IGCC洁净煤发电技术的现状及展望.doc

IGCC洁净煤发电技术的现状及展望我国是以煤炭为主要能源的生产和消费大国，发电用煤所占比例超过75%，由于油、气资源相对匮乏，因此在可预见的将来，以煤炭为主的能源格局很难改变。% O# X: ( - j8 目前的煤炭利用方式主要是直接燃烧，不仅能源利用效率低，而且污染排放量大，造成的环境影响对电力行业的制约将越来越严重。煤炭燃烧排放的主要污染物包括二氧化硫、氮氧化物和粉尘，以及温室气体二氧化碳。2004年，我国二氧化硫排放总量为2255万吨，居世界第一位；氮氧化物排放总量为1600万吨，电力行业排放量约占一半；烟尘排放总量为1095万吨。二氧化碳是引起全球气候变暖的主要温室气体，我国目前二氧化碳排放量仅次于美国，居世界第二位。在减少二氧化碳排放方面，中国必将面临越来越大的国际压力。因此，发展清洁的煤炭发电技术意义重大。IGCC技术的主要特点IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。/ q6 p7 w; X- n: 3 Z- R3 P# F6 T O/ l9 O- I$ bb该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经过除尘、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，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。u$ K4 : A/ # l) g# Y- P T5 B( R& S/ N7 f8 r* 0 G UIGCC发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。, O* r, s% |+ v5 p2 n9 hIGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。& N# T7 b/ Z; b0 R, : oIGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。) q3 T7 : b% G a w, Y:常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料 （如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。/ R8 w; Y9 j4 n* e& _IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/22/3左右。IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。) N! n ?% y# & J& u& # X4 F Z6 f% d; k/ 2 _6 z) L* R! f7 “能源领域“十一五”科技计划项目建议书”中指出：IGCC联产系统已不仅是传统意义上的提高能量转换效率或利用余热的热电联产，而是通过诸如电能、优质燃料、化工品的联产，大幅度降低能源和物质消耗的新型生产系统。控制污染物的排放是在过程中获得，而非末端控制，进一步增加了经济性。它弥补了单项洁净煤技术难以同时满足效率、成本和环境多方面要求的不足，并与氢能利用、削减CO2排放的长远可持续发展目标兼容，是未来洁净煤利用技术发展的主要方向。IGCC联产体现了清洁生产、洁净能源、循环经济和绿色工程的理念，是科学发展观的具体体现和实践，对于促进中国能源与环境协调发展，维护国家能源安全，满足国民经济快速稳定发展需要，都具有重要的战略意义。国内外IGCC技术的现状从上世纪80年代以来，西方发达国家在IGCC发电技术方面取得了突破性进展，建设了一批商业化运行的IGCC电站，据统计，目前世界上在建和已建成的各类IGCC电站有近30余座，总容量达800万千瓦。* A6 A. r& X$ y8 T; p, G4 - A7 v$ L/ B W美国、欧洲、日本、加拿大和澳大利亚等主要西方发达国家均制定了洁净煤的发展计划，如美国的“未来电力”计划，投资10亿美元，在十年内建设一座以煤气化为基础，以发电/制氢/液体燃料多联产，并结合CO2捕集封存，实现CO2零排放的新一代清洁能源示范厂。国内科技和产业界对IGCC技术也给予了很大关注，国家科委在“八五”、“九五”科技攻关、“十五”863课题中投入了专项资金，资助国内科研院所开展气化炉、煤液化、IGCC仿真系统以及设计技术等基础研究。目前由华东理工大学研制的具有国内自主知识产权的多喷嘴水煤浆气化工艺已经投入商业运行。同时，随着大型燃气轮机的国产化进程，以及通过引进的大型煤气化装置在国内化工行业的陆续投产，为国内建设大型IGCC电站创造了条件。我公司在上世纪90年代就开始跟踪IGCC技术的发展，先后参与了国家“八五”、“九五”科技攻关项目、863课题中有关IGCC设计技术的研究，编制了“煤气化工艺系统优选”、“煤气净化工艺优选”、“IGCC经济评价”、“IGCC设计导则”等研究报告，并建立了公司IGCC数据库。同时寄托烟台IGCC示范工程，与国外气化专利商进行了广泛的合作，积累了大量的资料和经验。经过多年的技术储备，我公司目前在国内IGCC设计领域已经走在了前列。. : t& V; u% y* j9 : O) i! 8 V0 y/ T _2 Jr# J$ e8 e p& L( V: oIGCC技术的展望随着国家“十一五”期间电力负荷增长趋缓，常规燃煤机组建设将会受到一些限制，特别是天然气资源日趋紧张和气价偏高的压力，为建设IGCC电站提供了一个难得的发展机遇。2005年12月，华能集团联合大唐、华电、国电、中电投、神华、国家开发投资公司、中煤能源集团公司成立了绿色煤电有限公司，计划用近15年的时间，研究开发并示范推广以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主，并对二氧化碳进行收集和封存的煤基能源系统，建成一座40万千瓦级氢气轮机和燃料电池发电的绿色煤电工程。近期，国家发改委有关领导已经向五大发电集团通报，准备通过“捆绑招标”的方式引进国外大型气化炉的制造技术，在国内建设一批IGCC发电项目。目前由我公司承揽的IGCC前期工程有神华IGCC、中电投IGCC、华电IGCC、大唐IGCC、广州南沙IGCC等，前些年的技术储备已经逐渐得到回报。; u% : E9 . y% o) 3 l6 & R- / q在国内，目前IGCC技术的推广还存在着几个难题，包括大型煤气化专利技术、气化炉制造技术、燃烧低热值合成气的大型燃气轮机制造技术、一次通过制液体燃料和化学品技术、设计集成技术等。此外在政策层面和体制方面还存在一些障碍，如环保和税收方面的优惠政策、洁净煤发电的上网电价、高硫煤的价格、跨行业间的行业壁垒等，这些都需要国家给予投入和支持。从前一阶段我公司参与的IGCC设计工作来看，公司近期需要进一步研究的内容主要有：7 T* F3 M) ?/ V* BI0 P# x( Q5 W. 1 s q2 w- |2 e( 全厂总平面布置的研究 + Q- i& R! G( r# B: E全厂热力系统（包括物料平衡和热平衡）计算研究 - m) f X9 r4 y$ X+ F1 W全厂控制系统研究 ( I3 F8 h* _, O8 e- a大容量电动机启动问题研究 ! 7 C0 Q1 ( z9 Q$ M4 各种煤气净化工艺系统的拟定等。 7 U5 e0 h* f1 z- w8 E$ 由于目前我公司没有煤气化、净化和空分装置方面的设计资质和人才，在工程进入到初步设计阶段后需与化工设计院进行合作。下阶段我公司如果要在IGCC设计方面有所发展，还需引进必要的专业人才，包括掌握化工工艺（如煤气化、煤气净化、制化工产品甲醇、二甲醚等）的流程设计，掌握各类装置的制造