【正文】 表31 電站效率比較表項目IGCC系統(tǒng)亞臨界超臨界超超臨界容量E級200MWF級400MW300MW600MW660MW1000MW發(fā)電效率%52%%%%%廠用電率%15%7%6%%5%供電效率%%%%%%發(fā)電標煤耗g/kWh298270供電標煤耗g/kWh ?？梢?00MWIGCC機組的供電效率遠高于300MW亞臨界機組的供電效率，而與600MW超臨界機組的供電效率大致相當。l 效率比較目前，%，%；%，%。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 燃機島系統(tǒng)參數(shù)及主要設(shè)備中的燃氣輪機、余熱鍋爐、發(fā)電機等的選擇與優(yōu)化。綜上所述，IGCC自動化控制技術(shù)主要研究內(nèi)容為：l 機組的啟動、停止，正常運行和事故自動處理系統(tǒng)l 氣化島的安全保護系統(tǒng)l 合成氣燃氣輪機的控制及保護系統(tǒng)l 氣化島、燃機島的子系統(tǒng)與整個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、燃機島、與IGCC相適應的模塊配套島、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。綜上所述，與IGCC相適應的模塊配套技術(shù)的主要研究內(nèi)容為：l 與200MW IGCC相配套的汽輪機的設(shè)計技術(shù)與制造技術(shù)l 與氣化島、燃機島相適應的模塊化配套設(shè)計技術(shù)l 與余熱鍋爐相適應的配套技術(shù)l 與IGCC主系統(tǒng)相適應的島系統(tǒng)技術(shù) IGCC自動化控制技術(shù)IGCC機組及其附屬系統(tǒng)采用DCS控制方式。提高蒸汽輪機裝置的經(jīng)濟性，主要有兩個途徑：一是提高蒸汽輪機的內(nèi)效率，為IGCC系統(tǒng)專門優(yōu)化設(shè)計汽輪機，以減小各項損失；另一是提高裝置的循環(huán)熱效率，在與燃機最佳配合的條件下，提高過熱和再熱蒸汽溫度，降低汽輪機背壓以及回熱系統(tǒng)優(yōu)化。余熱鍋爐設(shè)計及運行技術(shù)優(yōu)化。與空分匹配的燃機壓氣機的防喘振技術(shù)。余熱鍋爐構(gòu)件設(shè)計還要考慮承受反復交變的熱應力影響。余熱鍋爐一般采用滑壓運行。余熱鍋爐設(shè)計性能指標的一般要求：在合理的技術(shù)經(jīng)濟性情況下，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；余熱鍋爐應具有一定的“干燒”能力；具有高的運行可靠性和可用性。因此余熱鍋爐流程和參數(shù)的合理選擇、匹配對IGCC的供電效率、比投資費用及機組的運行性能都有重要影響。②余熱鍋爐在IGCC中余熱鍋爐是回收燃氣輪機的排氣余熱，以產(chǎn)生驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電所需蒸汽的換熱設(shè)備。根據(jù)所采用的燃氣輪機的特點，還應對有關(guān)部分進行適當?shù)馗脑欤缛剂瞎┙o系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等。在IGCC系統(tǒng)中，由于合成氣生產(chǎn)工藝，系統(tǒng)組成及燃氣輪機燃燒控制方式的不同，燃氣透平工質(zhì)流量會有不同程度的變化，因此需要對燃氣輪機通流部分進行改造。應重點解決的技術(shù)問題有：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，良好保護環(huán)境；開發(fā)高冷卻技術(shù)，防止火焰筒過熱。燃氣輪機結(jié)構(gòu)應力求簡單，可靠的保護系統(tǒng)，便于維護，運行可靠，可用率高。燃氣輪機的熱力性能較先進。 燃機島模塊技術(shù)，污染物控制、空分（整體化與氮氣回注）、余熱鍋爐設(shè)計①燃氣輪機現(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)機組中的燃氣輪機多采用簡單循環(huán)的燃氣輪機，IGCC機組是以合成氣代替常規(guī)燃料的聯(lián)合循環(huán)裝置，示范電站中燃氣輪機的選擇主要應依據(jù)以下原則：燃氣輪機容量應與示范電站容量相適應。l 除塵、脫硫等凈化技術(shù)的研究，重點是除塵技術(shù)。l 廢鍋同氣化爐、除塵器和汽輪機的連接匹配技術(shù)。l 廢鍋的設(shè)計技術(shù)。l 水煤漿精確流量的調(diào)節(jié)裝置。綜上所述，氣化島的主要研究內(nèi)容為：l 水煤漿氣化爐的大型化優(yōu)化設(shè)計研究，單爐2000t/d級；氣化爐變負荷運行的設(shè)計、控制方案。采用常溫脫硫方法，脫硫運行溫度在38℃～40℃。除塵系統(tǒng)的運行溫度一般約為250℃～370℃，可采用干法過濾除塵。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)對燃氣輪機及后續(xù)的其它系統(tǒng)有腐蝕和磨損的危害，為了使IGCC機組正常運行并達到較高的可靠性，必須在合成氣進入燃氣輪機之前，對其進行凈化處理。為兼顧造價與熱效率的矛盾，也可以采取只要對鍋或輻鍋，這樣的電站造價與熱效率將居上述二者之間。根據(jù)Texaco公司計算，%，%。在這里合成氣將其大部分顯熱傳給輻鍋和對鍋中的水，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)余熱鍋爐過熱后送蒸汽輪機發(fā)電。顯熱回收系統(tǒng)很復雜，它可以以各種形式分布在從煤氣化爐出口至燃氣輪機燃燒室入口之間的整個流程中。根據(jù)氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，針對我國200MW～400MW IGCC示范項目，應首選氧氣氣化的氣流床氣化工藝，以水煤漿進料氣化爐或者干粉進料氣化爐為主要選擇對象。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?？辗止に嚵鞒痰倪x擇，以及空分裝置與燃氣輪機系統(tǒng)的合理連接方式，對IGCC的供電效率、比投資費用，乃至整個機組的運行靈活性和可靠性都有很大的影響。IGCC的空分系統(tǒng)配置方式有三種：獨立空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣由一個單獨的空氣壓縮機提供；整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣全部來自燃氣輪機的壓氣機出口；部分整體化空分系統(tǒng)—空分裝置所需空氣一部分來自燃氣輪機的壓氣機出口，另一部分由單獨的空氣壓縮機供給。氧氣氣化的聯(lián)合循環(huán)島造價比空氣氣化的要高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。特別是它對空氣系統(tǒng)的耗功有決定性的影響。其次，過量的水使氣化過程的耗氧量增加，爐溫降低，致使冷煤氣效率較低。對于流化床氣化爐，目前多采用螺旋給料機進行壓力輸送。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)出來的，采用水煤漿進料在運行的安全性、壓力變化特性、運行可靠性等方面有一定的優(yōu)勢。根據(jù)氣流床的特點，采用水煤漿供料，系統(tǒng)簡單，容易控制；而準確的干煤粉加壓送料系統(tǒng)復雜。相比之下，煤量跟蹤負荷相對較困難。在負荷變化時，氧氣和煤量能夠迅速準確地調(diào)節(jié)，是保證整個機組運行穩(wěn)定的前提。對于一個具體的氣化爐，除了技術(shù)因素之外，其容量有時也受制造和運輸條件的限制，對于IGCC應用的氣化爐，受限制的主要是輻射廢鍋和對流廢鍋。當然，對于有耐火磚的氣化爐，在高溫下運行則必須延長耐火層的壽命，否則在電力行業(yè)應用將會受到一定的限制。氣化爐發(fā)展的目標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。對于液態(tài)排渣的氣化爐，一般運行溫度維持在灰熔點以上50～100℃，保證灰熔化，使排渣順利。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行，其反應速度迅速增加，碳的轉(zhuǎn)化率和氣化爐的出力也大大提高。通常冷煤氣效率越高，IGCC全廠的效率就越高。氣化爐的冷煤氣效率越高，意味著從整個電廠其它系統(tǒng)的需求越少，易于提高循環(huán)效率，也使全廠的設(shè)計趨于簡單。氣化爐對IGCC的整體效率有很大的影響。 氣化島模塊技術(shù)，輻射廢鍋、對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)化為合成氣的過程。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、合成氣燃機技術(shù)，著重解決三個島中的關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵工藝，以形成島的模塊化技術(shù)。燃機島內(nèi)主要設(shè)備包括：燃氣輪機和余熱鍋爐等。 項目簡介 系統(tǒng)整體配置與參數(shù)優(yōu)化以開發(fā)和建設(shè)200MW等級的IGCC發(fā)電技術(shù)為目標，將IGCC發(fā)電系統(tǒng)劃分成氣化島、燃機島和與IGCC相適應的模塊配套島三個島進行研究開發(fā)。按科技部下發(fā)的課題立項通知，本示范工程裝機容量為200MW級，其中，燃機采用E級重型燃機，出力約121MW (年平均工況)，汽機采用高壓再熱汽輪機，出力約107MW，整套IGCC發(fā)電機組的總出力約228MW(年平均工況)。浙江半山IGCC發(fā)電示范工程的建設(shè)地點位于老廠東區(qū)，系利用拆除的老廠一期1臺12MW機組和二期2臺50MW機組的建設(shè)場地。3 “十一五”863示范項目浙江半山IGCC發(fā)電示范工程 企業(yè)基本情況簡介半山發(fā)電有限公司2臺50MW燃煤機組于七十年代中期投產(chǎn)，2007年6月退役；三、四期工程各1臺125MW燃煤機組，分別于1984年和1996年投產(chǎn)。⑥ 十五“863”示范工程情況兗礦集團有限公司的60MW級發(fā)電和24萬噸甲醇/年的煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示范廠已投入運行。研究了IGCC實時仿真裝置，對機組啟停、正常運行、異常和故障運行工況等過程進行了仿真。對于組成IGCC的氣化、低溫凈化、空分等單元設(shè)備已具備制造基礎(chǔ)，可作為我國燃煤機組的更新?lián)Q代技術(shù)。大容量的空分制造廠家有法國的液空公司、美國的空氣產(chǎn)品公司、德國的林德公司等，其產(chǎn)品廣泛用于化工、鋼鐵等行業(yè)。杭州鍋爐廠等制造企業(yè)已經(jīng)設(shè)計制造了燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的余熱鍋爐，并投入使用。哈汽、上汽、東汽等制造企業(yè)也采用相同方式，與國外廠家進行聯(lián)合生產(chǎn)制造。這些研究成果已用于兗礦集團有限公司的60MW級發(fā)電和24萬噸甲醇/年的煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示范工程。③ 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成及合成氣燃機技術(shù)中國科學院工程熱物理研究所建立了發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化集成設(shè)計平臺，基本形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)設(shè)計技術(shù)；確定和優(yōu)化了60MW級發(fā)電和24萬噸級甲醇/年聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。國內(nèi)石油、化工、電力行業(yè)采用常規(guī)除塵和脫硫也有相當長的歷史。在高溫除塵方面，完成了移動床顆粒層過濾器容量放大后顆粒層過濾、氣力循環(huán)清灰、靜電促進提高除塵效率等方面關(guān)鍵技術(shù)的研究；建立了煤氣處理量450Nm3/h的帶靜電促進的移動床顆粒層過濾器試驗裝置；完成了煤氣處理量6000Nm3/h的帶靜電促進的移動床顆粒層過濾器的技術(shù)設(shè)計；完成了移動床顆粒層過濾器除塵過程的數(shù)值模擬和動態(tài)顯示研究。復合顆粒移動床除塵器和陶瓷管除塵器的除塵效率99%。設(shè)計并建成了新型高溫煤氣凈化試驗裝置，完成了真實煤氣的試驗。② 凈化工藝在高溫脫硫方面，研制出兩種新型高溫煤氣脫硫劑。達到了水煤漿氣化的國際先進水平。煤氣化技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的共性核心技術(shù)。l 比投資增加10％。l 88％的CO2可被分離提取。⑧ CO2分離技術(shù)IGCC采用將煤氣化而不是完全燃燒，只需對合成氣中CO2進行分離。⑦ 多聯(lián)產(chǎn)和綜合利用技術(shù)l IGCC可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，還可同時生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，不僅有利于提高資源利用率和經(jīng)濟性，而且可改善調(diào)峰性能。⑥ 提高IGCC系統(tǒng)的運行性能l 提高各部件和系統(tǒng)的運行可靠性。如空分系統(tǒng)整體化程度的選擇還要考慮系統(tǒng)的運行和自動控制。系統(tǒng)的整體化包括空分系統(tǒng)的整體化和汽水系統(tǒng)的整體化。l 進行合成氣超凈化，以便供給燃料電池使用，把燃料電池與IGCC結(jié)合起來，進一步提高效率。l 空分系統(tǒng)方面的研究主要包括：提高空分系統(tǒng)的負荷跟蹤能力；提高空分系統(tǒng)的安全可靠性，如內(nèi)壓縮流程；離子傳輸膜技術(shù)的研究，可使空分系統(tǒng)的價格降低并使廠用電降低。如提高性能、可靠性和延長使用壽命；開發(fā)高溫測試設(shè)備使氣化爐在最佳狀態(tài)下運行；提高氣化爐容量等。目前采用空氣氣化的氣化爐容量較小，將來必須增加容量并經(jīng)過工業(yè)規(guī)模的示范運行研究，逐步推廣應用并有足夠的競爭力。空氣作氣化劑由于沒有空分系統(tǒng)，將簡化系統(tǒng)并使廠用電顯著降低。與常規(guī)的IGCC系統(tǒng)相比省去了蒸汽輪機發(fā)電機組及其相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備，使系統(tǒng)簡化、效率更高，并節(jié)省投資費用。開發(fā)更新的IGCC發(fā)電技術(shù)。② 研制開發(fā)更先進的燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中，燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)部分的效率起著決定性影響。這些技術(shù)的發(fā)展，使IGCC發(fā)電技術(shù)達到更高水平。上面已講過IGCC發(fā)電技術(shù)的發(fā)展階段，從技術(shù)上講屬于第二代技術(shù)；從工程應用上講，正在從商業(yè)示范走向商業(yè)應用。通過上述各項改進措施，第三代IGCC無論在技術(shù)性能和經(jīng)濟指標上都將大大提高。④ 采用更高參數(shù)和更為優(yōu)化的蒸汽系統(tǒng)。美國ATS計劃中GE公司的H系列燃氣輪機透平煙氣初溫將達1427℃，單機容量也將進一步加大，歐洲也在研制相應等級的燃氣輪機。③ 采用更加先進的燃氣輪機。② 采用干式高溫合成氣凈化，包括干式高溫除塵和脫硫。在九十年代其他各國設(shè)計和建造的IGCC電站原則上均屬于第二代技術(shù)。此外在合成氣顯熱回收、空分裝置的配置（整體化程度、氮氣回注）等方面進行了優(yōu)化。第二代IGCC技術(shù)以九十年代初、中期建成的美國Tampa電站和荷蘭Buggenum電站為代表。從IGCC技術(shù)發(fā)展的角度看，美國能源部的有關(guān)研究機構(gòu)根據(jù)IGCC系統(tǒng)中各項主要技術(shù)的發(fā)展水平，將IGCC技術(shù)的發(fā)展分成三個階段：第一代IGCC技術(shù)以八十年代中期建成的Cool Water電站為代表，采用水煤漿供料的氣流床氣化，濕法常溫凈化工藝，較低溫度的燃氣輪機和單壓的蒸汽系統(tǒng)，蒸汽參數(shù)也相應較低。因而開發(fā)和采用潔凈煤發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為共識，IGCC既可以不斷提高發(fā)電效率，又有極好的環(huán)保性能，特別是低成本解決CO2的減排，達到污染物的近零排放，是最有發(fā)展前途的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。各國都在積極尋求高效率、低污染的發(fā)電方式，以適應資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展的要求。為未來杭州市的城市交通提供清潔、廉價的氫源，具有良好的社會效益和環(huán)保效益。(5) 為城市公共交通提供氫源 IGCC氣化爐產(chǎn)生的燃氣中富含H2。相比常規(guī)燃煤機組的CO2捕捉，成本低廉，可以說是目前最具競爭力的CO2捕捉技術(shù)。IGCC產(chǎn)生的燃氣通過變換模塊，可使燃氣中的CO全部變換為CO2及H2。作為發(fā)展中國家，中國現(xiàn)階段沒有CO2等6種溫室氣體的減排任務(wù)。(3) 節(jié)約用水由于聯(lián)合循環(huán)中蒸