搜索
国内外整体煤气化联合循环发电（IGCC）发展概况及我国建设条件分析赵洁，赵敏，谢秋野中国电力工程顾问集团公司，北京100011DomesticandabroaddevelopmentsituationandconditionsanalysisfortheIGCCpowerplantsZhaoJie,ZhaoMin,XieQiu-yeChinaPowerEngineeringConsulting(Group)Corporation,Beijing100011ABSTRACT:AnoverviewofthedevelopmentsituationandtendencyofIGCCpowergenerationtechnologywasproposedinthispaper.ThenecessityofconstructingIGCCpowerplantinChinawasdiscussedfromtheviewpoints,suchasthefeatureofenergystructure,therequirementofenvironmentalprotection,thewatershortageandthecapacityenlargingofpredominantunits.Basedonthekeytechnologiesbreak-throughandpenetrationofIGCCintothechemicalindustry,combinedwiththeequipmentlocalizationandIGCCapplicationpotentialindomesticpowermarket,acomprehensiveanalysisonthebasicconditionsforbuildingIGCCpowerplantsinChinawasanalyzedindetail.ItshowsthatthedevelopmentconditionsforIGCCtechnologyaremature,andit’stimetorapidtheapplicationanddevelopmentofthistechnologyinChina.KEYWORD:coal-firedpowerplant,IGCCpowergenerationtechnology,developingcondition,keytechnology摘要：对目前国外IGCC发电技术发展及应用情况，建设和发展趋势等作了概要介绍；从我国能源结构特点、环境保护需要、水资源短缺、电网主力机组容量等方面对我国建设IGCC电厂的必要性进行了论述；根据IGCC发电核心技术进入中国化工行业及科研单位对IGCC发电核心技术研究的突破、IGCC国内设计能力、设备制造本地化、IGCC发电技术在我国电力市场的应用潜力及发展现状等方面的情况，对我国建设IGCC电厂的基础条件进行全面分析，认为目前我国发展IGCC发电技术的条件已基本成熟，应加快IGCC发电技术在我国的应用和发展。关键词：火电厂；IGCC发电技术；发展条件；关键技术0引言整体煤气化联合循环（IGCC）是当今国际上最引人注目、具有发展潜力、代表21世纪发电技术发展方向的洁净煤发电技术。我国电力工业以燃煤为主的结构在相当长的时期内不会改变，随着我国经济的发展和环境保护要求的提高，发展循环经济，建设节约型社会，实现资源环境协调发展已成为我国经济建设的基本国策，因此，尽快启动建设先进、高效、环保指标优越的IGCC洁净煤发电项目是十分必要的。1IGCC发电技术特点IGCC发电技术把煤炭气化和煤气净化技术与联合循环发电技术结合在一起，具有以下明显特点：（1）发电热效率高。目前国际上IGCC电站的净效率最高已达到43%以上，比常规亚临界燃煤电站效率高5～7个百分点，有望达到45%～50%。（2）优越的环保特性。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，其各种污染物排放量都远远低于国际上先进的环保标准，能满足严格的环保要求。如：IGCC机组的脱硫效率可达99%，SO2排放总量比常规煤粉炉低很多，SO2排放浓度在含硫3%时也可达到25mg/m3，并可回收单质硫；采用燃气轮机氮气回注方式，可将NOX排放浓6262006中国电机工程学会年会论文集·河南郑州度控制在约为50mg/m3；经过常规湿法除尘后的粉尘排放可以达到10mg/m3以下，粉尘排放与天然气的联合循环相当；IGCC电厂所采取的这些净化工艺过程不需要价格昂贵的催化剂，而且不会造成二次污染。因此，IGCC发电技术优越的环保特性是其他燃煤发电技术（如USC+FGD+DeNOX、CFB和PFBC等）所无法比拟的。（3）燃料适应性广。IGCC发电技术可以燃用那些储量丰富、限制开采的高硫煤，既可以有效利用资源，又可以节约燃料成本。（4）节水。由于IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比同容量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1/2。（5）可以实现多联产。IGCC项目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，从而使IGCC项目具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。（6）为较经济地去除CO2创造条件。在IGCC发电系统中，通过对合成煤气中CO转换并进行CO2脱除，可实现CO2零排放，是目前现有发电技术减排温室气体最可行、最经济的方法。2国外IGCC发电技术发展概况2.1IGCC发电技术发展及应用情况国外对IGCC发电技术的开发和研究始于20世纪70年代。1972年在德国建成的LünenIGCC电厂和1984年在美国建成的CoolWater电厂，是2座成功地利用煤作为燃料、气化后发电的实验电厂。20世纪90年代，在世界范围内先后建成了10余座IGCC电厂，其中规模最大，比较典型的4座以煤为燃料具有一定规模（250～300MW）的IGCC电厂分别是：荷兰Buggenum电厂，1994年建成总功率为285MWIGCC机组，采用Shell气化炉；美国WabashRiver电厂，1995年建成总功率为297MWIGCC机组，采用E-Gas(Destec)气化炉；美国Polk电厂，1996年建成总功率为313MWIGCC机组，采用Texaco气化炉；西班牙Puertollano电厂，1997年建成总功率为335MWIGCC机组，采用德国Prenflo气化炉。以上4座电厂投入运行后的十几年中经过不断的调试、试验和改进，目前均已趋于成熟，各项技术指标逐年提高，发电效率已达到设计值43%，可用率达到85%。目前世界范围约有18座IGCC电站，约4200MW机组在运行，如果包括在建机组，世界范围共有近30座IGCC电站，总装机容量约8000MW。2.2近几年IGCC电厂建设情况及发展趋势近几年，世界范围内加快了IGCC技术的研究和发展步伐，每年召开一次IGCC技术国际研讨会，由国际上四大气化商介绍交流气化技术研究发展和应用情况，2004年日本也开始加入了该研讨会。目前国际上已形成了拥有IGCC技术的三大集团公司，即：美国GE公司收购美国气化炉专有技术商德士古（Texaco）公司，然后与美国贝克德工程公司组成集团公司；荷兰Shell公司与德国SIEMENS公司联合组成集团公司；美国E-Gas公司与美国最大化工工程公司之一的Flour公司联合组成集团公司。近几年以石油焦或渣油为燃料的IGCC发电技术商业应用迅速，且整套机组容量达500MW级规模，2006年还将分别有400MW级、600MW级、800MW级IGCC机组投运。Texaco和Shell等气化商的气化炉技术近几年也得到较大规模的应用，目前在全世界Texaco共有59套气化炉已经投产，6套在建，其中在中国就占有19套；Shell公司在中国也有19套气化装置项目在执行。经过这些气化装置的设计、安装和运行，Texaco和Shell公司在气化技术上作了大量的改进，并应用于近期的气化炉设计制造上。此外，国际上通过已投产的4座以煤为燃料IGCC电厂的工程经验积累，结合F级燃机的广泛应用，Texaco和Shell气化技术可靠性的不断提高，以及设备的成熟、容量的扩大和技术的进步，IGCC电厂的单位投资正在不断降低（目前国际上单位投资可降至1000美元/kW），建设周期也缩短为2～3年，在世界范围内IGCC发电技术正有着越来越广泛的应用前景。当前国际上IGCC发电技术正朝着高效、机组容量大型化发展。国际上三大IGCC集团公司受各发电公司委托，正在进行500MW级、600MW级、800MW级、1000MW级以煤为燃料的IGCC机组的设计或建设工作，预计这些以煤为燃料的IGCC机组将分别于2006年、2007年、2008年、2009年投运，发电效率设计值43%，技术指标更为先进。美国2003年制定的未来电力计划目标是于2008年建设一个发电效率达到50%、准零排放的IGCC示范电站，2012年建设一个发电效率达到60%，实现零排放的商业运行IGCC电站。在亚洲，日本三菱公司独立开发的空气气化的IGCC机组预计2007年投产，容量为300MW级。印度已于2001年建造1座IGCC示范电厂，发展IGCC是印度能源发展的重要方向。2.3IGCC发电技术规程规范正在逐步建立目前国际上为适应逐渐增多的IGCC电厂建设的2发电627需要，正在逐步建立IGCC发电技术的规程规范，如1993年美国ASME成立委员会起草IGCC电厂性能试验规程，并于2003年交工业界审核，该规范的制定，为IGCC电厂的性能试验，提供了一个为业主、供货商、设计施工方可供参考的依据，规范了IGCC电厂建设市场。IGCC发电技术以其优越的环保性能、节能、节水、易于大型化等突出优点，已成为21世纪燃煤电厂的换代技术及世界各国火力发电技术研究发展的方向。3我国建设IGCC电厂的必要性3.1提高能源资源开发利用水平的需要我国能源结构的显著特点是煤炭消费比重过高，这种一次能源消费结构源于我国能源资源的自然条件和开发利用水平，以煤为主的能源消费结构特点，造成了严重的环境污染和能源利用效率低等多方面的问题，成为了能源可持续发展亟待解决的问题。IGCC发电技术所具有的高效、清洁、燃料适应性广、产业链延伸能力强的显著特点使其成为了新一代煤炭开发可利用技术。3.2环境保护的需要能源开发利用技术落后是环境污染的重要因素。2005年，全国SO2排放总量2549万t，其中火力发电SO2排放量1328万t，占全国排放总量的52%。由于SO2排放大大超过环境自净能力，我国已有约1/3的国土受到酸雨污染。环境污染已严重制约了电力工业的发展。IGCC发电技术在污染物排放上具有十分优越的特性，为燃煤发电提供了清洁高效的新途径。2005年2月16日，《京都议定书》开始生效，中国政府承诺履行《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》中规定的义务。现阶段我国没有CO2等6种温室气体的减排任务。但是，目前我国温室气体CO2排放量已经居世界第二，预测表明，到2020年前后，我国CO2排放量将超过美国，居世界第一。IGCC发电技术具有实现CO2零排放的潜力，可以为中国温室气体减排做出贡献。3.3节约水资源的需要我国是一个干旱缺水严重的国家，人均水量仅为世界平均水平的1/4，目前在我国三北地区，水源的缺乏已严重制约了电力工业的发展，而IGCC的耗水量仅为同容量常规燃煤机组的1/2，接近同容量空冷机组耗水量，这对于严重缺水地区兴建大容量火力发电厂是十分有利的。3.4IGCC易于大型化发展随着我国电力工业的发展，电网容量越来越大，目前单机容量600MW机组已成为电网的主力机组。IGCC的发电容量可以满足这一要求，而CFB和PFBC等其它洁净煤发电大型化目前在技术上尚有一定难度，现已投产的IGCC电厂均已达到300MW级，正在朝着600MW、800MW、1000MW的容量发展。IGCC发电技术所具有的优越的环保性能、良好的节能、节水、易大型化等突