溫，其含有的大量顯熱能需要回收以提高效率。顯熱回收系統(tǒng)很復(fù)雜，它可以以各種形式分布在從煤氣化爐出口至燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室入口之間的整個(gè)流程中。最主要的熱回收裝置是位于氣化爐出口的輻射式廢熱鍋爐與其后的對(duì)流式廢熱鍋爐。在這里合成氣將其大部分顯熱傳給輻鍋和對(duì)鍋中的水，產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽，這些蒸汽可用作氣化爐的氣化劑或經(jīng)余熱鍋爐過(guò)熱后送蒸汽輪機(jī)發(fā)電。但是輻鍋與對(duì)鍋的造價(jià)很高，為降低IGCC電站的投資，也可采用高溫粗煤氣激冷降溫，高溫高壓冷卻水閃蒸回收熱量方案。根據(jù)Texaco公司計(jì)算，%，%。由此可見，采用激冷閃蒸法回收熱量的方案，雖然使電站熱效率有所下降，但卻能有效地降低電站造價(jià)。為兼顧造價(jià)與熱效率的矛盾，也可以采取只要對(duì)鍋或輻鍋，這樣的電站造價(jià)與熱效率將居上述二者之間。⑧凈化工藝在IGCC系統(tǒng)中，合成氣凈化工藝必不可少。通常合成氣中除CO、HCHCO2外，還有H2S、COS、粉塵、鹵化物、NH堿金屬及焦油蒸汽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)及后續(xù)的其它系統(tǒng)有腐蝕和磨損的危害，為了使IGCC機(jī)組正常運(yùn)行并達(dá)到較高的可靠性，必須在合成氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前，對(duì)其進(jìn)行凈化處理。與常規(guī)燃煤電站對(duì)煙氣進(jìn)行凈化相比，IGCC系統(tǒng)面對(duì)的是加壓的流量較小的合成氣，其處理難度和耗功都較小，達(dá)到的凈化效率也較高，這是IGCC在凈化方面的優(yōu)越性。除塵系統(tǒng)的運(yùn)行溫度一般約為250℃～370℃，可采用干法過(guò)濾除塵。并為水洗除塵裝置預(yù)留接口，目的是除去粗煤氣中殘余的顆粒及鹵化物和NH3等雜質(zhì)。采用常溫脫硫方法，脫硫運(yùn)行溫度在38℃～40℃。并盡量采用COS水解器，這樣能夠很容易的獲得大于98%的脫硫效率。綜上所述，氣化島的主要研究?jī)?nèi)容為：l 水煤漿氣化爐的大型化優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，單爐2000t/d級(jí)；氣化爐變負(fù)荷運(yùn)行的設(shè)計(jì)、控制方案。l 煤種與氣化爐的優(yōu)化。l 水煤漿精確流量的調(diào)節(jié)裝置。l 空分系統(tǒng)配置方式。l 廢鍋的設(shè)計(jì)技術(shù)。l 廢鍋的制造技術(shù)。l 廢鍋同氣化爐、除塵器和汽輪機(jī)的連接匹配技術(shù)。l 廢鍋同整個(gè)氣化島之間的控制技術(shù)。l 除塵、脫硫等凈化技術(shù)的研究，重點(diǎn)是除塵技術(shù)。l 空分、供煤、氣化、凈化和廢鍋等單元技術(shù)的模塊化和集成優(yōu)化。 燃機(jī)島模塊技術(shù)，污染物控制、空分（整體化與氮?dú)饣刈ⅲ?、余熱鍋爐設(shè)計(jì)①燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中的燃?xì)廨啓C(jī)多采用簡(jiǎn)單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)，IGCC機(jī)組是以合成氣代替常規(guī)燃料的聯(lián)合循環(huán)裝置，示范電站中燃?xì)廨啓C(jī)的選擇主要應(yīng)依據(jù)以下原則：燃?xì)廨啓C(jī)容量應(yīng)與示范電站容量相適應(yīng)。通常在獨(dú)立空分系統(tǒng)的IGCC電站中燃?xì)廨啓C(jī)功率約占電站功率的60～65%，在整體化空分的IGCC電站中燃?xì)廨啓C(jī)功率約占55～57%。燃?xì)廨啓C(jī)的熱力性能較先進(jìn)。根據(jù)現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展水平，簡(jiǎn)單循環(huán)凈效率應(yīng)在34%以上。燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單，可靠的保護(hù)系統(tǒng)，便于維護(hù)，運(yùn)行可靠，可用率高。將常規(guī)燃用天然氣或油的燃?xì)廨啓C(jī)用于IGCC，還需要進(jìn)行一定的改造，一般包括：燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的改造。應(yīng)重點(diǎn)解決的技術(shù)問(wèn)題有：保持火焰的穩(wěn)定，提高燃燒效率；確保燃料切換平穩(wěn)、可靠；開發(fā)低NOX燃燒器，良好保護(hù)環(huán)境；開發(fā)高冷卻技術(shù)，防止火焰筒過(guò)熱。燃?xì)廨啓C(jī)通流部分改造。在IGCC系統(tǒng)中，由于合成氣生產(chǎn)工藝，系統(tǒng)組成及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制方式的不同，燃?xì)馔钙焦べ|(zhì)流量會(huì)有不同程度的變化，因此需要對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)通流部分進(jìn)行改造。其它改造。根據(jù)所采用的燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)，還應(yīng)對(duì)有關(guān)部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗脑?，如燃料供給系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等。在污染物控制方面，可以將空分所得的非純凈氮?dú)庠儆玫獨(dú)鈮嚎s機(jī)增壓后，與潔凈合成氣摻混在一起，返回到燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中去參與循環(huán)過(guò)程，這樣，就可以增加做工的工質(zhì)流率，并可以降低燃燒室內(nèi)火焰的溫度，有利于減少NOX的排放量。②余熱鍋爐在IGCC中余熱鍋爐是回收燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電所需蒸汽的換熱設(shè)備。從循環(huán)角度進(jìn)行分析，余熱鍋爐是將燃?xì)庋h(huán)與蒸汽循環(huán)聯(lián)合起來(lái)的一個(gè)熱力設(shè)備，起著承上啟下的作用，是系統(tǒng)整體優(yōu)化和各主要子系統(tǒng)匹配的一個(gè)關(guān)鍵所在。因此余熱鍋爐流程和參數(shù)的合理選擇、匹配對(duì)IGCC的供電效率、比投資費(fèi)用及機(jī)組的運(yùn)行性能都有重要影響。余熱鍋爐的一般設(shè)計(jì)原則：余熱鍋爐是聯(lián)合循環(huán)裝置中一個(gè)重要的有機(jī)組成部分，其設(shè)計(jì)的前提是聯(lián)合循環(huán)及其汽水系統(tǒng)方案，并由此確定其換熱量—汽水溫度圖。余熱鍋爐設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的一般要求：在合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性情況下，盡可能提高余熱回收率；系統(tǒng)具有低的熱慣性；蒸汽熱力參數(shù)穩(wěn)定；余熱鍋爐應(yīng)具有一定的“干燒”能力；具有高的運(yùn)行可靠性和可用性。余熱鍋爐熱力參數(shù)的合理優(yōu)化選擇及其約束：蒸發(fā)器入口燃?xì)鉁囟扰c飽和水溫度之差△Tpp=8~12℃；省煤器出口水溫與相應(yīng)壓力下飽和水溫度之差△Tap=5~8℃；燃?xì)廨啓C(jī)背壓△Pb=200～330mmH2O；排煙溫度和給水溫度不低于煙氣露點(diǎn)溫度；余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度要高于最高過(guò)熱蒸汽溫度30℃～50℃以上；省煤器在任何工況下不發(fā)生汽化，即△Tap＞0。余熱鍋爐一般采用滑壓運(yùn)行?？刹捎糜醒a(bǔ)燃或無(wú)補(bǔ)燃系統(tǒng)，無(wú)補(bǔ)燃系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)。余熱鍋爐構(gòu)件設(shè)計(jì)還要考慮承受反復(fù)交變的熱應(yīng)力影響。綜上所述，燃機(jī)島的主要研究?jī)?nèi)容為：能夠燃用合成氣的燃機(jī)燃燒室改造技術(shù)。與空分匹配的燃機(jī)壓氣機(jī)的防喘振技術(shù)。適合IGCC發(fā)電技術(shù)的高效燃?xì)廨啓C(jī)的開發(fā)及國(guó)產(chǎn)化。余熱鍋爐設(shè)計(jì)及運(yùn)行技術(shù)優(yōu)化。 與IGCC相適應(yīng)的模塊配套技術(shù)（汽輪機(jī)），汽輪機(jī)配套設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)IGCC中的蒸汽輪機(jī)與燃機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳配合；能夠適應(yīng)快速啟動(dòng)、滑參數(shù)啟動(dòng)的要求；與燃機(jī)配合使用的蒸汽輪機(jī)循環(huán)系統(tǒng)。提高蒸汽輪機(jī)裝置的經(jīng)濟(jì)性，主要有兩個(gè)途徑：一是提高蒸汽輪機(jī)的內(nèi)效率，為IGCC系統(tǒng)專門優(yōu)化設(shè)計(jì)汽輪機(jī)，以減小各項(xiàng)損失；另一是提高裝置的循環(huán)熱效率，在與燃機(jī)最佳配合的條件下，提高過(guò)熱和再熱蒸汽溫度，降低汽輪機(jī)背壓以及回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化。蒸汽輪機(jī)的參數(shù)需要與余熱鍋爐及全廠汽水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后確定。綜上所述，與IGCC相適應(yīng)的模塊配套技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容為：l 與200MW IGCC相配套的汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)與制造技術(shù)l 與氣化島、燃機(jī)島相適應(yīng)的模塊化配套設(shè)計(jì)技術(shù)l 與余熱鍋爐相適應(yīng)的配套技術(shù)l 與IGCC主系統(tǒng)相適應(yīng)的島系統(tǒng)技術(shù) IGCC自動(dòng)化控制技術(shù)IGCC機(jī)組及其附屬系統(tǒng)采用DCS控制方式。IGCC的各子系統(tǒng)及其輔助工藝系統(tǒng)，均采用就地集中加遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，在相應(yīng)的輔助車間設(shè)就地控制室，使得運(yùn)行人員能夠在單元控制室內(nèi)完成IGCC電廠各島及輔助車間的集中監(jiān)控。綜上所述，IGCC自動(dòng)化控制技術(shù)主要研究?jī)?nèi)容為：l 機(jī)組的啟動(dòng)、停止，正常運(yùn)行和事故自動(dòng)處理系統(tǒng)l 氣化島的安全保護(hù)系統(tǒng)l 合成氣燃?xì)廨啓C(jī)的控制及保護(hù)系統(tǒng)l 氣化島、燃機(jī)島的子系統(tǒng)與整個(gè)IGCC電站的控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制技術(shù) 模塊技術(shù)集成優(yōu)化模塊技術(shù)集成優(yōu)化是氣化島、燃機(jī)島、與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島、控制系統(tǒng)之間的集成與優(yōu)化，以及主要設(shè)備的技術(shù)集成與優(yōu)化。模塊技術(shù)集成優(yōu)化主要研究?jī)?nèi)容為：l 氣化島系統(tǒng)參數(shù)及主要設(shè)備中的空分裝置、氣化原料制備裝置、氣化爐、廢鍋、凈化裝置等的選擇與優(yōu)化。l 燃機(jī)島系統(tǒng)參數(shù)及主要設(shè)備中的燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、發(fā)電機(jī)等的選擇與優(yōu)化。l 與IGCC相適應(yīng)的模塊配套島系統(tǒng)參數(shù)及主要設(shè)備中的余熱鍋爐、廢鍋 、 空分、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等的選擇與優(yōu)化。l 控制系統(tǒng)IGCC電站總系統(tǒng) 、子系統(tǒng)的劃分及控制設(shè)備的選擇。l 在各島及主設(shè)備裝置技術(shù)模塊化后，重點(diǎn)解決各島之間的聯(lián)系以及島內(nèi)各主要設(shè)備之間的聯(lián)系。l 效率比較目前，%，%；%，%。%，%?？梢?00MWIGCC機(jī)組的供電效率遠(yuǎn)高于300MW亞臨界機(jī)組的供電效率，而與600MW超臨界機(jī)組的供電效率大致相當(dāng)。IGCC發(fā)電機(jī)組與常規(guī)燃煤機(jī)組的效率比較見表31。表31 電站效率比較表項(xiàng)目IGCC系統(tǒng)亞臨界超臨界超超臨界容量E級(jí)200MWF級(jí)400MW300MW600MW660MW1000MW發(fā)電效率%52%%%%%廠用電率%15%7%6%%5%供電效率%%%%%%發(fā)電標(biāo)煤耗g/kWh298270供電標(biāo)煤耗g/kWh