IGCC国外现状及发展趋势
自上世纪七十年代以来,IGCC 一直被人们认为是有相当发展前途的洁净煤发电技术之一,备受电力工业界的关注。
与我国相似,美国使用大量煤炭发电。因此,美国十分重视洁净煤发电技术的研究开发,将洁净煤发电技术列为国家能源可持续发展战略的重要组成部分。从 1985 年到 2000 年,美国先后部署了 5 轮“洁净煤发展计划” (CCT),其中先后资助建成了4 座IGCC 示范电站,资助比例均在50%以上,有的甚至高达80%以上。所有美国的IGCC示范项目均采用美国本土的技术,希望通过国家的支持和示范项目的带动实现技术的跨越。
欧盟国家总的能源结构中仍以煤为主,因此,欧盟也十分重视 IGCC 的发展,欧洲的两座 IGCC 示范电站都得到了欧盟的支持,参与的国家有荷兰、德国、西班牙、法国等,IGCC 示范电站所采用的技术也全部来自欧盟国家。从技术的角度看,荷兰的Buggenum IGCC 示范电站和西班牙的 Puerto llano IGCC 示范电站技术更为先进,也最具代表性。这两个示范电站使欧洲的煤气化技术和燃气轮机技术得到了巨大的跨越。
以上几个电站原则上均属于第二代IGCC技术,即:气化技术拓展到干粉喷流床气化炉;湿法常温的煤气净化工艺配合一定程度的干法净化;采用了更先进的燃气轮机和多压的蒸汽系统,再热式汽轮机;在煤气显热回收、空分装置的配置(整体化程度、氮气回注)等方面进行了优化:供电效率进一步提高。从工程应用上讲,第二代IGCC技术正在从商业示范走向商业应用。
第一代和第二代的IGCC电站向世人证明了IGCC技术是一种有竞争力的洁净煤发电技术,具有高效、低污染、高可用率等优点。同时,这些已经运行的IGCC示范工程也为今后的工作提供了宝贵的经验和教训:
1. 完全整体化空分并非不可能,但系统启动和运行复杂,部分整体化空分可能更为合适；
2. N2回注和注蒸汽是降低NOx排放的有效措施；
3. 高温除尘脱硫设备可提高系统效率 1%——2%但还需要进一步发展；
4. 电站运行的可用率一般能够达到 80%左右,主要的停运原因来自气化炉。为了提高电站可用率,可配备备用气化炉；
5. 煤气的热回收过程必须合理的组织。若热煤气显热的回收系统设计不当(如Tampa 电站),供电效率则有可能急剧下滑；
6. 改烧低热值的合成煤气时,燃气轮机的燃烧室不仅需要作很大的改动,而且要修改压气机与透平通流部分的匹配关系,以适应燃烧低热值煤气时燃气质量流率较大幅度增长的需要。相对于燃烧天然气的燃气——蒸汽联合循环而言,改烧低热值煤气后,联合循环的功率大约会增大 10%——20%。同时,必须慎重地选择燃气轮机的型号；
7. IGCC电站的比投资费用还比较高,一般都高于$l500/kw;由于比投资费用高、空分的耗功量较大,其发电成本还不能与目前燃煤的超临界参数的蒸汽轮机电站相竞争。
目前,对第二代IGCC技术进行完善与提高,向第三代技术过渡并实现商业化应用已成为IGCC发电技术的主要发展方向。持续不断地改进IGCC技术中各主要部件和系统的性能、提高可用率、降低成本,同时加强 IGCC 系统的应用拓展是第三代技术的两个重要方面。具体为:
1. 在现有深冷空分工艺不断改进、提高负荷跟踪能力和安全可靠性的同时,发展空气的膜分离技术,简化空分装置并降低厂用电率。
2. 发展适应多种原料的新型气化技术,进一步探索以空气或以富氧为气化剂的输运床、流化床气化炉以及干法除灰脱硫系统,以进一步提高气化和系统效率、可靠性,降低投资和运行成本。
3. 高温煤气净化技术:高温除尘和脱硫可使系统热效率有所提高,并简化系统、降低比投资成本。
4. 更先进的燃气轮机和联合循环:高性能燃气轮机和高参数汽轮机技术的联合应用是保证 IGCC 系统高性能的关键。发展能有效利用系统中不同品位热量的新型热力循环也是IGCC 技术发展的一个重要趋势。
5. IGCC 系统中各单元的集成技术、系统优化技术、先进的控制技术、提高。运行可靠性、负荷跟踪能力与负荷适应性。
6. 通过单元技术的成熟和产品结构的多元化,走联产道路,提高 IGCC 技术的竞争力,降低造价和投资,提高资源利用率和经济性,并改善系统调峰性能。
7. 和CO2分离、捕集、封存技术相结合,满足低碳经济发展对于电力行业的要求,提高IGCC系统应对温室气体排放控制的竞争力。
上述发展趋势构成了世界各主要工业国家 IGCC 应用和发展的重要特点。 下表说明了 IGCC 发展历程及趋势:
国际 IGCC 发展历程及趋势
作为第三代 IGCC 的代表,美国准备建设一座以 Tan sport Gasifier 为基础的285MWe IGCC 示范电站,采用空气气化方式,预计与 2010 年投入示范运行。
欧盟 2004 年开始执行HYPOGEN项目,该项目从 2004 年开始,到 2015 年完成建设和示范运行,总投资达到 13 亿欧元,目标是建成以煤气化为基础的生产 192MWe电力和氢的近零排放电站,并进行CO2的分离和处理。德国提出了COORETEC计划,旨在研究开发以化石燃料为基础的近零排放发电技术。
日本非常重视 IGCC 的研究开发,走的是一条自主开发的道路。从煤气化技术到燃气轮机技术,在政府和企业的共同努力下,取得了较大的进展。目前,日本正在建设一座 250MW 七空气鼓风的 IGCC 示范电站,预计 2007 年 9 月投入运行。
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