IGCC國外現狀及發展趨勢
自上世紀七十年代以來,IGCC 一直被人們認為是有相當發展前途的潔凈煤發電技術之一,備受電力工業界的關注。
與我國相似,美國使用大量煤炭發電。因此,美國十分重視潔凈煤發電技術的研究開發,將潔凈煤發電技術列為國家能源可持續發展戰略的重要組成部分。從 1985 年到 2000 年,美國先后部署了 5 輪“潔凈煤發展計劃” (CCT),其中先后資助建成了4 座IGCC 示范電站,資助比例均在50%以上,有的甚至高達80%以上。所有美國的IGCC示范項目均采用美國本土的技術,希望通過國家的支持和示范項目的帶動實現技術的跨越。
歐盟國家總的能源結構中仍以煤為主,因此,歐盟也十分重視 IGCC 的發展,歐洲的兩座 IGCC 示范電站都得到了歐盟的支持,參與的國家有荷蘭、德國、西班牙、法國等,IGCC 示范電站所采用的技術也全部來自歐盟國家。從技術的角度看,荷蘭的Buggenum IGCC 示范電站和西班牙的 Puerto llano IGCC 示范電站技術更為先進,也最具代表性。這兩個示范電站使歐洲的煤氣化技術和燃氣輪機技術得到了巨大的跨越。
以上幾個電站原則上均屬于第二代IGCC技術,即:氣化技術拓展到干粉噴流床氣化爐;濕法常溫的煤氣凈化工藝配合一定程度的干法凈化;采用了更先進的燃氣輪機和多壓的蒸汽系統,再熱式汽輪機;在煤氣顯熱回收、空分裝置的配置(整體化程度、氮氣回注)等方面進行了優化:供電效率進一步提高。從工程應用上講,第二代IGCC技術正在從商業示范走向商業應用。
第一代和第二代的IGCC電站向世人證明了IGCC技術是一種有競爭力的潔凈煤發電技術,具有高效、低污染、高可用率等優點。同時,這些已經運行的IGCC示范工程也為今后的工作提供了寶貴的經驗和教訓:
1. 完全整體化空分并非不可能,但系統啟動和運行復雜,部分整體化空分可能更為合適；
2. N2回注和注蒸汽是降低NOx排放的有效措施；
3. 高溫除塵脫硫設備可提高系統效率 1%——2%但還需要進一步發展；
4. 電站運行的可用率一般能夠達到 80%左右,主要的停運原因來自氣化爐。為了提高電站可用率,可配備備用氣化爐；
5. 煤氣的熱回收過程必須合理的組織。若熱煤氣顯熱的回收系統設計不當(如Tampa 電站),供電效率則有可能急劇下滑；
6. 改燒低熱值的合成煤氣時,燃氣輪機的燃燒室不僅需要作很大的改動,而且要修改壓氣機與透平通流部分的匹配關系,以適應燃燒低熱值煤氣時燃氣質量流率較大幅度增長的需要。相對于燃燒天然氣的燃氣——蒸汽聯合循環而言,改燒低熱值煤氣后,聯合循環的功率大約會增大 10%——20%。同時,必須慎重地選擇燃氣輪機的型號；
7. IGCC電站的比投資費用還比較高,一般都高于$l500/kw;由于比投資費用高、空分的耗功量較大,其發電成本還不能與目前燃煤的超臨界參數的蒸汽輪機電站相競爭。
目前,對第二代IGCC技術進行完善與提高,向第三代技術過渡并實現商業化應用已成為IGCC發電技術的主要發展方向。持續不斷地改進IGCC技術中各主要部件和系統的性能、提高可用率、降低成本,同時加強 IGCC 系統的應用拓展是第三代技術的兩個重要方面。具體為:
1. 在現有深冷空分工藝不斷改進、提高負荷跟蹤能力和安全可靠性的同時,發展空氣的膜分離技術,簡化空分裝置并降低廠用電率。
2. 發展適應多種原料的新型氣化技術,進一步探索以空氣或以富氧為氣化劑的輸運床、流化床氣化爐以及干法除灰脫硫系統,以進一步提高氣化和系統效率、可靠性,降低投資和運行成本。
3. 高溫煤氣凈化技術:高溫除塵和脫硫可使系統熱效率有所提高,并簡化系統、降低比投資成本。
4. 更先進的燃氣輪機和聯合循環:高性能燃氣輪機和高參數汽輪機技術的聯合應用是保證 IGCC 系統高性能的關鍵。發展能有效利用系統中不同品位熱量的新型熱力循環也是IGCC 技術發展的一個重要趨勢。
5. IGCC 系統中各單元的集成技術、系統優化技術、先進的控制技術、提高。運行可靠性、負荷跟蹤能力與負荷適應性。
6. 通過單元技術的成熟和產品結構的多元化,走聯產道路,提高 IGCC 技術的競爭力,降低造價和投資,提高資源利用率和經濟性,并改善系統調峰性能。
7. 和CO2分離、捕集、封存技術相結合,滿足低碳經濟發展對于電力行業的要求,提高IGCC系統應對溫室氣體排放控制的競爭力。
上述發展趨勢構成了世界各主要工業國家 IGCC 應用和發展的重要特點。 下表說明了 IGCC 發展歷程及趨勢:
國際 IGCC 發展歷程及趨勢
作為第三代 IGCC 的代表,美國準備建設一座以 Tan sport Gasifier 為基礎的285MWe IGCC 示范電站,采用空氣氣化方式,預計與 2010 年投入示范運行。
歐盟 2004 年開始執行HYPOGEN項目,該項目從 2004 年開始,到 2015 年完成建設和示范運行,總投資達到 13 億歐元,目標是建成以煤氣化為基礎的生產 192MWe電力和氫的近零排放電站,并進行CO2的分離和處理。德國提出了COORETEC計劃,旨在研究開發以化石燃料為基礎的近零排放發電技術。
日本非常重視 IGCC 的研究開發,走的是一條自主開發的道路。從煤氣化技術到燃氣輪機技術,在政府和企業的共同努力下,取得了較大的進展。目前,日本正在建設一座 250MW 七空氣鼓風的 IGCC 示范電站,預計 2007 年 9 月投入運行。
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