上海市发展IGCC产业的对策及建议

上海市发展上海市发展 IGCC 产业的对策及建议产业的对策及建议 牛 刚 一 IGCC 技术的特点 IGCC 整体煤气化联合循环 是当前国际上最重要的洁净煤应用技术之一 该技术是把煤气化和燃气 蒸汽联合循环发电系统有 机集成的一种洁净煤发电技术 在 IGCC 系统中 煤经过气化产生煤气 合成气 经净化处理的煤气燃烧后驱动燃气透平发电 利用 高温排气在余热锅炉中产生的蒸汽驱动蒸汽轮机发电 详见图 1 为了制备并净化煤气 IGCC 系统中还配置有空分设备和煤气净化设 备 图 1 IGCC 系统示意图 与常规燃煤发电技术相比 IGCC 技术具有以下特点 1 发电热效率高 IGCC 采用燃气 蒸汽联合循环 目前净效率最高可达 45 而且随着装备技术的不断改进和系统集成水平 的提高 发电效率还有较大提升空间 据预测 到 2010 年 IGCC 发电效率可提高到 50 以上 2015 年可望达到 55 60 届时 IGCC 将成为发电效率最高的燃煤发电技术 2 环保特性好 IGCC 对污染物的处理是在高压 高浓度 小流量的煤气中进行的 因此净化效果好 处理费用低 IGCC 系统 的排尘量约为常规电厂布袋除尘后的 1 3 脱硫率可达 98 以上 排气中 NOx 含量低于 200PPm 3 节约用水 IGCC 机组的耗水量较常规燃煤电气少 30 50 4 原料范围广且可以实现多联产 除采用煤为气化原料外 IGCC 还可利用石油焦 生物质燃料 垃圾等生产燃气 原料来源范 围广 IGCC 还可以与煤化工相结合设计成多联产系统 同时生产电 热 燃气和化工产品 具有延伸产业链 发展循环经济的技术优 势 5 为燃煤技术处理 CO2 创造了条件 采取目前的成熟技术可分离 IGCC 系统 85 以上的 CO2 为实现燃煤污染物的近零排放创 造了条件 但 IGCC 技术也存在系统复杂 运行可靠性偏低 负荷适应性较差 单位容量投资费用高等问题 技术成熟性尚不及常规火力发电 目前国际上 IGCC 技术仍处于商业化试验运行阶段 二 IGCC 技术的发展 IGCC 技术的研究始于 20 世纪 70 年代 1972 年德国建成了世界上第一个工业规模的 IGCC 机组 克尔曼电厂 装机容量 170MW 采用鲁奇固定床气化工艺和西门子 V93 型燃气轮机 1984 年 美国加放冷水电厂建成了世界上第一个完整进行工业性试验的 IGCC 机组 该机组采用德士古液化床气化工艺和 GE 公司 的 7E 型燃气轮机 净功率 93MW 1984 年到 1989 年 该机组对 4 种不同的煤种进行了系列试验 证明了 IGCC 发电工艺的可行性 其污染物排放很少 因此被誉为当时 世界上最清洁的燃煤电厂 20 世纪 90 年代 高性能燃气轮机的研制成功使 IGCC 机组的效率提高到 40 以上 从而促进了 IGCC 技术的应用和发展 世界上 相继建成了多座 IGCC 示范电厂 其中最有名的 4 座大型示范电厂情况如表 1 所示 表 1 20 世纪 90 年代建成的 4 座示范电厂情况表 这些示范电厂的建成投运标志着 IGCC 技术已走过概念验证和技术示范阶段 目前在国际上已进入大容量机组的商业化试验运行阶 段 至 2002 年 全世界建成的 IGCC 电厂已超过 20 座 随着煤气化技术及燃机技术的发展和进步 IGGC 将朝着大容量 高效率 低排放的方向发展 气化炉的容量达到 2500 3000t d 采用 型或 型高性能大容量的燃气轮机联合循环 功率可达到 400 600WM 联合循环效率超过 55 单位造价将进一步降低 技术 竞争力将不断提高 2003 年 2 月 美国政府宣布了一项建设世界上最先进燃煤发电厂的 Future Gen 计划 该计划旨在达到煤炭在发电过程中提高循环效 率 并且实现零排放的目标 Future Gen 计划将投资 10 亿美元 用 10 年时间建设一座容量为 275MW 的电厂 它将煤的气化 煤气清 洁 煤气中的 H2 和 CO2 分离 以氢为燃料的氢气轮机和蒸汽轮机联合循环技术以及渣 硫 H2 和 CO2 的收集 利用和处置技术有效 地集合为一体 以实现高效和零排放的目的 三 我国 IGCC 产业发展现状 富煤 缺油 少气 的一次能源结构决定了我国 以煤为主 的能源消费格局难以在短期内改变 而传统的煤炭利用方式是大气环境 污染的重要原因之一 因此加强煤炭清洁生产和应用是我国能源工业发展的一项重要任务 我国已经将发展 IGCC 发电技术列入国家洁 净煤发展计划 国家科技攻关计划和电力工业发展计划 1994 年 原国家计委 科委 经贸委 电力部 机械部 煤炭部联合组成中国 IGCC 示范项目领导小组 下设专家组和课题组 进 行了 IGCC 发电示范项目前期可行性研究 原科委 八五 攻关课题 的专题研究 研究结果充分肯定了 IGCC 技术在中国开发推广的必要 性和可行性 九五 期间 原国家科委主持并组织了国家科技攻关项目 IGCC 关键技术研究 分 5 个课题 17 个专题对 IGCC 技术所涉及的关键 技术进行了研究 十五 期间 国内三大发电设备制造商均从国外引进生产 E 级和 F 级燃气轮机并投入运行 在国家 863 计划课题和 973 计划课题扶 持下 西安热工研究院研制完成了 干煤粉加压气化技术 华东理工大学洁净煤技术研究所研发的 多喷嘴对置式水煤浆气化技术 已实 现工程应用并以技术许可方式出口美国公司 上述技术的引进和研究为我国启动 IGCC 产业奠定了基础 国民经济和社会发展十一五 规划纲要 提出要推进洁净煤发电 启动整体煤气化燃气 蒸汽联合循环电站工程 2006 年 1 月 中国五大发电集团和神华集团 国家开发投资公司以及中国中煤能源集团公司共同投资成立了中国绿色煤电有限公司 并启动 绿色煤电 计划 该计划已列入 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006 2020 和国家 863 计划 按照 绿色煤电 计划 将在 2010 年前建成 25 万千瓦级 IGCC 示范电站 在 2020 年前 建成 40 万千瓦级的 绿色煤电 工程 据了解 目前国内天津 沈阳 深圳等 10 个 IGCC 项目已经开展了前期研究工作 详见表 2 可以预见 IGCC 产业在我国将会进入 快速发展时期 表 2 中国 IGCC 项目表 四 上海市发展 IGCC 产业的优势和局限 上海市十分重视 IGCC 装备技术及产业的发展 上海市能源发展 十一五 规划 及 上海能源白皮书 均提出要积极研究建设整 体煤气化联合循环示范机组的可行性 2007 年 4 月 市发展改革委 市经委 市科委联合发函由上海华谊 集团 公司牵头会同相关单 位对上海建设煤基多联产 IGCC 示范项目方案进行专题研究 2008 年 5 月 华谊集团与北京国华电力有限公司共同研究编制完成了 上 海化学工业区煤基多联产 IGCC 示范项目研究报告 研究报告对煤基多联产 IGCC 示范项目的产品结构 技术路线 项目选址 经济 分析以及项目体制等提出了初步方案 总体上讲 上海市发展 IGCC 产业具有较强的优势 1 在产业基础方面 上海电气集团在发电的关键装备方面已具备丰富的制造经验 并得到国内首台 IGCC 机组订单 上海华谊集团 是国内首家引进和消化煤气化技术的企业 煤基多联产羰基合成技术处于国内领先地位 华东理工大学气化技术研究达到国际先进水平 2 在技术研究方面 上海交通大学 华东理工大学 上海发电设备成套设计研究院 申能集团 华东电力试验研究院在 IGCC 电站 系统研究方面也已经开展了大量工作 并取得多项成果 目前 上海市在 IGCC 系统发电各分项技术方面已经具有相当的成熟度 局限在于系统的集成和关键技术的整体化 五 上海市发展 IGCC 产业的对策和建议 1 明确发展定位 上海市不产无煤炭 土地资源短缺 环境容量有限 制约了 IGCC 项目在上海市的建设和发展 因此 上海市发展 IGCC 产业应采 取如下定位 依靠产业基础和优势 开展系统集成研究 强化关键技术研发和装备攻关 占领技术制高点 用先进的技术 装备和工程 总承服务推进我国 IGCC 产业及煤炭清洁利用的发展 2 优化技术路线 根据国内外发展情况 进一步研究分析气化技术 燃气轮机技术 二氧化碳捕集利用技术 空分技术等关键技术进展及存在的障碍 开展工艺技术 装备生产及系统集成等的攻关 与单一的 IGCC 系统相比 煤基多联产 IGCC 系统在发电成本上更经济 高峰能力更强 更具发展前景 建议 IGCC 技术研发与煤 化工生产相结合 实现 IGCC 发电与供热 煤化工产品 合成气 甲醇 丙烯等 的多联产 提高 IGCC 装置的调峰性能和经济水平 提 高 IGCC 电厂的适应性和竞争力 3 组建产业联盟 煤基多联产 IGCC 项目是十分复杂的系统 涉及多领域 多学科交叉 其关键技术包括煤炭气化技术 显热利用技术 粗煤气脱硫 净化技术 高温高效燃气 蒸汽联合循环技术 大型空分技术 甲醇合成及制烯烃技术等等 系统集成难度极大 仅靠个别单位很难完 成 目前 国际上已建成投运的 IGCC 电厂大多不很成功 除了投资成本较高外 另一个主要问题是在投运的前几年利用率较低 主要 原因是 IGCC 的不同设备来自不同的技术供应商 整体优化不够 给发电公司带来了技术 运行和维护等诸多方面的风险 为降低 IGCC 的投资成本 提高电厂的可用率 国际上的几大公司均组建了产业联盟 为发电企业提供整套工程技术服务 以降低 IGCC 的运 营风险 推动 IGCC 技术的商业化 如 GE Bechtel 联盟 ConocoPhillips COP Fluor Siemens 联盟 Shell Krupp Uhde Black Veatch 联盟 这三个联盟均能提供包括技术 装备及工程建设的工程总承包服务 目前 上海市在 IGCC 发电各分项技术上已经具有相当的成熟度 最大问题在于系统集成和整体化 因此应尽快组织上海现有的技 术力量 联合相关企业 高校和科研院所 形成产业联盟 在机制上为上海市 IGCC 产业发展提供保证 4 分步推进实施 在单项技术研发成熟并完成工程试验的基础上 可根据技术示范的目的需要 分阶段逐步开展 IGCC 示范项目建设工作 第一阶段可结合华谊集团上海焦化有限公司吴泾地区现有煤基