浅谈我国的igcc型洁净煤发电技术

浅谈我国的 IGCC 型洁净煤发电技术 李 　洁 ,曹子栋 ,段 　宾 ,葛学利 (西安交通大学 能源与动力工程学院 ,陕西 西安 710049) 摘要 :从我国发展洁净煤技术的必要性出发 , 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了目前各种洁净煤发电的优点及存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,得出整 体煤气化联合循环 ( IGCC) 具有可持续发展的诸多特性 ,是一种可实现高效低污染的先进燃煤发电技 术 ;简要地分析了国外 IGCC 技术特点、发展现状和趋势以及我国 IGCC 发展的基础 ;得出几点对我国 IGCC 发展的启示 ,并指出了我国未来煤电的发展要求和发展方向。这对于以燃煤发电为主要格局的我 国而言 ,发展洁净煤发电技术具有十分重要的意义。 关键词 :整体煤气化联合循环 ( IGCC) ;洁净煤发电技术 ;可持续发展 ;现状和趋势 ;启示 中图分类号 : TK229 　文献标识码 :A 　文章编号 :1004 - 7948 (2008) 11 - 0010 - 04 1 我国发展洁净煤发电技术的必要性 从我国的能源资源及技术经济发展水平看 ,煤 炭在今后相当长的时间内仍将是我国消费的主要能 源。据预测 ,到 21 世纪中叶 ,煤炭在我国一次能源 消费中所占比例仍将在 50 %以上 ,但煤炭的大量开 采和利用也带来了严重的环境问题。而我国能源消 费总量占世界总消费量的 8 %～9 %左右 ,污染物排 放量所占的比例相对偏高 ,其中 NOx 排放量占世界 总排放量的 1011 % ; SO2 的排放量占 1511 % ,居世 界第一位 , 酸雨的覆盖面积已达到国土面积的 40 % ;CO2 的排放量占 1312 % ,仅次于美国 ,居世界 第 2 位[1 ] 。而且我国的 SO2 和 CO2 的排放量还在 不断增加 ,由温室气体引起的全球变暖是当前也是 未来能源和环境问题中最引人关注的热点及难点 , 对于能源结构以煤炭为主并且在相当一段时间内难 以根本改变的我国来说 ,更是一种严峻挑战。 电力可实现一切能量形式的互相转换 ,是最清 洁的能源。我国煤炭目前约 45 %用于发电 ,而美国 已达 87 %以上。由于电力工业集中的污染治理远 比直接燃煤的分散污染治理易于实施和经济 ,因此 要解决我国燃煤污染并控制 CO2 排放量的基本出 发点应是 :未来煤炭消费的 70 %～80 %要用于发 电。 由于电力需求不断增加 ,如果要求把污染物和 CO2 排放量控制在现有的水平 ,这就要求电力工业 的效率更高 ,污染排放极低。目前我国电力工业以 燃煤发电为主 ,火电装机容量约占 75 % ,发电量约 占 80 % ; 水电装机容量约占 25 % , 发电量约占 20 % ;核电和新能源发电所占比例很小。可见中国 电力工业提高效率、降低污染物的首要任务是如何 提高燃煤发电效率并降低污染物排放。因而 ,大力 发展高效率、低污染的洁净煤发电技术是电力工业 可持续发展的战略选择 ,而整体煤气化联合循环 ( IGCC)作为一种先进的洁净煤技术 ,无疑适应了这 一发展要求[2 ] 。 2 洁净煤发电技术 从 20 世纪 80 年代开始 ,世界上许多国家从能 源发展长远考虑 ,相继开始了洁净煤发电技术的研 究工作 ,并在该技术的一些主要领域已取得了重大 进展。目前正在研究和发展的主要洁净煤发电技术 有循环流化床锅炉 ( CFBC) 、增压流化床联合循环 ( PFBC - CC) 、整体煤气联合循环 ( IGCC)等。 211 循环流化床锅炉 CFBC是目前国外洁净煤技术中一项成熟技 术 ,且正在向大型化方向发展。CFBC 能在燃烧过 程中控制 NOx、脱除 SO2 ,并能处理劣质煤 ,在我国 已得到广泛应用 ,目前的容量已达到 300MW [3 ] 。 但 CFBC 在未来发展中面临的主要问题是 :如何提 高燃烧效率 ;如何控制 N2O 的生成 ;如何使容量进 一步放大。随着环保 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的提高 ,目前 CFBC 仅采 用床内脱硫和 NOx 控制的方式难以达到更高的环 保标准。增设尾部脱硫脱硝 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 ,将使 CFBC 的技 术经济性受到巨大挑战。因此 ,CFBC 仍是简单的 蒸汽循环 ,发电效率低的弱点将难以克服。 212 增压流化床联合循环 PFBC - CC 是一种以燃气 - 蒸汽联合循环为基 础的 ,发电效率高于 CFBC 的发电技术 ,具有很强的 燃料适应性。炉内加入石灰石可实现炉内脱硫 ,脱 硫效率可达 90 %以上 ,而且由于 PFB 采用低温燃烧 技术 (850～900 ℃)可有效抑制 NOx 生成 ,具有较好 —01— 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 节 　　　能EN ERGY CONSERVA TION 　　　　　　　　　　　　 2008 年第 11 期 (总第 316 期) 的环保性能[4 ] 。系统结构紧凑 ,在相同的蒸汽参数 条件下 ,与常规煤粉电站和常压循环流化床锅炉电 站相比 ,发电效率可提高 3 %～4 %[5 ] 。但是该技术 面临的高温烟气 (800～900 ℃)除尘问题是阻碍其发 展的技术障碍 ,至今尚未突破 ,运行的可靠性和可用 率较低。另外 ,燃气温度较低 ,深度污染控制的难度 很大[6 ] 。面对这些问题 ,联合循环发电效率高的优 势未能得到充分发挥。 213 整体煤气化联合循环 整体煤气化联合循环 ( Integrated Gasification Combined Cycle , IGCC) ,是 20 世纪 70 年代石油危 机时期西方国家开始发展的一项燃煤发电技术。近 年来受到国内外广泛的关注。它可以提高发电效 率 ,解决环境污染问题 ,被认为是 21 世纪初期最具 发展前景的洁净煤发电技术之一[7 ] 。其设计思想 是 :使煤在气化炉中气化成为中热值或低热值的煤 气 ,然后通过处理 ,去除其中的灰分、含硫化合物、重 金属等有害物质 ,进而供到燃气 - 蒸汽联合循环的 发电机组中去燃烧和做功 ,借以达到以煤代油 (或天 然气)的目的。其流程图如图 1 所示[8 ] 。 图 1 　煤气化联合循环发电流程图 　　而相对于上述洁净煤发电技术 , IGCC 具有以 下优点[7 ] : (1)污染问题解决得较好 ,使用含硫量高于 3 % 的高硫煤时优点更为突出。其 NOx 和 SO2 的排放 远低于现在的环境污染排放标准 ,脱硫率 ≥98 % ,除 氮率可达到 90 %。废物处理量少 ,副产品还可销售 利用 ,能更好地适应本世纪火电发展的需要。 (2) 效率较高 ,且具有提高效率的巨大潜力。 IGCC 的高效率主要来自联合循环 ,燃气轮机技术 的不断发展又使它具有了提高效率的巨大潜力。现 在 ,燃用天然气或油的联合循环发电系统净效率已 达到 58 % ,这为 IGCC 供电效率的提高提供了广阔 的发展余地。 (3)耗水量少 ,约为同等容量常规火电机组的 1/ 3～1/ 2 ,这使它更有利于在水资源紧缺的地区发 挥优势 ,也适于矿区建设坑口电站。 (4) IGCC 为燃煤发电技术处理 CO2 提供了一 条可行的途径 ,采取目前成熟的工艺即可分离 85 % 以上的 CO2 ,可实现包括 CO2 在内的燃煤污染物的 近零排放 (气体、固体、液体) 。 (5) 容量易大型化 ,单机功率可达到 300 ～ 600MW 以上。 (6)技术已趋于成熟 ,能够为电站具有较高的运 行效率提供保证 ,已经基本具备了转入商业化运行 的条件。 (7)适用煤种广 ,可以充分综合利用资源 ,能和 煤化工结合成多联产系统 ,能同时生产电、热、燃料 气和化工产品。 同任何技术一样 , IGCC 作为一项新项目 ,现阶 段还存在以下不足 : (1) 投资费用和发电成本尚比较高 ,国际上 IGCC 的造价约为 1200 美元/ kW ,比超超临界机组 高 15 %～20 % ; (2)适用于发电的大容量、高性能的气化炉仍在 发展中 ,单炉日处理量大于 3000t/ d 的气化炉还未 能实现工业应用 ; (3)高温煤气净化设备复杂 ,可靠性、经济性有 待提高。 综上所述 , IGCC 是真正意义的可持续发展的 洁净煤发电技术 ,将在我国中远期的燃煤发电中扮 演重要角色 , IGCC 也是未来煤基能源多元化近 “零”排放系统的核心技术及重要基础。 3 国外 IGCC的发展情况及趋势 1972 年 ,世界上第 1 个工业规模的 IGCC 电站 在德国 Lünen 市克尔曼电厂建成 ,容量为 170MW , 采用 Lurgi 气化工艺、正压锅炉型联合循环 ,但是由 于气化岛的实际空气耗量比设计值大得多 ,导致装 置出力和效率都低于设计值 ,故电站在 20 世纪 70 年代末完成原定试验后停运。1984 年 ,世界上第一 座真正试运成功的 IGCC 电站美国加州 Cool Water (冷水) 电站投产 ,该电站以水煤浆为原料 ,采用 1000t/ h 的 Texaco 喷流床气化炉 ,发电机组容量为 96MW ,累计运行 27100h ,净效率达到 32 % ,被誉为 “当时最清洁的燃煤电站”[9 - 10 ] 。 20 世纪 90 年代 , IGCC 得到了空前的发展。 1994 年 ,荷兰 Buggenum 253MW IGCC 电站投运 , 净效率达到 43 % ( HHV) ,采用 Shell 干法供料煤气 —11— 2008 年第 11 期 (总第 316 期) 　　　　　　　　　　　　 节 　　　能 EN ERGY CONSERVA TION 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 化工艺。1995 年美国 Wabash River 265MW IGCC 示范电站投运 ,采用 Destec 水煤浆气化工艺。1996 年 ,美国 Tampa 260MW IGCC 示范电站投运 ,采用 Texaco 水煤浆气化工艺。1997 年 ,西班牙 Puertol2 lano 300MW IGCC 电站投入运行 ,净效率达到 45 % ( HHV) ,采用 Prenflo 干法供料煤气化工艺。此外 , 意大利在 1999 年建成了 Sarlux 550MW 渣油气化 IGCC 电站 ,采用 Texaco 气化工艺。 目前已进入 300MW 级大容量机组的商业化阶 段。世界上主要的煤气化工艺和燃气轮机技术均进 行了示范 ,煤气化、石油焦气化和焦煤混合气化及多 种燃料供给方式都有示范经验。目前 ,韩国、日本、 美国、德国、意大利、印度、苏格兰、法国、捷克、新加 坡等国家正在筹建以煤或渣油 (或垃圾) 气化的 IGCC 电站几十座 ,总容量已达到 8 GW[11 ] 。 为了使 IGCC 得到更广泛的发展 ,今后努力的 主要方向是[7 ] : (1)开发更先进的煤气化系统 ,使碳转化率和冷 煤气效率进一步提高 ,研究高温测试设备等相关技 术 ,使气化炉在最佳状态下运行 ; (2)研究高温净化技术 ,降低 IGCC 显热损失 ; (3)大力发展高温、高压比的先进燃气轮机 ,以 及双压乃至三压余热锅炉 ,以提高 IGCC 的供电效 率 ,降低 IGCC 的初投资费用 ; (4)多联产和综合利用 ; (5)先进的空分技术 ; (6)系统优化。 4 国外 IGCC发展对我国的启示 从目前世界上 IGCC 技术的发展水平与前景展 望中 ,可以获得以下一些有益的启示。 (1)应该坚信 IGCC 发电是 21 世纪初中期最具 发展前景的洁净煤发电技术之一。它可以提高发电 效率 ,解决环境污染问题。虽然目前其发电成本上 不能与容量更大的超临界参数的燃煤电站竞争 ,但 通过它的示范运行 ,则可以帮助我国尽快地掌握 IGCC 电站的运行技术和经验 ,为今后进一步发展 和使用 IGCC 技术准备条件。 (2) 应加强对气化炉的研究。因为气化炉是 IGCC 技术中的一个关键设备 ,它不仅对 IGCC 的单 机容量和供电效率有影响 ,而且是决定电站运行可 用率的重要因素。 (3) 在我国兴建大型石化企业时 ,应力争使 IGCC 技术与化工工业流程相结合 ,形成以煤气化 为核心的多联产能源系统[12 ] 。 (4)在重振我国燃气轮机制造业的基础上应逐 渐形成一支能从事 IGCC 技术的设计、研究和开发 工作的专业队伍 ,并加强国际交流与合作 ,以促进 IGCC 技术在我国的开花结果。 (5)从能源战略高度重视 IGCC 核心技术研发 , 把发展 IGCC 作为国家能源战略 ,政府从资金、人力 等方面给予了长期投入与全方位支持[13 ] 。 (6)对 IGCC 示范工程给予政策支持。目前 ,我 国环保要求低于发达国家 ,环保折价还未实施 ,发展 IGCC 更需要相应的政策支持。 5 国内 IGCC发展的基础 从 20 世纪 90 年代初开始 ,国家科技部、国家电 力公司 (原电力工业部) 等部门组织全国的技术力 量 ,对我国发展 IGCC 发电技术进行了充分的可行 性研究 ,认为在我国发展 IGCC 发电技术是必要的 和迫切的。 在“九五”国家科技攻关 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中进行了 IGCC 关 键技术的研究。在此基础上 , 1999 年国家批准了 IGCC 示范电站项目建议书 , IGCC 示范项目正式立 项 ,示范电站功率为 300MW 或 400MW ,目前 ,该项 目已完成主设备的评标工作。经过 10 年的准备 ,我 国第 1 座 IGCC 示范电站[14 ]已具备了建设的各项 准备条件。 国内研究单位经过国家“八五”科技攻关 ,在 IGCC 系统设计优化和一些关键技术开发方面取得 了长足的进步 ,已形成了较强的技术支持力量。 “IGCC 设计集成和动态特性”、“干煤粉加压气化技 术”、“多喷嘴水煤浆加压气化技术”和“煤气高温净 化技术”等被列入国家“十五”、“863”计划予以支持。 这些研究为 IGCC 示范电站的建设及我国 IGCC 技 术的发展奠定了良好的基础[15 ] 。 我国目前尚不具备向 IGCC 电站提供关键技术 依托 ,走引进和自主开发相结合的发展道路有利于 发挥后发优势 ,通过 IGCC 示范电站的建设及围绕 示范电站进行的消化吸收及自主开发 ,将成为我国 IGCC 技术发展的基础。 6 我国未来对煤电的要求及发展方向 在我国能源资源中 ,煤炭作为我国能源的主导 地位在今后相当长的时间内将很难改变。燃煤发电 CO2 的控制将越来越受到重视 ,也是未来燃煤发电 面临的主要技术障碍。因此 ,提高煤转化效率、节约 煤炭资源 ,仍是我国未来煤转化领域最重要的主题。 提高燃煤发电效率 ,不仅可节约煤炭资源 ,而且也是 减少单位发电量污染物排放的有效措施。 —21— 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 节 　　　能EN ERGY CONSERVA TION 　　　　　　　　　　　　 2008 年第 11 期 (总第 316 期) 以 IGCC 为基础 ,将煤制氢、燃料电池发电、液 体燃料生产、CO2 分离和处理等过程集成的能源系 统是未来燃煤发电技术的重要方向 ,它可以实现煤 电的高效和近零排放。图 1 为未来煤电的系统示意 图[16 ] 。 图 2 　未来煤电系统 7 结论 我国长期以来以煤为主要一次能源 ,动力煤灰 分高、含量大 ,由于经济、技术及环境标准方面的原 因 ,一般电站发电效率低 ,烟气除尘效率低 ,SO2 排 放处于失控状态 ,随着经济的发展、社会的进步 ,人 们逐渐认识到能源的有限性和环境保护的重要性 , 怎样在保持经济高速发展的同时 ,避免过度消耗能 源和严重污染人类赖以生存的环境 ,这是摆在世人 面前急需解决的问题 ,大力发展高效、洁净的“绿色 电力”,必将是我国未来电力工业发展的主旋律 ,而 IGCC 作为一种被验证的先进的洁净煤发电技术 , 能较好地解决燃煤发电效率和污染的矛盾 ,是近零 排放煤基能源多元化系统的重要基础 ,无疑适应了 这一发展要求。 参考文献 [1 ]王庆一. 中国与世界能源数据 (1) [J ] . 煤炭经济研究 , 2004 (2) :72 - 79. 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MPS ,2003 (11) :16 - 18. 作者简介 :李洁 (1981 - ) ,女 ,河南虞城人 ,硕士研究生 ,主要 研究方向 : IGCC 及煤粉加压气化炉及煤气冷却装置热力特 性。 曹子栋 (1943 - ) ,男 ,陕西西安人 ,博士生导师 ,现任全国锅 炉标准化技术委员会委员 ,主要研究方向 : IGCC ,高压全燃 高炉煤气锅炉设计 ,多相流与传热 ,清洁能源燃烧。 收稿日期 :2008 - 09 - 08 ;修回日期 :2008 - 10 - 14 《节能》　月刊 邮发代号 :8 - 150 　刊号 :CN 21 - 1115/ T K 　　《节能》杂志大 16 开 ,56 版 ,定价 6100 元/ 期 ,全年 72100 元。每月 15 日出版。全国各地邮局均可订 阅。邮发代号 :8 - 150。编辑部全年办理汇款订阅业务。 汇款地址 :沈阳市沈河区青年大街 274 号 　《节能》杂志社 　邮编 :110016 编辑部电话 :024 - 23933125 　广告部电话 :024 - 23940370 网址 :www. china - energy - conservation. com E - mail :jieneng @lninfo. gov. cn —31— 2008 年第 11 期 (总第 316 期) 　　　　　　　　　　　　 节 　　　能 EN ERGY CONSERVA TION 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Energy Conservation( Monthly) Sponsor :Liaoning Provincial Institute of Science and Technology Information Publisher :Energy Conservation Magazine Publishing House Chief Editor :J IN Na Address :No. 274 ,Qingnian Boulevard ,Shenyang City , Liaoning Province ,China Post Code :110016 CONTENTS Nov 2008 Vol. 27 ,No. 11 Total Issue No. 316 Use comprehensive time2work system to achieve energy2saving business XU Hong2yi (Shanghai GM (Shenyang) Beisheng Auto Co. , L td. ,Shenyang 110044 ,China) Abstract :Stated an innovation of manufacturing mode in condition of increasing no capital investment by taking usage of comprehensive time2 work system ,which can realize energy saving and exhaust reducing by changing from the past model of two weeks two shifts , 8∶8 working hours ,5 workdays and 2 days2off , to the new model of 9∶9 working hours ,5 workdays and 2 days2off in the first week ,and 9∶9 working hours and 4 workdays and 3 days2off in the second week. Key words :manufacture mode ; energy2saving and exhaust2reducing ; green manufacturing 8 Plain talking on IGCC2type clean2coal generation technology in China L I J ie ,CAO Zi2dong ,DUAN Bin ,et al (School of Energy and Power Engineering , Xi’an J iaotong University , Xi’an 710049 ,China) Abstract :The advantages and existing problems of some kinds of the current clean coal power generation technology were analyzed from the necessity for developing clean coal technology of China. The result shows that IGCC has many features of the sustainable development ,and it’s an advanced coal2fired power generation technology , which can realize cleaner and high efficiency. The characteristics , current and trends of IGCC technology abroad and the basis of IGCC technology in our coun2 try were summarized simply. Made a number of enlightenments to our country’s IGCC development . Pointed out the developing requirements and the developing direction of our country’s coal electricity in the fu2 ture. It is of great significance for our country to develop clean coal pow2 er generation. Key words :integrated gasification combined cycle ( IGCC) ;clean coal power generation technique ; sustainable development ; current and trends ;enlightenments 10 Combustion technology to reduce NOx emissions by coal reburning QI Hong2mei ,CUI Da2wei (School of Energy and Power Engineering , Xi’an J iaotong University , Xi’an 710049 ,China) Abstract : The sustained development of society put the environment problem to a new status ,among those facets reducing the discharge of NOx is especially important . This paper analysised the principle of fuel reburning. NOx emission of experiment and numerical simulation about general combustion and micronized coal reburning in combustion research facility was processed. The emission of NOx on the reconstructing for a conventional system of the hot air transferring pulverized coal was pro2 cessed. The result show that the two reburning technique can reduce NOx emissions effective. Key words :fuel reburning ;superfine pulverized coal ;tertiary air ;nitro2 gen oxides 14 Study progress and outlook of cold air distribution systems L I Lei ,WAN J ian2wu (Guangzhou University , Guangzhou 510006 ,China) Abstract :The key problems in cold air distribution systems were gener2 alized in recent years. Pointed out the main study progress in supply air temperature ,the choice of supply air diffuser ,thermal comfortable evalu2 ation and economical evaluation , summarized the present situation and problems in cold air distribution ,and analyzed the effect which the choice of supply air temperature and supply air diffuser influence economical ef2 ficiency ,summarized the main study method and achievements of ther2 mal comfort in cold air distribution. Predicted to the study outlook in cold air distribution. Key words :cold air distribution systems ;supply air temperature ;supply air diffuser ;thermal comfort ;economical evaluation 17 Research on the feasibility and energy saving effect of fresh air volume control in cleanroom air conditioning system L I Ying ( Tianjin Urban Const ruction Ins titute , Tianjin 300384 ,China) Abstract :Analysied the fresh air volume of the clean air conditioning system ,discussed the necessity and feasibility of variable fresh air vol2 ume ,and for saving energy ,designed the control system according to the carbon dioxide consistence and pressure to change the fresh air volume. Key words :clean air conditioning ;fresh air volume ; realtime monitor2 ing ;uwtomatic control ;energy saving 21 The effect of sludge bulking of nitrogen removal in submerged membrane bioreactor FENG Lei (Shenyang J ian Zhu University ,Shenyang 110168 ,China) Abstract :Researched the dynamic simulation method of the combina2 tion of A/ O technology and membrane bioreactor. This research focused on the effect of sludge bulking of nitrogen removal. The result shows that there is no effect of nitrogen removal compared with no sludge bulk2 ing happening. Because of the filamentous microbe have highly competi2 tive ability and high utilization efficiency of the nutriment than microbe , thus the effluent quality is good. Because of the serious membrane fouling caused by bind and cover of filamentous microbe ,the higher net water2 head can’t maintain the out water volume. Key words :membrane bio2reactor ; membrane fouling ; sludge bulking ; nitrogen removal 23 —2— 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 节 　　　能EN ERGY CONSERVA TION 　　　　　　　　　　　　 2008 年第 11 期 (总第 316 期)