整体煤气化联合循环助推洁净煤发电
华能绿色煤电天津IGCC示范电站采用的是我国自主开发的两段式干煤粉气化炉技术,即在完成一段气化后,在气化炉二段投入一定量的煤粉,这样就降低了气体的温度,而回收的热量又可以提高能量转化效率,从而有助于提高发电效率。随着示范项目的建成,这项新技术在运行当中将可能暴露出某些尚未发现的问题,但总体上看,两段式干煤粉气化炉技术已经走在了IGCC技术的前沿。
什么是IGCC
整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)技术被普遍认为是最有发展前景的洁净煤发电技术之一,既能达到较高的发电效率,又有极好的环保性能。在目前技术水平下,IGCC的发电效率已超过了百万千瓦超超临界机组,达到45%—48%(百万千瓦超超临界机组的发电效率一般为44%左右),今后有望达到更高。美国1998年4月推出的“综合国家能源战略”要求,2012年IGCC的发电效率要提高到60%以上。华能绿色煤电天津IGCC示范电站建成后,发电效率就可达到48%。
IGCC电站的污染物排放量仅为常规燃煤电站的1/10,脱硫效率可达99%。氮氧化物排放只有常规电站的15%—20%,耗水只有常规电站的1/2—1/3,对于环境保护具有重大意义。
IGCC发电系统由两大分系统组成,即煤气化、净化系统和发电系统。
前者的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备。煤炭在这一环节被气化成为中低热值煤气,再除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,进入到发电系统。发电系统的主要设备有燃气轮机发电机组、余热锅炉、蒸汽轮机发电机组。通过燃气轮机将气体燃料燃烧,以驱动燃气透平发电。接着,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,从而产生蒸汽,驱动蒸汽轮机,再一次发电。
IGCC的历史
常规燃煤发电技术有很长的历史,已经非常成熟,但它的发电效率在现有的、可以商业化应用的材料条件下难以进一步大幅提高。在环保方面,常规燃煤技术排放的污染物成份复杂,利用现有技术脱除污染的效率能达到90%—95%,但如果想进一步提高到99%以上的深度净化,在经济上要付出更大的代价,技术上也面临很大的挑战。
IGCC技术起源于天然气发电。天然气发电技术相对成熟,通过燃气—蒸汽联合循环发电,比同等条件下传统燃煤发电技术的发电效率高。由于天然气本身属于清洁能源,所以几乎不排放污染物。
鉴于上世纪70年代世界油气资源供应紧张,一些欧美国家开始把目光投向了煤气化领域,希望用煤气替代天然气,继续利用燃气—蒸汽联合循环系统这种高效率的发电方式,第一代IGCC的概念由此形成。1972年西德建立了第一座IGCC装置;而世界上真正试运成功的第一座IGCC电站是1984年启动的美国加州Cool Water电站,美国紧接着兴建了另一座IGCC示范电站,并于1987年启运。到上个世纪90年代初,欧美国家以及印度都开始建设商业化示范电厂。经过了10几年的摸索,IGCC技术已经走过了示范阶段,开始向商业化建设前进。所以,虽然IGCC技术已经走过30多年的发展历程,但仍然是一项比较新的技术。
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