【正文】 脫除污染物”技術(shù)，煤氣氣流量小(大約是常規(guī)燃煤火電尾部煙氣量的1/10)，便于處理。目前國際上運行的商業(yè)化IGCC電站的供電效率最高已達到43%，與超超臨界機組效率相當(dāng)。 IGCC發(fā)電技術(shù)把聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)與煤炭氣化和煤氣凈化技術(shù)有機的結(jié)合在一起，具有高效率、清潔、節(jié)水、燃料適應(yīng)性廣，易于實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點，符合二十一世紀發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。其原理圖見下圖：二、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的特點 IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今國際上最引人注目的新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一。第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備（包括硫的回收裝置），第二部分的主要設(shè)備有燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）目錄一、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的工作過程…………………………二、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的特點………………………………三、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展………………………………四、在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的主要設(shè)備………………………五、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展趨勢………………………… 六、對我國發(fā)展IGCC技術(shù)的若干啟示………………………一、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的工作過程 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCCIntegrated Gasification Combined Cycle）發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進動力系統(tǒng)。它由兩大部分組成，即煤的氣化與凈化部分和燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。IGCC的工藝過程如下：煤經(jīng)氣化成為中低熱值煤氣，經(jīng)過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動燃氣透平作功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機作功。該技術(shù)以煤為燃料，通過氣化爐將煤轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹猓?jīng)過除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為潔凈的煤氣供給燃氣輪機燃燒做功，燃氣輪機排氣余熱經(jīng)余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電，從而實現(xiàn)了煤氣化燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電過程。 IGCC將煤氣化和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合，實現(xiàn)了能量的梯級利用，提高了采用燃煤技術(shù)的發(fā)電效率。當(dāng)采用更先進的H系列燃氣輪機時，IGCC供電效率可以達到52%。因此IGCC系統(tǒng)中采用脫硫、脫硝和粉塵凈化的設(shè)備造價較低，效率較高，其各種污染排放量都遠遠低于國內(nèi)外先進的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可以與燃燒天然氣的聯(lián)合循環(huán)電廠相媲美。IGCC一般采用物理/化學(xué)方式脫硫，其脫硫效率可達99%以上，脫硫產(chǎn)物是有用的化工原料硫磺。在IGCC系統(tǒng)中可以對煤氣中的CO進行變換，生成H2和CO2，H2可以作為最清潔的燃料 （如燃料電池），CO2可以進行分離、填埋回注等，以實現(xiàn)CO2零排放。采用IGCC發(fā)電技術(shù)，可以燃用我國儲量豐富、限制開采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 　　IGCC的一個突出特點是可以拓展為供電、供熱、供煤氣和提供化工原料的多聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)方式。從而使IGCC具有延伸產(chǎn)業(yè)鏈、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的技術(shù)優(yōu)勢。顯然，這個電站開創(chuàng)了煤在燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)中應(yīng)用的先例。 世界上公認的真正試運成功的IGCC是于1984年5月建成于美國加州Daggett的“冷水”(Coal Water)電站，它是以余熱鍋爐型燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)為基礎(chǔ)的，該電站的凈功率為93MW，(HHV)。該電站成功地運行了4年，歷時共25000h?！袄渌彪娬镜脑囼灣晒ο蚴澜缧剂诉@樣一個現(xiàn)實和方向，即：IGCC是一種有相當(dāng)發(fā)展前途的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，它可能是21世紀中，除了增殖反應(yīng)堆之外的、最有發(fā)展前途的一種燃煤的友電方式。按當(dāng)量折算，IGCC的總功率為160MW，采用原為Destec公司專有的兩段式水煤漿加煤的氣化爐。 以上這兩臺IGCC的示范運行運行成功，為上一世紀90年代開始的較大規(guī)模地研究和規(guī)劃發(fā)展IGCC電站的計劃增添了動力。它們研發(fā)的目標(biāo)是： ①迅速增高IGCC的單機功率和供電效率，力求其供電效率能超過目前燃煤的超臨界參數(shù)的蒸汽輪機電站； ②較大幅度地降低其比投資費用，力求降低到$10001200/kW的水平； ③提高全廠的運行可用率，力求達到90%92%的水平； ④降低發(fā)電成本，力求在電網(wǎng)中能與燃煤的有FCD裝置的發(fā)電成本相競爭； ⑥積累運行經(jīng)驗。 在這些電站的調(diào)試過程中都遇到過許多技術(shù)故障，并經(jīng)不斷改進后才取得進展?？偟慕Y(jié)論是： ①目前供電效率僅達到42%43%左右，并未實現(xiàn)45%的預(yù)定目標(biāo)，倘若熱煤氣顯熱的回收系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)（像美國的Tampa電站那樣），供電效率則有可能下滑到37%左右的低水平； ②電站運行的可用率一般能夠達到80%左右，主要的停運原因來自氣化爐； ③電站的比投資費用還比較高，一般都高于$1500/kW： ④由于比投資費用高、運行可用率僅80%左右，因而發(fā)電成本還不能與目前燃煤的超臨界參數(shù)的蒸汽輪機電站相媲美； ⑤改燒低熱值的合成煤氣時，燃氣輪機的然燒室不僅需要作很大的改動，而且要修改壓氣機與透平通流部分的匹配關(guān)系，以適應(yīng)燃燒低熱值煤氣時燃氣質(zhì)最流率較大幅度增長的需要。目前9F等級的燃氣輪機在改燒低熱值煤氣時可以使IGCC的單機容量達到300MW以上： ⑦對于以純發(fā)電為目的的ICCC電站來說，采用噴流床式的、以氧氣為氣化劑的氣化爐是比較合適的，它能提高碳的轉(zhuǎn)化率，并有利于提高IGCC電站的單機容量。目前，噴流床氣化爐的單爐耗煤量已經(jīng)達到20003000t/日，足以與300MW等級的IGCC電站相匹配； ⑧屆前，以空氣為氣化劑的流化床式的氣化爐以及干法除灰脫硫系統(tǒng)還未試驗成功，尚需進一步探索； ⑨目前采用的深冷法制氧設(shè)備的耗功量是比較大的，為了減少廠用電耗率，設(shè)法探索新的制氧方法是刻木容緩的事； ⑩一般來說，在IGCC的整套設(shè)備中，燃氣輪機的運行可用率總是在95%以上，是比較可靠的，但在GE公司和Siemens公司供貨的燃氣輪機中也都發(fā)生過部分壓氣機葉片斷裂的故障，在運行中必須嚴加檢查，以防發(fā)生大事故； ⑩IGCC的污染物排放遠遠低于NSPS標(biāo)準(zhǔn)，完全能夠在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，滿足21世紀初、中期的需要。 當(dāng)然，以上5座IGCC示范電站還將長期地運行下去，以便充分暴露和解決諸多設(shè)備中可能存在的技術(shù)問題、積累運行經(jīng)驗，并在氣化爐中試燒多種燃料、探索氣化過程的參數(shù)優(yōu)化。 總之，目前人們已經(jīng)掌握了設(shè)計、制造和運行單機容量為300400MW IGCC電站的技術(shù)，但須采用以氧氣為氣化劑的噴流床氣化爐和濕法除灰脫硫系統(tǒng)。發(fā)電成本尚不能與有FGD的燃煤電站抗衡(初步估計發(fā)電成本大于￥)?？偟膩碚f：以純發(fā)電為目的的IGCC電站的發(fā)展速度比人們在上一世紀中期預(yù)計的要緩慢得多。15世紀末，意大利人列奧納多燃氣輪機（Gas Turbine）是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)、把熱能轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，包括壓氣機、加熱工質(zhì)的設(shè)備（如燃燒室）、透平、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備等。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。燃氣輪機的工質(zhì)來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。 燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。70年代末，壓縮比最高達到31；工業(yè)和船用燃氣輪機的燃氣初溫最高達1200℃左右，航空燃氣輪機的超過1350℃。壓氣機由渦輪驅(qū)動，其主要性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速、空氣流量、增壓比和效率等?！∥覀冎刂v軸流式壓: 1 空氣在軸流式壓氣機中主要沿軸向流動。由一排轉(zhuǎn)子葉片和一排靜子葉片組成一級，單級的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都采用如圖所示的多級結(jié)構(gòu)。2軸流式壓氣機的空氣流量為幾公斤每秒到二百公斤每秒，～，～。軸流式壓氣機的面積小，增壓比和效率都高，已廣泛用于燃氣渦輪發(fā)動機中。它從大氣中吸進空氣，經(jīng)壓縮和加熱 軸流式壓氣機的主要部件這一過程之后，得到能量和動量的空氣以高達2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(2253公里/小時)的速度從推進噴管中排出。渦輪發(fā)動機的機械布局比較簡單，因為它只包含兩個主要旋轉(zhuǎn)部分，即壓氣機和渦輪，還有一個或者若干個燃燒室。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過壓氣機和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃氣并形成推進噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計工作造成的 2 、燃燒室(1) 燃燒室簡介：燃燒室是燃料或推進劑在其中燃燒生成高溫燃氣的裝置。(2)燃氣渦輪發(fā)動機燃燒室的構(gòu)成及工作原理：　　燃氣渦輪發(fā)動機燃燒室由外殼（套）、火焰筒、噴（油）嘴、渦流器、點火裝置等組成。另一股（占3/4～3/5）從火焰筒與外套間流過，對火焰筒壁面進行冷卻，然后進入火焰筒與高溫燃氣摻混，使燃氣溫度降低，達到渦輪所要求的溫度。 燃燒室 　　燃燒室的渦流器一般作成葉片式的，它使氣流按要求方向流動,以利于點火和燃燒,并使燃燒得以延續(xù)。噴嘴用來將燃料（航空煤油）以極小的油珠噴入火焰筒,使燃料在吸熱后能很快蒸發(fā)成為油氣,與空氣組成極易燃燒的可燃混合氣。在一些小型發(fā)動機中，還采用高速旋轉(zhuǎn)的甩油盤將燃油甩進燃燒室。這里溫度最高，一般采用耐高溫的鎳基合金板料或冷軋成型的帶料焊接而成，也有采用鍛件機械加工的。 燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室按氣流在燃燒室中流動的方向分為三種：①直流式：氣流在燃燒室中沿軸向流動。②折流式：氣流由壓氣機流出后，折成兩路流入火焰筒。③回流式：壓氣機出口的空氣由燃燒室的后端流入火焰筒頭部。后兩種形式氣流流動損失大，但能縮短發(fā)動機的長度，一般用于采用離心式壓氣機的發(fā)動機中。管形燃燒室中的每個管形火焰筒有單獨的外套，組成一個單管燃燒室。各燃燒室之間通過聯(lián)焰管來傳焰和均壓。環(huán)形燃燒室中的火焰筒為一整體的環(huán)形腔。這種燃燒室空間利用率高，迎風(fēng)面積、重量、壓力損失、火焰筒表面積和長度都小，所需的冷卻空氣量少，出口流場沿周向分布均勻，廣泛用于各種新型發(fā)動機中。各火焰筒間裝有聯(lián)焰管。50～60年代的發(fā)動機多采用這種結(jié)構(gòu)。燃氣透平也可用于其他裝置中作為利用高溫壓力氣體來作功的設(shè)備。軸流式燃氣透平主要由靜子和轉(zhuǎn)子組成。從燃氣輪機燃燒室來的葉片中膨脹加速后流入動葉片，對動葉片產(chǎn)生作用力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，把燃氣的能量轉(zhuǎn)化為機械功，使燃氣透平能帶動負荷和壓氣機運行。在燃氣透平中一般為2～5級。此外，燃氣透平出口裝有擴壓器，使排氣擴壓降速，以減少出口速度損失。 （2）結(jié)構(gòu)：燃氣透平（圖 ）由于在高溫下工作，熱膨脹、熱應(yīng)力、熱腐蝕和冷卻等問題突出，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求很高。它的靜子由機匣（又稱氣缸）、持環(huán)和靜葉片等組成，靜葉片裝在持環(huán)上，持環(huán)再裝在機匣上，是一種雙層結(jié)構(gòu)的靜子。由拉桿螺栓將輪盤等聯(lián)接而成的組合式轉(zhuǎn)子，能減少熱應(yīng)力。轉(zhuǎn)子中也通以冷卻空氣，以降低輪盤等的工作溫度。在進口燃氣初溫很高的燃氣透平中，持環(huán)與燃氣也隔開，形成多層結(jié)構(gòu)的靜子。機匣則能在更低的溫度（例如 400℃左右）下工作，以便能用球墨鑄鐵等較普通的材料來制造。為增強抗熱腐蝕的能力，葉片表面較普遍地采用防腐蝕的保護措施，例如防腐蝕涂層和表面滲鋁等。這樣就能在已有的高溫材料基礎(chǔ)上更多地提高燃氣初溫，從而有效地提高燃氣輪機效率。圖2中，對流、沖擊、氣膜和綜合冷卻是常用的幾種葉片冷卻方式。發(fā)散冷卻的效果比綜合冷卻好得多，用水來冷卻葉片也能達到很好的效果，這兩種冷卻方式尚處于試驗階段?！∶簹饣夹g(shù)是以煤炭為原料，采用空氣、氧氣、CO2。為了提高煤氣化的氣化率和氣化爐氣化強度，改善環(huán)境，70年代以來發(fā)達國家加快了新一代煤氣化技術(shù)的開發(fā)和工業(yè)化進程。固態(tài)床、流化床、氣流床等幾種不同類型的煤氣化技術(shù)均取得了較大的進展和較好的效果。固定床（慢移動床），常見有間歇式氣化（UGI）和連續(xù)式氣化（魯奇Lurgi）2種。該技術(shù)所含煤氣初步凈化系統(tǒng)極為復(fù)雜，不是公認的首選技術(shù)?！≡摷夹g(shù)是30年代開發(fā)成功的，投資少，容易操作，目前已屬落后的技術(shù)，其氣化率低原料單一、能耗高，間歇制氣過程中，大量吹風(fēng)氣排空，每噸合成氨吹風(fēng)氣放空多達5000m3，放空氣體中含CO、COHH2S、SO2。中國中小化肥廠有900余家，多數(shù)廠仍采用該技術(shù)生產(chǎn)合成氫原料氣。 魯奇氣化爐　30年代德國魯奇（Lurgi）公司開發(fā)成功固定床連續(xù)塊煤氣化技術(shù)，此后在世界各國得到廣泛應(yīng)用。用煤氣中除含CO和H2外，含CH4高達10%～12%，可作為城市煤氣、人工天然氣、合成氣使用。針對上述問題，（BGL），將固體燃料全部氣化生產(chǎn)燃料氣和合成氣。　U－Gas在上海焦化廠（120t煤/do臺）1994年11月開車，已6年，迄今運轉(zhuǎn)仍不正常；陜西城固正利用中科院山西煤化所的技術(shù)建設(shè)150t煤/d（常壓）裝置；CFB、PFB可以生產(chǎn)燃料氣，但國際上尚無生產(chǎn)合成氣先例；Winkler已有用于合成氣生產(chǎn)案例，但對粒度、煤種要求較為嚴格，甲烷含量較高（%～%），更兼設(shè)備生產(chǎn)強度較低，已不代表發(fā)展方向?！饣瘻囟纫曉锨闆r進行控制，一般控制循環(huán)旋風(fēng)除塵器的溫度在（800～1050）℃之間。CFB氣化爐基本是常壓操作，若以煤為原料生產(chǎn)合成氣，可生產(chǎn)煤氣 （～）m3。在未取得用于氨廠的工業(yè)化成功經(jīng)驗之前，應(yīng)慎重從事?！〈置簹庵袔缀醪缓褂汀⒎拥扔泻ξ镔|(zhì)，煤氣容易凈化，這是中國自行開發(fā)成功的先進的煤氣化技術(shù)。取得經(jīng)驗后進行推廣。　氣流床對煤種（煙煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有較大的兼容性，國際上已有多家單系列、大容量、加壓廠在運作，其清潔、高效代表著當(dāng)今技術(shù)發(fā)展潮流。　目前Texaco最大商業(yè)裝置是Tampa電站，屬于DOE的CCT3，1989年立項，1996年7月投運，12月宣布進入驗證運行。重900t。中國在水煤漿氣化領(lǐng)域中積累了豐富的設(shè)計、安裝、開車以及新技術(shù)研究開發(fā)經(jīng)驗與知識。主要缺點：褐煤的制漿濃度約59%～61%；煙煤的制漿濃度為65%；因汽化煤漿中的水量要耗去入爐煤的8%，比干煤粉為原料氧耗高12%～20%，所以效率比較低?！樘岣呃涿簹庑?，在第二階段中，采用總煤漿量的10%～20%進行