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国家科技攻关重大项目申 报 项 目 之 一400MW级IGCC多联产、CCS关键技术开发和集成与示范项目建议书煤炭开发利用技术创新战略联盟2008年5月一、项目摘要我国煤炭资源在全球煤炭资源中占据举足轻重的地位，是世界上少数几个以煤为主要一次能源的国家，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中一直占70%以上，预计今后半个世纪内，煤炭仍将是中国的主要一次能源。因此，煤电将是我国煤炭利用的主要途径。我国“十一五”规划纲要明确提出，到2010年单位国内生产总值能源消耗和主要污染物排放总量分别比2005年降低20%左右和10%。而煤炭的直接燃烧导致发电效率低，资源综合利用水平低、环境污染严重等问题，特别是带来了大量的二氧化碳排放引起全球气候变暖，不仅已经成为中国环境问题的核心，也使我国面临越来越大的国际压力。因此，在我国以煤炭为主的能源格局且在相当长的时期内难以根本改变的情况下，发展超洁净的煤炭利用技术和建设相应的生产能力对中国的战略意义重大。整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle ，简称IGCC）发电和多联产系统是有效地利用煤炭能源并解决环保和可持续发展的高效、经济、清洁、灵活的煤炭综合利用技术。IGCC多联产系统是通过煤基物质生产和煤炭发电的有机集成，实现电能和液体燃料、化工品多产品联合生产，达到能源高效利用。IGCC多联产系统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，并可与消减二氧化碳排放的长远可持续发展目标兼容，是洁净煤利用技术发展的主要方向。本项目按照我国能源发展战略要求，紧密围绕煤炭经济增长方式的根本性转变（环境友好、资源节约、和谐发展）方式问题，根据国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）和国家科技攻关计划的重点支持领域，以神华的IGCC多联产示范项目为依托，试图通过突破大型煤气化技术、IGCC 多联产集成技术、二氧化碳捕集和处理技术，实现400MW级的IGCC多联产及CCS技术的规模化集成和大型工程项目中的应用。本项目的主要目标是：以神华400MW级IGCC多联产重大项目为依托，重点进行2000吨/天级大型煤粉煤气化技术及成套装备开发，400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）单元技术和集成技术研究、基于IGCC多联产系统的二氧化碳捕集和处理系统研究，并通过在神华IGCC多联产项目中进行系统的工业化技术示范，形成具有自主知识产权的400MW级IGCC多联产及CCS集成技术和核心装置（装备）的国产化，建立我国开展基于IGCC的多联产的技术支撑体系和队伍。本项目将在科技部等单位的指导下，依托“煤炭开发利用技术创新战略联盟”，结合神华400MW级IGCC多联产重大工程项目，充分发挥联盟单位的雄厚的技术、资金和产业化优势，联合国内与煤炭清洁、高效、安全、开发、利用和转化技术相关的企业、大专院校、科研院所开展联合攻关与重大工程示范，具有良好的合作基础与技术支撑。本项目力争在4年左右时间内完成。项目总经费概算10亿元，其中申请科技支撑项目资金2亿元，自筹资金8亿元。本项目的实施不仅对大型煤炭企业转变资源利用方式具有现实意义，对于促进我国能源与环境和谐发展具有重要的示范作用，对于装备制造业、相关行业、区域经济的发展具有带动作用。二、项目的意义和必要性1 项目的需求分析（1）项目技术攻关需求和必要性国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）（以下简称纲要）指出，我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理；能源利用效率低；一次能源消费以煤为主，化石能的大量消费造成严重的环境污染。今后15年，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，对能源科技发展提出重大挑战。我国煤炭资源在全球煤炭资源中占据举足轻重的地位，也是世界上少数几个以煤为主要一次能源的国家。煤电在我国电力行业中具有主导地位。由于煤电模式下煤炭利用的方式主要是直接燃烧，导致资源利用效率低，而且污染排放量大，包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和汞，以及温室气体二氧化碳由此直接造成了极大的经济损失及对环境的危害。而二氧化碳是引起全球气候变暖的主要温室气体，目前我国二氧化碳排放量仅次于美国居世界第二位，将面临越来越大的国际压力。为此，我国“十一五”规划纲要明确提出，到2010年单位国内生产总值能源消耗和主要污染物排放总量分别比2005年降低20%左右和10%。必须采用有力措施，才能达到既定目标，未来我们将面临着异常艰巨的环境保护任务。IGCC发电和多联产系统是有效地利用煤炭能源并解决环保和可持续发展的高效、经济、清洁、灵活的煤炭综合利用技术,充分体现了清洁生产、洁净能源、循环经济和绿色工程的理念。IGCC多联产系统是一个跨行业、多学科交叉的巨大复杂系统，不仅涉及煤气化技术、合成气净化技术、空分技术、燃料和化学品合成技术、燃气轮机技术、二氧化碳捕集及处理技术等众多单元技术，更需要进行系统内物质交换和能量转换过程的有机耦合、优化与集成的系统设计技术和运行控制技术的研究。此外，IGCC和多联产项目还因其项目地点、煤质、规模、联产的油品或化学品品种、所选择的气化技术、化学品技术、燃气轮机等的不同，而存在较大的差异。同时基于IGCC多联产项目的CCS技术需要针对性地研究CO2捕集和处理方式。基于IGCC的多联产系统是我国煤炭资源洁净利用与综合开发的必然选择，而基于IGCC的多联产系统的大型化与规模化也是未来发展的必然趋势。目前，我国乃至在世界尚没有400MW级IGCC多联产的重大工程应用项目，而制约其规模化的大型（2000吨/天及以上规模）煤气化核心技术、400MW级IGCC多联产以及CCS的成熟技术和工业化装置等关键技术尚不成熟，有待进一步开发与试验。因此开展基于大规模的基于IGCC的多联产系统关键技术和装置、系统集成技术和CCS技术的研究和示范是非常必要的。（2）与纲要重点领域及其优先主题的部署的结合度纲要能源的发展思路指出，要促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染大力发展煤炭清洁、高效、安全开发和利用技术，并力争达到国际先进水平；要强化对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新，攻克先进煤电等重大装备制造核心技术。纲要的优先主题“煤的清洁高效开发利用、液化及多联产”明确，重点研究开发煤炭高效开采技术及配套装备，重型燃气轮机，整体煤气化联合循环（IGCC）等高效发电技术与装备，大力开发煤液化以及煤气化、煤化工等转化技术，以煤气化为基础的多联产系统技术等。因此本项目符合纲要重点领域及其优先主题。（3）与重大工程建设、重大装备开发等需求的结合度神华集团在保持煤炭和电力生产稳步发展的同时，积极发展煤洁净转化产业和技术，在内蒙、宁夏等地建设了大型煤化工基地。在IGCC项目方面，神华集团在浙江温州、广东惠州、内蒙古、上海等地规划了IGCC和多联产项目，并开展了项目的方案、预可行性研究、可行性研究工作，部分项目已上报国家发改委，本项目的研究内容，针对了IGCC多联产的共性技术，更切合神华IGCC多联产项目的实际需求，本项目开发的技术、装备成果将直接为神华工程项目提供技术支撑。以下是有关神华IGCC多联产项目基本情况： 神华温州IGCC多联产项目神华温州IGCC多联产项目以神华煤为燃料，建设4台气化炉，配4套空分装置，2400MW（S109F）级燃气蒸汽联合循环机组，年产120万吨甲醇，实现IGCC、甲醇多联产。项目总投资约120亿元。 神华广东惠州大亚湾IGCC多联产项目以神华煤为燃料，建设4台煤气化装置，配套2台400MW级燃气蒸汽联合循环机组和年产15万吨化工制氢装置，实现氢、电多联产，并留有扩建的条件。工程总投资约110亿元。 神华鄂尔多斯IGCC项目项目位于内蒙古鄂尔多斯市，利用新街矿区丰富的煤炭储量，建设亿吨级煤炭生产基地，同时建设煤电一体化IGCC坑口示范电站。项目一期计划建设1400MW （S109F）级燃气蒸汽联合循环机组。项目总投资预计31亿元。 神华上海漕泾IGCC多联产项目本项目现为方案阶段，项目选址在上海市化学工业园区，项目采用发电联产化工（主要是丙烯）的生产模式，可向化工园区或更大区域提供电力、蒸汽、工业气体（氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气等）合成气、硫磺、丙烯及乙烯等其它原料。2预期成果对经济与社会发展或行业技术进步的支撑作用（1）突破洁净煤领域关键技术和装备。本项目将开发大型粉煤气化技术、实现成套装备的国产化，进行400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）关键单元技术研究，开展基于IGCC联产系统得CCS技术研究和试验，这些技术的开发，将突破洁净煤领域的重大煤气化、CCS等关键技术和装备，形成自主知识产权。（2）开发多联产集成技术。通过建立基于IGCC联产系统集成与优化设计技术和平台，将联产系统作为一个整体进行全面设计、分析、评价和优化及试验，得到最优化的400MW级IGCC联产的工艺方案，直接为神华集团IGCC多联产工程项目提供技术支撑。（3）示范大型IGCC多联产工程项目。本项目开发的关键技术、装备、CCS等成果将在神华集团IGCC多联产项目中进行应用；示范项目的建设和运营，不仅将示范国产化技术、装备及工程化的可靠性，还将示范大规模、低成本、高效率IGCC多联产项目的技术经济可行性。（4）推进多联产产业化发展。大型IGCC多联产系统得开发和示范，将探索出一套煤基能源企业发展循环经济、走新型工业化道路的有效模式，推进多联产产业化发展，推动电力、煤炭、装备制造业结构调整和产业升级，带动工程建设、服务业等相关行业的同步发展。（5）尝试联盟的科技攻关模式。本项目由“煤炭开发利用技术创新战略联盟”承担，将尝试由联盟直接承担国家重大科技任务的联合攻关模式，通过攻关建立以产学研合作为技术创新平台、以知识产权为纽带、以成果转化为目标的技术创新体系，建立以自主知识产权为核心的IGCC多联产系统技术支撑与实施体系，为我国IGCC多联产的产业化发展提供技术支撑。（6）树立企业和谐发展的良好形象。本项目的开展，将充分体现我国国有企业坚持自主创新、发挥科技进步对企业和谐发展和履行社会责任的作用，更将在世界范围内展示我国能源企业在环境保护、减少污染物排放、减排二氧化碳等方面作出的积极努力。3国内外技术现状和发展趋势，市场需求分析本项目涉及的主要技术是IGCC、基于IGCC的多联产技术和CCS技术，核心装备是大型煤气化关键技术、基于IGCC的多联产系统的集成技术等。（1）基于IGCC的多联产系统研究与产业化方面二十世纪八十年代以来，从能源发展的长远利益以及基于国家经济发展的战略和国际竞争的需要，IGCC和多联产技术成为世界各国政府资助和相关企业、科研院所研究的重点。美国、日本、欧盟等相继推出了一系列发展计划，大力推进煤炭的高效洁净综合利用技术，以期最终实现近零排放的煤炭利用系统，其核心即是IGCC和多联产。美国于1998年提出了“Vision 21”（远景21）计划，该计划指出目前现有的洁净煤技术都无法单独满足新世纪对煤炭利用的效率、环保和经济性的要求。具有实力的许多国家也相继开展了此方面的研究与试验。欧洲Shell公司（壳牌）提出合成气园（Syngas Park）的多联产系统；日本新能源开发机构于1998年提出以煤气化净化、燃气轮机发电和燃料电池发电、液体燃料合成为主要内容的CEAGLE(Coal Energy Application for Gas, Liquid & Electricty)多联产计划；澳大利亚制定了Coal21计划，其路线图也是将基于煤气化的发电、制氢、合成气生产及CO2分离和处理系统作为未来近零排放的发展方向；加拿大2003年开始制定2020年洁净煤技术路线图，将联产作为洁净煤技术的战略选择。我国国内科技界、产业界一直关注煤基能源多联产技术的发展，并已开始进行系统研究和相关单项技术的研究开发。国内发展煤气化合成化工产品或替代液体燃料的势头很旺，如合成甲醇或进一步加工下游产品（醋酸、醋酐等），合成二甲醚。“十一五”国家863计划先进能源技术领域设立了“以煤气化为基础的多联产示范工程”重大项目，对煤基多联产关键技术和集成技术进行研究、开发和示范，其中兖矿集团、中国科学院、中国华电集团、中国华能集团等分别承担了煤气化技术、燃气轮机技术、联产系统优化集成技术、液体产品及电联产系统试验和示范等技术的开发和示范。神华开展了温州、惠州等IGCC联产项目的可行性研究工作。IGCC技术的发展趋势主要体现在：针对IGCC发展的需要，研发新型气化炉及气化工艺，进一步提高气化炉燃料适应性、可用率和转换效率，从而提高IGCC装置的净效率；采用干式高温合成气净化，包括干式高温除尘和脱硫，如果合成气能在500600的温度下进行净化，可以使合成气显热得到更有效的利用，从而提高IGCC装置的整体效率；采用更加先进的燃气轮机，同时采用更先进的燃烧技术，使NOX的排放进一步降低；采用更高参数和更为优化的蒸汽系统。采用多压的余热锅炉和再热式蒸汽轮机，将使IGCC系统的蒸汽部分的参数得到更好的优化，提高整体能源利用效率。（2）基于IGCC的多联产系统的煤气化核心技术与装备方面国外煤气化发展历史已有200多年，先后发展了有100多种煤气化炉型。近十几年来，为了提高电厂热效率，减少环境污染，国外对煤气化联合循环发电技术作了大量工作，因而促进了现代煤气化技术的发展。目前，有代表的工业化煤气化炉型有:固定床气化(UGI、Lurgi炉和BGL炉)；流化床气化(Winkler炉、HTW炉、U-Gas炉、KRW炉和CFB气化炉)；气流床气化(KT炉、GE即Texaco炉、Shell炉、Prenflo炉和GSP炉)。在大型煤气化技术上，近年来我国引进较多的是壳牌公司的Shell粉煤加压气化技术和GE水煤浆气化技术。随着煤化工项目的发展，我国近年来在气化技术的开发上也卓有成效。中科院山西煤化所从“六五”开始进行煤灰团聚流化床气化工艺制低热值煤气的开发研究，1985年完成了300mm小型气化炉的运转试验，1990年建成了1000mm气化炉中间试验装置，2001年在陕西城固氮肥厂完成工业性试验。在“九五”、“十五”期间，华东理工大学开发了多喷咀水煤浆加压气化炉，并在兖矿集团所属鲁南化肥厂完成了中间试验和工业示范试验。第一套多喷咀水煤浆加压气化炉2004年在山东华鲁恒升集团建成，气化压力为6.5MPa、气化能力1150吨(煤)/天，目前已经投入工业化运行。“十五”期间，西安热工研究院联合西北化工研究院、煤科总院、东南大学、中科院山西所等单位，在国家863计划支持下进行了干煤粉加压气化科技攻关，建立了气化能力为1吨(煤)/小时、压力为3.0MPa的中试装置，已经完成了建设和试验，目前正在进行大型工业示范装置的建设。中国航天科技集团公司充分利用多年来在热能、燃烧等军工特种技术方面的优势及在煤气化领域研制燃烧装置所取得的成果和经验，开始发展煤气化技术，充分消化吸收世界先进煤气化技术的优点，自主创新开展航天粉煤加压气化技术和气化炉、气化燃烧器等核心设备研发，形成了具有自主知识产权的HT-L粉煤加压气化技术。纵观煤气化炉的发展过程，为适应现代工业大型化、规模化、集约化，现代煤气化技术的发展集中在：冷煤气效率高、煤种适应性广煤的转化率高、煤气品质、环境性能好、操作性能好、与其它先进的煤气利用技术有良好的兼容性等。（3）与IGCC多联产系统相关的CCS技术研究方面CCS技术已经受到发达国家政府、科技和产业界越来越多的关注和重视。目前，普遍应用的CO2捕集和分离方法有膜分离法、物理或化学吸收法等。国外一些技术公司和实验室都能够提供CCS捕集和分离技术的整个工艺包服务。近几年，美国、加拿大、挪威等国家先后共开展了十几个CCS 技术商业化示范项目，CO2注入规模从每天100多吨3000吨不等。运行比较成功的有加拿大韦本（Weyburn）油田项目和挪威斯雷普纳（sleipner）天然气田项目。从2000年10月开始，加拿大每天通过管道从美国北达克他州（North Dakota）运火力电厂输送2500吨CO2到韦本（Weyburn）油田，利用CO2代替注水驱油，提高采收率，同时将部分CO2永久封存在地下岩层中。目前，该项目已经累计成功存储了500万吨CO2。该项目示范期从2000年10月到2008年7月，投资4000多万美元。挪威北海斯雷普纳（sleipner）天然气田从1996年开始，将开采天然气中伴生的CO2（浓度高达9%）注入海底1000米深处的咸水层封存。10年来，挪威每年注入100万吨CO2，预计封存量达到2000万吨。 我国的CCS研究还处于起步阶段，只限于少数CO2驱油试验项目和学术机构进行的燃烧前和燃烧后碳捕获技术研究。2007年11月启动的政府间合作项目“中英CCS 技术实现燃煤发电近零排放合作项目”计划在2014年前建成CCS 技术示范电厂。另外，华能集团的“绿色煤电”计划也拟开展CCS 技术研究。目前，国内还没有计划IGCC 电厂与CCS 技术相结合的示范项目。在CO2处理技术应用方面，中联煤层气有限责任公司已经与加拿大阿尔伯达研究院合作在山西沁水盆地成功实施了浅部煤层CO2单井注入实验。中联公司正在与加拿大百达门公司、香港环能国际公司联合进行“深煤层注入/埋藏CO2开采煤层气技术研究”。根据CCS技术有关资料，CCS技术可以分为两个阶段：一是以石油增产开采为目的的CO2注入型EOR阶段（Enhance Oil Recovery），CO2-EOR技术是利用CO2作为溶剂，降低油的粘度，改善原油流度比，从而使原油产量增加。通过该方法，能够比注水提高原油采收率的30%-40%。；二是签订京都议定书后，以CO2减排为目地的CO2封存和利用技术，目前，国内外对CO2的利用主要是工业应用和食品应用，前者包括生产化学品、焊接保护、灭火、运输冷冻等；后者主要是饮料碳酸化和食品加工。 三、国内现有工作基础1 相关领域的试验及示范基地建设情况在煤气化技术方面，兖矿集团利用华东理工大学自主开发的新型水煤浆气化技术建设了1150吨/天的水煤浆气化炉工业示范装置；西安热工研究院建成36吨/天干煤粉加压气化试验装置，并正在进行2000吨/天煤气化装置的开发；中国航天科技集团多年来为煤气化装置配套了气化烧嘴、破渣机、热风炉、特种阀、高压耐磨泵等一系列产品，2005年开发了HT-L粉煤加压气化工艺，并应用于河南省濮阳市15万吨/年甲醇气化装置和安徽省阜阳市15万吨/年合成氨生产装置正在建设中，气化炉规模700吨/天，装置预计2008年底投产。在联产技术方面，西安热工研究院、中科院工程热物理研究所、清华大学等单位在IGCC系统设计优化和一些关键技术开发方面取得了进步，对IGCC技术的现状和趋势及国外IGCC电站存在的问题有了深刻的认识。在CCS研究上，我国还处于起步阶段。上海交通大学在CO2捕集与固化一体化关键技术、CO2低温捕集与储运技术方面都开展了一系列研究，取得了初步成果。在煤化工基地和IGCC项目上，神华已经在内蒙古、宁夏、陕西等地实施了煤直接液化、煤间接液化、甲醇、二甲醚、甲醇制烯烃等大型煤化工项目，并开展了IGCC多联产可行性研究工作；兖矿集团在山东建设了大型煤化工基地，开展了煤间接液化油电联产系统优化集成与设计技术开发；潞安集团开展了16万吨合成油联产60MW电的煤炭联产系统关键技术研究开发与工业示范；中国华电集团公司开展了200MW级IGCC关键技术研究开发；中国华能集团公司250MWIGCC系统试验和示范。从国内研究现状和水平看，产业界和科技界高度重视联产的发展，在已经安排的国家项目中，重点围绕单元技术的研发开展工作，一些单位进行了合成油、电联产的研发，为联产专属性技术研发和大规模联产示范系统的建设奠定了基础。2 项目相关的基建、技术改造、技术引进、国际合作、研发队伍等落实情况本项目将依托神华400MWIGCC多联产工程开展示范。目前，神华温州、鄂尔多斯两个IGCC和多联产项目的（初步）可行性研究已上报国家发改委，惠州项目正在申报过程中。本项目将根据国家审批情况，选择最适合的IGCC多联产系统开展本项目相关技术的示范。“煤炭开发利用技术创新战略联盟”将联合承担本项目的研发。联盟由国内与煤炭清洁、高效、安全、开发、利用和转化技术相关的企业、大专院校、科研院所18家单位组成。其中，神华集团、中国航天科技集团、上海电气集团等企业在我国相关行业中具有重要的地位，在生产技术、科技研发、成果转化等方面具备很强的科技创新能力。联盟还包括上海交通大学、哈尔滨工业大学、中国矿业大学、煤炭科学研究院等多家国内外各行业领域知名的大专院校和科研单位，在基础研究方面有扎实的基础和研发力量和产业基础。因此，联盟有能力、有基础、有条件承担国家科技支持计划。 神华集团经过十年的艰苦探索与实践，神华集团创建了煤电油一体化经营，产运销一条龙运行的独特模式，实现了企业的跨越式发展，成长为集煤、电、路、路、港和煤液化（煤化工）为一体，跨地区、跨行业、多元化经营的特大型能源企业集团。2007年，公司煤炭产量突破2.3亿吨，发电量超过970亿千瓦时。多项生产指标位于国际领先水平，其中，百万吨死亡率0.029，神东公司全员工效124吨/人/天，国华电力有限责任公司发电煤耗324克/千瓦时。神华集团积极发展煤洁净转化产业和技术，战略性的开展煤直接液化示范工程和其他煤化工项目，已经形成有自主知识产权的“神华煤直接液化技术”。神华的煤电油一体化经营为IGCC多联产系统在原料、运输、市场方面提供保证。本项目的相关技术研究将依托神华400MWIGCC多联产电厂开展示范，使研究成果能够直接得到验证和试验，有效地促进了技术优化和成果转化。 同时，充分发挥央企的行业带头作用，引领行业的技术创新和发展方向，有利于产业推广应用。2007年，中国神华能源股份有限公司成功回归A股，总市值超过美国皮博迪公司成为全球最大的煤炭公司。神华承担该项目的示范工程建设，有利于我国企业在走向国际化过程中，树立环境友好的世界级公司形象。 中国航天科技集团公司中国航天科技集团公司是拥有“神舟”、“长征”等著名品牌和自主知识产权、创新能力突出、核心竞争力强的国有特大型企业集团。其下属中国运载火箭技术研究院、北京航天动力研究所等单位贯彻“军民结合，寓军于民”方针，依托火箭动力专业技术优势，走向民用产品技术创新与规模经营的发展道路，为我国石油、石化、化工、环保等行业提供了大量高技术、高质量的关键设备和产品，不仅替代了很多进口产品，而且填补了多项国内空白。多年来已为煤化工装置配套了气化烧嘴（其烧嘴在国内德士古装置上的占有率为80%）、破渣机、热风炉、特种阀、高压耐磨泵等一系列产品。开展气化技术研发的航天科技集团北京航天动力研究所具有庞大的科研队伍，其中中科院院士1人，部级以上专家和享受政府特殊津贴专家50余人，获得部级以上科技成果200余项。开发的HT-L粉煤加压气化技术已经应用于河南省濮阳市15万吨/年甲醇气化装置和安徽省阜阳市15万吨/年合成氨生产装置正在建设中，气化炉规模700吨/天，装置预计2008年底投产。航天科技集团已取得的研究成果为本项目开发2000吨/天的气化炉打下扎实基础和宝贵经验。 西安热工研究院有限公司西安热工研究院有限公司是国内开展电站锅炉和自动控制技术实力较强的单位之一，科技队伍实力雄厚、技术过硬、试验设施和实验设备先进齐全。西安热工院拥有国家发改委设立的电站锅炉煤清洁燃烧国家工程研究中心，是中国华能集团公司技术中心的依托单位。西安热工院电站自动控制技术部，在国内最早接触并掌握进口分散控制系统（DCS）技术和大型火电机组仿真技术。西安热工院成立了专业从事IGCC 及多联产关键技术开发绿色煤电研发部，开展燃气轮机、煤气化和煤气净化、余热锅炉和汽轮机、制氢和燃料电池、以及电厂自动化等研究。曾负责完成了国家“八五”科技攻关项目“IGCC示范电站技术可行性研究”、国家“九五”科技攻关项目“IGCC 关键技术研究”、“IGCC 设计集成和动态特性”。开发出IGCC 系统300MW 以上容量 IGCC 电站的自主设计技术，具备为示范电站设计提供技术支撑的能力，研制出具有自主知识产权的IGCC 电站仿真机。在IGCC、联合循环发电、煤气化技术、煤气净化技术、IGCC 和联合循环发电仿真技术等方面，居全国领先水平。 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学是隶属于国防科工委的全国重点大学，哈尔滨工业大学是我国从事煤的清洁燃烧和利用技术，以及先进能源转化技术的重要研究单位。长期从事煤粉燃烧、新能源转换利用、污染物减排以及能源系统评价方面的研究课题。目前已经参加了国家科技部“十一五”863计划关于IGCC的两个研发课题，分别针对IGCC气化岛关键设备废热锅炉，和200MW级IGCC系统工作特性进行研究。通过一年多的课题研发，对IGCC系统设计和运行技术，以及IGCC气化岛关键设备有了更为深入的理解，并形成了进行IGCC技术开发的研发团队。哈工大燃烧工程研究所所属的动力工程及工程热物理学科为一级国家重点学科。建有黑龙江省能源与环境重点实验室和黑龙江省燃煤污染控制工程技术研究中心。研究所拥有使用面积达2500m2的大型综合实验室，拥有用于流动过程、传热过程、燃烧过程和化学反应过程研究的各类分析仪器，能够满足IGCC多联产系统单元设备工作过程和系统工作特性的研究需要。哈工大同时拥有用于流动、传热过程和化学反应过程研究，以及系统优化设计研究的计算软件，能够满足单元设备设计优化和系统集成优化研究的仿真计算要求。 上海交通大学上海交通大学是我国历史最悠久的高等院校之一，是国家985重点建设的大学，在工科领域拥有公认的学科优势和研究实力。学校始终瞄准高新科技前沿和国家重点攻关项目。20042007年，获得国家级科技奖22项，其中作为第一完成单位获得15项。一批高水平科研成果已经产生出良好的经济效益和社会效益。在国家“973”、“863”、国家自然科学基金及省部级基金支持下，上海交通大学在煤高效清洁利用和燃气蒸汽联合循环方面形成了研究特色，取得了一批重要成果。同时，紧紧围绕国际社会可持续发展的重大需求，积极开展了二氧化碳捕集方面的基础研究工作。在煤的高效清洁利用、燃气轮机性能研究及二氧化碳捕集技术方面，形成了一支基础扎实、科研能力强的研究团队。 联盟还包括上海电气集团、中国矿业大学、煤炭科学总院等单位，他们在燃气轮机、地质条件研究等领域具有较强的研发实力。本项目不仅需要众多单元技术的研发，还包括系统的优化集成和示范，涵盖电力、化工、热力、软件集成、地质等领域，不可能由某一个企业独立承担。“煤炭开发应用技术创新战略联盟”集中了该项目领域多个关键单元技术的优秀研发力量，由联盟承担该项目能够有效地发挥联盟单位跨学科、跨领域、跨行业的团体优势，整合优势力量、统一协调和部署、开展协同攻关，实现产学研紧密结合。该项目面向产业长远发展的关键共性技术创新，成功研发和示范将推动我国电力和相关行业的技术发展，提升我国企业的核心竞争力。 3 与其他相关国家科技计划、项目的衔接和分工本建议书提出的重大项目是按照纲要要求，集中行业发展中遇到的突出问题，在国家有关部委的领导下，开展的产学研结合联合技术攻关与应用的重大实践活动，并且通过项目平台吸纳国内外比较成熟的技术和经验，实现我国相关技术攻关集约化的集成。这是我国实现自主创新、解决我国经济与社会发展重大问题的必然途径。国家“九五”、“十五”科技攻关相继设立了煤化工、IGCC等、联产等方面的基础理论、单一工艺和技术研发、试验等工作。国家“十一五”863计划设立了“以煤气化为基础的多联产示范工程”重大项目，项目将自主研发、验证、示范煤炭联产系统中的重大单项技术和系统集成技术，建设支撑我国煤基高效清洁发电和生产液体产品自主创新的关键技术研发平台和试验示范基地。其重大单项技术包括2000吨/天级新型水煤浆、干煤粉气化技术，粉煤加压密相输运床气化技术，10100万吨/年级合成油技术，联产系统运行及控制技术，液体产品及电联产系统试验、示范以及200MW、250MW IGCC系统试验、示范。本项目将在紧密跟踪国内外相关研究进展，部分汲取相关重大攻关项目的成果，并进一步提升，400MW级IGCC多联产(甲醇、氢气)为起点，开展IGCC多联产技术系统的单元技术和集成技术的开发、示范。其中，2000吨/天粉煤气化技术将实现成套装备国产化，其技术指标将较正开发的干煤粉气化技术进一步提高， 开展CCS技术研究和试验，解决相关的CO2排放问题。因此，本项目与国家有关科技计划有较好的衔接，是IGCC多联产技术的大型化与集约化的重大探索与实践。四、项目实施方案总体目标，实施年限，年度计划安排与阶段目标，具体考核指标。1 项目实施方案总体目标本项目的总体目标是：以神华400MW级IGCC多联产重大项目为依托，重点进行2000吨/天级大型煤粉煤气化技术及成套装备开发，400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）单元技术和集成技术研究、基于IGCC多联产系统的二氧化碳捕集和处理系统研究，并通过在神华IGCC多联产项目中进行系统的工业化技术示范，形成具有自主知识产权的400MW级IGCC多联产及CCS集成技术和核心装置（装备）的国产化，建立我国开展基于IGCC的多联产的技术支撑体系和队伍。其中，IGCC多联产规模： 400MW级IGCC与甲醇、氢气联产，发电效率 46%；粉煤加压气化技术规模：2000吨/天级，实现气化装置成套装备的国产化；形成适用于IGCC多联产系统的CO2捕集和处理技术。2 实施年限、年度计划、阶段目标和具体考核指标本项目施年限：2008年-2011年。实施阶段分为： （1）项目启动阶段（2008年6月-2008年12月）落实项目任务分解，落实课题的设置，进行课题任务、目标的分解，落实课题的组织形式、承担单位，经费等。2008年完成。（2）关键技术开发阶段（2009年1月-2010年12月） 2000吨/天级粉煤气化关键技术与装备开发。关键技术攻关及设备研制工作、开展工程化设计和工业示范。 400MW级IGCC多联产系统关键单元技术研究与核心装置开发。完成煤气化装置系统、煤气净化系统、空分装置系统、燃气轮机系统、适合多联产特点的联合循环系统等单元技术研究。 400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）及CCS系统的集成技术研究开发。完成系统集成的关键参数研究、集成技术支持系数的设计、软件平台开发、多样性IGCC多联产项目的设计方案等。 基于IGCC多联产系统的CCS技术研究。完成CO2捕集和储运技术研究，CO2封存和利用技术研究。CCS工艺优化和技术经济分析。（3）工业示范阶段（2010年1月-2011年12月）400MW级IGCC多联产（氢气、甲醇）及CCS系统的工业示范工程项目从立项开始，连续工期为36个月，计划从2009年1月-2011年12月。35项目年度计划安排与阶段目标和考核指标一览表编号项目领域2008年2009年2010年2011年1项目管理与协调阶段目标项目启动阶段关键技术开发关键技术开发工业化示范工业化示范考核指标落实课题的设置，进行课题任务、目标的分解，落实课题的组织形式、承担单位，经费等。签订课题任务书课题指导、进度跟踪、资金管理课题指导、进度跟踪、资金管理22000吨/天级粉煤气化关键技术与装备开发阶段目标粉煤气化炉水冷壁及壳体设计及工艺研究，粉煤气化关键技术与工艺、研究开发、IGCC多联产系统的粉煤气化炉控制策略和控制系统、关键装备研究等IGCC多联产系统的粉煤气化工艺的优化集成研究，粉煤气化炉水冷壁及壳体设计及工艺研究，粉煤气化关键技术与工艺、研究开发、IGCC多联产系统的粉煤气化炉控制策略和控制系统、关键装备研究等，开始工程设计。2000吨/天气化装置设计考核指标完成阶段性工作完成研究工作，通过评估完成设计开展示范3400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）关键单元技术阶段目标完成煤气化装置系统、煤气净化系统、空分装置系统、燃气轮机系统、适合多联产特点的联合循环系统等单元技术研究。考核指标完成研究工作，通过评估4400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）集成技术阶段目标进行软件平台开发软件平台开发，集成技术开发参数设计、系统设计、系统开发考核指标完成工作，通过评估5基于IGCC多联产的CCS技术阶段目标IGCC多联产系统适用的CO2捕集与储运技术研究基于神华IGCC多联产电厂，CO2处理关键技术和可行性研究IGCC多联产系统的CO2捕集与处理的技术经济分析，400MW IGCC多联产与CCS 系统优化集成的软件平台。CCS试验考核指标1-2种适合的CO2捕集技术、储运参数设计 封存地质条件研究、CO2封存和利用方案 平台开发、参数设计、系统优化设计完成试验6示范阶段目标进行工艺包设计、基础设计进行详细工程设计，设备订货，土建施工土建施工，生产准备，投料试车考核指标完成工艺包设计、基础设计完成详细工程设计，设备订货，进行试生产五、项目的研究内容，课题设置方案，课题考核指标及承担单位选择方式。1 项目的研究内容本项目包括五个方面的研究内容：内容一、 2000吨/天级粉煤气化关键技术与装备开发 IGCC多联产系统的粉煤气化工艺的优化集成研究 粉煤气化炉水冷壁及壳体设计及工艺研究 粉煤气化关键技术与工艺（浓相加压送料、排渣系统等）研究开发 粉煤气化炉关键参数测量与控制方法研究(温度、加压送料检测等) IGCC多联产系统的粉煤气化炉控制策略和控制系统 煤气化装置关键装备研制（气化炉、燃烧器等）内容二、400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）关键单元技术研究与核心装置开发进行400MW级IGCC多联产关键单元系统设计技术研究 煤气化装置系统：建立相关的气化工艺热力模型，进行气化炉热力特性研究，分析氧气纯度等主要因素对发电系统性能的影响。 煤气净化系统：建立煤气净化过程的数学模型，研究高效的煤气显热回收方式和系统，探讨降低煤气净化系统能损的措施。 空分装置系统：建立符合多联产系统要求的空气分离数学模型，比较分析不同空分工艺性能，探讨空气分离装置对多联产性能影响的内在规律与探讨降低空分系统的能耗途径。 燃气轮机系统：建立IGCC循环系统全工况稳态仿真方法和IGCC循环系统全工况动态仿真方法，发展先进动力循环；进行IGCC系统中燃气轮机稳态和动态性能预测优化。 适合多联产特点的联合循环系统：提高子系统模型的精细程度；提高通用性与完整性，使已有的仅适合特定情况的模型改造成适合更多情况的通用模型，并增加与其它子系统模型精细连接的功能；扩大应用范围。内容三、400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）及CCS系统的集成技术研究与开发研究开发适用于400MW等级带基本负荷的IGCC多联产系统的优化集成技术、运行规律与集成设计软件。 多联产整体系统设计技术研究：多联产系统的集成与接口技术，系统的设备配置及参数选择，多联产化工系统与发电系统的相互影响关系等。 适用于400MW级IGCC多产系统优化集成的软件平台开发：建立400MW级IGCC氢气与甲醇联产系统主辅机数据库，研究开发适用于400MW级IGCC氢气与甲醇联产系统优化集成的软件平台。要充分考虑多联产系统的实际因素、实现化工生产过程与发电过程精细连接、能对不同的工艺技术进行优化集成、能对已有设计方案和系统进行校核、能分析多联产系统整体性能参数与集成部件性能参数关联关系等。 多联产运行规律研究：充分考虑多联产各子系统之间的工质和能量交换，分析、研究和评价多联产主要部件以及整体系统在正常运行工况、异常和故障运行工况以及机组启停运行全过程的运行性能和规律。 多联产系统技术经济性综合评价方法研究：建立多联产系统技术经济评价准则，综合考虑环境因素，资源因素对多联产系统经济性的影响。内容四、基于IGCC多联产系统的CCS技术研究 IGCC多联产系统适用的CO2捕集与储运技术研究：开展国内外CO2分离回收技术调研，选择1-2种最适合IGCC系统的CO2捕集技术开展深入的优化研究。开展大规模CO2储运的基础参数研究与实验。 基于神华IGCC多联产电厂，CO2处理关键技术和可行性研究：主要包括 CO2封存地质条件与封存模型研究， CO2利用的主要途径与方案研究、CO2捕集与处理的技术经济分析等。 400MW IGCC多联产与CCS 系统优化集成的软件平台。利用软件平台进行系统整体配置与参数优化。内容五、400MW级IGCC多联产（氢气、甲醇）及CCS系统的工业示范 2000吨/天级粉煤加压气化技术在IGCC多联产项目的示范 400MW级IGCC多联产（氢气、甲醇）耦合和集成技术示范 基于400MW IGCC多联产系统的CO2捕集与处理技术试验 400MW级IGCC多联产（氢气、甲醇）系统的运行控制技术示范2 课题设置和考核指标总项目围绕主题，共设计5个课题，其具体的课题目标和主要考核指标如下。课题一： 2000吨/天级粉煤气化关键技术与装备开发技术指标：气化炉规模2000吨/天级，气化炉操作温度1400-1900；气化炉操作压力4MPa；比氧耗310Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)；比煤耗500kg/1000Nm3(CO+H2)；有效气成分CO+H291%;碳转化率99%；冷煤气效率84%。课题二：400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）关键单元技术研究与核心装置开发主要技术指标：完成单元技术的组合匹配研究，完成有关单项技术研究。课题三：400MW级IGCC多联产（甲醇、氢气）及CCS系统的集成技术研究开发 主要技术指标：建立适用于400MW级IGCC多产系统优化集成的软件平台，完成多联产子系统设计技术研究、多联产整体系统设计技术研究、多联产运行规律研究。课题四：基于IGCC多联产系统的CCS技术研究主要技术指标：建立适用于IGCC多联产系统的CO2捕集技术，适用于IGCC多联产系统的CO2利用和封存技术，依托神华400MW 级IGCC多联产项目进行CCS的技术试验。课题五：400MW级IGCC多联产（氢气、甲醇）及CCS系统的工业示范主要技术指标：规模：400MW级IGCC与甲醇、氢气联产IGCC单位投资7600元/KW（以2007年价格水平）发电效率46%；发电SO2排放35mg/Nm3；发电NOx排放60mg/Nm33 承担单位选择方式。本项目将以技术创新战略联盟为基础，由示范依托工程实施单位牵头组织，中国航天科技集团、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西安热工院等战略联盟成员单位参加。根据课题的具体研究内容和国内有关技术发展情况，还可通过竞争性谈判与招标相结合的方式选择联盟外部单位协作完成。六、项目涉及的行业共性技术、关键技术、公益技术分析，技术难点和创新点，技术路线。1 项目涉及的行业共性技术、关键技术、公益技术分析本项目设立是研究开发适应于我国能源结构和技术基础的大型IGCC多联产及系统为核心，形成具有自主知识产权的大型IGCC多联产系统集成及设计优化技术。所要解决的行业共性技术问题主要是以煤基气化为基础的多联产、IGCC发电以及CO2减排的关键单元技术和系统技术，实现我国大型IGCC多联产系统的产业化，在此基础上完成基于IGCC多联产系统CO2脱除的中试研究，并提出设计方案。在项目的实施过程中，涉及以下关键技术包括：大型煤气化技术、低能耗、大型IGCC多联产系统集成技术；大型IGCC多联产系统设计和试验技术；基于IGCC多联产CCS技术等。本项目的研发，主要针对我国能源行业未来大规模应用的IGCC多联产系统，获得具有自主知识产权的IGCC多联产系统的关键单元技术和系统集成设计优化技术，IGCC多联产系统CO2脱除技术。这些研究成果将成为未来保证我国能源行业可持续发展的公益技术，促进我国国民经济的快速发展。2 项目的技术难点、创新点本项目设计的技术难点主要是以下几个方面： 在大型粉煤气化技术工程放大和示范方面，主要是气化炉研制、气化烧嘴研制、控制联锁系统研发、煤粉测量系统研发、工艺优化集成研发。 在IGCC联产氢气与甲醇系统集成及设计优化技术方面主要是：400MW级IGCC氢气与甲醇联产系统优化集成的软件平台、400MW级IGCC氢气与甲醇联产系统的集成和优化技术、400MW级IGCC氢气与甲醇联产系统的设计技术等。 IGCC联产氢气与甲醇系统工业示范方面，主要包括400MW IGCC氢气与甲醇联产系统设计，400MW IGCC氢气与甲醇联产系统关键设备的配置与选型、400MW IGCC氢气与甲醇联产系统的运行与调试、IGCC联产氢气与甲醇系统CO2脱除技术、IGCC多联产系统的CO2脱除中试装置设计等。 CCS技术方面主要包括适用于IGCC多联产系统的CO2脱除技术、CO2封存试验等。本项目的主要创新点是： 发展具有自主知识产权的先进高效煤气化技术 实现煤气化装置成套装备国产化 开发IGCC联产甲醇、氢气系统集成技术 进行IGCC多联产的工业示范3 项目的技术路线通过学习借鉴当今国际的最新技术，结合国内IGCC多联产系统技术开发和集成的研究成果和联盟单位已有的技术、产业基础，以研究大型IGCC多联产系统集成及设计优化技术为重点，开发单元技术与系统集成技术；以已开发的HT-L粉煤加压气化工艺技术为基础，进行大型气化装置的工程放大研究，开发2000吨/天级气化技术，进行成套装备的国产化。结合400MW级IGCC多联产示范项目，建立CO2脱除试验，形成研究适用于IGCC多联产系统的CO2脱除技术，并进行系统技术集成。七、知识产权和技术标准现状和预期分析大型IGCC多联产系统设备复杂，包括气化岛、燃机岛、化工合成岛和与IGCC相适应的模块配套岛，其多联产产物复杂，目前尚未有适用于大型IGCC多联产系统的集成设计技术与系统优化设计技术。根据400MW级IGCC氢气与甲醇联产示范项目，开发相适应的系统集成及设计优化技术，同时取得适合我国国情的