有關(guān)IGCC的一般性介紹IGCC的基本原理IGCC（IntegratedGasificationCombinedCycle）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）發(fā)電技術(shù)是“綠色煤電”技術(shù)的基礎(chǔ)，IGCC的基本原理可簡(jiǎn)要概括如下：干煤粉和氣化劑（氧和水蒸汽），在氣化爐內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，生成粗煤氣，粗煤氣經(jīng)過(guò)凈化（除塵、脫硫等）后生成潔凈的煤氣（CO+H2），大部分潔凈煤氣供給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫排氣又供給蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)發(fā)電；剩余一小部分潔凈煤氣供給多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行化工原料的生產(chǎn)，形成煤電化的綜合利用模式，以提高能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。IGCC是目前在國(guó)際上被驗(yàn)證的、能夠工業(yè)化的、大容量化的、最潔凈的高效煤炭發(fā)電技術(shù)。只有實(shí)現(xiàn)IGCC示范電站的成功，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行“綠色煤電”工程后續(xù)各階段的技術(shù)研發(fā)與集成示范。發(fā)展IGCC的意義及優(yōu)勢(shì)它與直接燃煤發(fā)電技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)和意義：1、污染物脫除的效率高、投資低IGCC的IG部分（IntegratedGasification—整體煤氣化），其最大的特點(diǎn)是在煤氣燃燒前就將污染物排除。煤在氣化爐中生成粗煤氣，粗煤氣可采用目前成熟的可資源化的化工凈化及回收工藝處理，能實(shí)現(xiàn)99%以上的污染物脫除效率，還能在比較容易地使NO排放控X制在較低水平。此外，煤氣凈化系統(tǒng)比煙氣凈化系統(tǒng)簡(jiǎn)單、規(guī)模小，且投資成本相對(duì)較低。2、 發(fā)電效率提高（約提高到50%?60%）IGCC的CC部分（CombinedCycle聯(lián)合循環(huán)），指的是燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)。它結(jié)合了燃?xì)廨啓C(jī)平均吸熱溫度高（1300C?1500C）和蒸汽輪機(jī)平均放熱溫度低（32T左右）的優(yōu)點(diǎn)，增大了熱力系統(tǒng)平均吸熱溫度與平均放熱溫度之間的溫差，從而提高了發(fā)電的效率（熱力學(xué)原理）。3、 能實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)和副產(chǎn)品的綜合利用氣化爐出來(lái)的煤氣，除了用于供給燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電外，還可以用于化工產(chǎn)品（例如合成胺、甲醇、二甲醚等）的生產(chǎn)。此外，氣化爐排除的灰渣可作為良好的建筑材料用，被脫出的硫可以被回收（回收率接近99.8%），這些都便于整個(gè)系統(tǒng)綜合利用效率的提高。4、 有助于CO2的處理IGCC為燃煤發(fā)電處理CO提供了一條可行的途徑，采取目前成熟的2工藝即可分離85%以上的CO2,可在不遠(yuǎn)的將來(lái)實(shí)現(xiàn)包括CO2在內(nèi)的燃煤污染物的近零排放。5、IGCC還能與燃料電池、HAT（HumidAirTurbine濕空氣透平）循環(huán)等先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，形成更高效率的發(fā)電方法。IGCC電站的空分系統(tǒng)空分系統(tǒng)是IGCC電站中一個(gè)重要的功能島，是電站中廠用電耗最高且最有優(yōu)化潛力的部分。通過(guò)優(yōu)化空分系統(tǒng)，廠用電可以顯著降低。IGCC電站中，按照空分系統(tǒng)壓縮空氣的提供方式，主要分為三種：1、獨(dú)立空分系統(tǒng)：即空分系統(tǒng)由專門配備的壓縮機(jī)提供壓縮空氣，由于這種方式與燃機(jī)沒(méi)有直接聯(lián)系，空分系統(tǒng)可以在燃機(jī)未啟動(dòng)時(shí)提前啟動(dòng)（一般空分系統(tǒng)的啟動(dòng)在48小時(shí)以上），而對(duì)燃機(jī)工作沒(méi)有干擾；另外，獨(dú)立空分的IGCC系統(tǒng)調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，變負(fù)荷時(shí)只需調(diào)節(jié)空分壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉片即可，而且此時(shí)的壓縮機(jī)出口空氣壓力比較穩(wěn)定，不會(huì)造成氧氣濃度的波動(dòng)；但這種系統(tǒng)的投資和廠用電耗都比較高。2、 完全整體空分系統(tǒng)：即空分系統(tǒng)所需的壓縮空氣，全部來(lái)自于燃機(jī)系統(tǒng)的壓氣機(jī)。由于燃機(jī)壓氣機(jī)具有更高的效率，而且減少了專門壓縮機(jī)的投資，所以，這種系統(tǒng)的投資和廠用電耗都較少；但其缺點(diǎn)是空分系統(tǒng)的啟動(dòng)必須在燃機(jī)處于正常條件下才能啟動(dòng)，且運(yùn)行過(guò)程中燃機(jī)與空分系統(tǒng)相互影響，所以其啟動(dòng)復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中調(diào)控困難，對(duì)負(fù)荷的變化非常敏感。3、 部分整體空分系統(tǒng)：即空分系統(tǒng)設(shè)一個(gè)30%?70%負(fù)荷的壓縮機(jī)，而剩下的部分則由燃機(jī)系統(tǒng)的壓氣機(jī)提供。這種技術(shù)的啟動(dòng)和運(yùn)行難度介于以上兩種系統(tǒng)之間，但系統(tǒng)更為復(fù)雜。國(guó)外四個(gè)典型的IGCC電站為空分系統(tǒng)的運(yùn)行積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。其中美國(guó)WabashRiver電站采用低壓獨(dú)立空分，三級(jí)水冷離心壓縮機(jī)，氮?dú)獠换刈⒎桨?，使得電站的廠用電率僅為12.25%;而美國(guó)另一個(gè)IGCC電站Tampa采用高壓獨(dú)立空分，高壓氮?dú)庠鰤夯刈⒌姆桨?，雖然廠用電率仍維持在較高的21.19%（空壓機(jī)為產(chǎn)生高壓氣體耗功較多），但由于壓縮氣體壓力能得到回收，電廠凈效率達(dá)到了42%。在歐洲，荷蘭Buggenum電站和西班牙Puertollano電站都采用了完全整體高壓空分和高壓氮?dú)庠鰤夯刈⒎桨?，其廠用電率分別降低到10.92%和10.45%。但由于完全整體空分啟動(dòng)方式以及運(yùn)行調(diào)控復(fù)雜，使得兩個(gè)電站出現(xiàn)了啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、全廠跳閘幾率高、負(fù)荷變化率受限等問(wèn)題，最后只能增加50%負(fù)荷的獨(dú)立空壓機(jī)輔助啟動(dòng)，等到運(yùn)行穩(wěn)定后，再切換為燃機(jī)壓氣機(jī)提供全部的壓縮氣體進(jìn)行正常工作。IGCC電站發(fā)展正面臨著投資和運(yùn)行成本高的瓶頸，通過(guò)空分系統(tǒng)的優(yōu)化以降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，是提高IGCC電站的經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。集成技術(shù)兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)西安熱工研究院于1997年提出了兩段式干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)。兩段式干煤粉加壓氣化爐分為上爐膛和下?tīng)t膛兩段，爐內(nèi)壁是水冷壁式。下?tīng)t膛是第一段，占總煤量約80%的煤粉噴入下?tīng)t膛，與同時(shí)噴入的水蒸氣和氧氣發(fā)生氣化與不完全氧化反應(yīng)，使?fàn)t膛內(nèi)溫度維持在1300一1600。，生成高溫煤氣。高溫煤氣進(jìn)入上爐膛，熔融渣沿水冷壁面流至氣化爐底部水浴凝結(jié)成固狀顆粒。上爐膛為第二段，占總煤量約20%的煤粉被噴入該反應(yīng)區(qū)，同時(shí)也噴入過(guò)熱蒸汽，利用一段爐膛生成的高溫煤氣的顯熱進(jìn)行熱裂解和部分氣化（未氣化的煤粉經(jīng)過(guò)除塵收集后返回到磨煤機(jī)）。由于沒(méi)有注入氧氣，本段發(fā)生的是吸熱反應(yīng)，降低了爐內(nèi)的高溫煤氣溫度。在水冷壁的作用下，氣化爐出口的高溫煤氣溫度進(jìn)一步降低到約9000（灰熔點(diǎn)以下），這樣就避免了高溫煤氣中攜帶的灰渣在廢熱鍋爐中凝結(jié)堵塞管道。第二段爐膛的設(shè)置省去了冷煤氣循環(huán)流程，降低了廢熱鍋爐與除塵器內(nèi)的煤氣流量，從而減小了其尺寸；利用下?tīng)t膛的煤氣顯熱進(jìn)行煤的熱裂解和部分氣化，較大幅度地提高了總的冷煤氣效率和熱效率，其中冷煤氣效率比Shell氣化工藝提高了2~3個(gè)百分點(diǎn)。

具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的兩段式干煤粉加壓氣化爐，其核心技術(shù)和整體工藝已獲得國(guó)家發(fā)明專利。該技術(shù)于2000年完成了700kg/d的小試研究。在此基礎(chǔ)上，在國(guó)內(nèi)首次建成日處理煤量進(jìn)行了36t/d（10MWth）水冷壁式干煤粉加兩段式干煤粉加壓氣化爐壓氣化中試裝置，并于2006年通過(guò)了168連續(xù)運(yùn)行測(cè)試，通過(guò)科技兩段式干煤粉加壓氣化爐部組織的項(xiàng)目驗(yàn)收，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)行2000小時(shí)以上。通過(guò)中試的研究，積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)收結(jié)論認(rèn)為此技術(shù)已具備的工業(yè)放大的條件。驗(yàn)收達(dá)到了如下技術(shù)指標(biāo)：碳轉(zhuǎn)化率：98.9%比氧耗：298.6Nm302/1000Nm3（CO+H2）比煤耗：518.2kg/1000Nm3（CO+H2）冷煤氣效率：83.2%有效氣成份（CO+H2）：91.74%另外，國(guó)內(nèi)化工設(shè)計(jì)建設(shè)單位已具有設(shè)計(jì)建設(shè)國(guó)際先進(jìn)水平的大容量煤氣化爐的經(jīng)驗(yàn)?；ぴO(shè)計(jì)院已對(duì)兩段式干煤粉加壓氣化爐做出初步論證，認(rèn)為該技術(shù)已具備放大到2000噸/天的能力。國(guó)外未來(lái)煤電的發(fā)展動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)述美國(guó)、日本和歐盟等國(guó)家和地區(qū)關(guān)于IGCC及未來(lái)煤電的最新發(fā)展計(jì)劃，從中可以看出國(guó)際上未來(lái)煤電的發(fā)展趨勢(shì)。一、美國(guó)的計(jì)劃美國(guó)十分重視潔凈煤發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，將潔凈煤發(fā)電技術(shù)列為國(guó)家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重要組成部分。關(guān)于未來(lái)煤炭發(fā)電的技術(shù)路線，美國(guó)在超超臨界發(fā)電技術(shù)和IGCC之間選擇了IGCC。從1985年到2000年期間，美國(guó)先后部署了5輪“清潔煤發(fā)展計(jì)劃(CCT)”，先后建成了CoolWater(100MW,1984年)、LGTI(160MW,1987年)、WabashiRiver(260MW,1995年)、Tampa(250MW,1996年)和PinonPine(100MW，1997年)等5座IGCC示范電站。美國(guó)能源部對(duì)IGCC示范電站的資助比例均在50%以上，有的高達(dá)80%以上。所有美國(guó)的IGCC示范項(xiàng)目均采用美國(guó)本土的技術(shù)，通過(guò)政府的支持和示范項(xiàng)目的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)基于其IGCC的技術(shù)基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)未來(lái)近零排放的煤基能源系統(tǒng)。2002年，美國(guó)能源部部署了新一輪清潔煤創(chuàng)新發(fā)展計(jì)劃(CCPI)，2004年美國(guó)能源部正式啟動(dòng)了“未來(lái)電力”(FutureGen)項(xiàng)目。計(jì)劃投資10億美元，花十年時(shí)間，建成世界上第一座近零排放的煤炭發(fā)電廠，該電廠的折合功率為275MW,可同時(shí)生產(chǎn)電力和氫，并進(jìn)行二氧化碳的分離和儲(chǔ)存，發(fā)電效率達(dá)到50%-60%，實(shí)現(xiàn)包括二氧化碳在內(nèi)的污染物近零排放，并可根據(jù)市場(chǎng)需求調(diào)節(jié)發(fā)電和制氫的比例。該系統(tǒng)的流程如圖1所示。二、 歐盟的計(jì)劃在歐盟的支持下，荷蘭的Buggenum(253MW)和西班牙的Puertollano(300MW)兩座IGCC電站分別于1994年和1997年建成并投入運(yùn)行，參與的國(guó)家有荷蘭、德國(guó)、西班牙、法國(guó)等，IGCC示范電站所采用的技術(shù)也全部來(lái)自歐盟國(guó)家。從技術(shù)的角度看，歐洲的IGCC示范電站技術(shù)更先進(jìn)，這些示范電站使歐洲的煤氣化技術(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。2004年，歐盟在其“第六框架計(jì)劃(FP6)”中，啟動(dòng)了名為HYPOGEN的計(jì)劃，其目標(biāo)是開(kāi)發(fā)以煤氣化為基礎(chǔ)的發(fā)電、制氫、以及二氧化碳分離和處理的煤基發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤炭發(fā)電的近零排放。三、 日本的計(jì)劃日本非常重視IGCC的研究開(kāi)發(fā)，走的是一條自主開(kāi)發(fā)的道路。從煤氣化技術(shù)到燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，在政府和企業(yè)的共同努力下，取得了較大的進(jìn)展。目前，日本正在建設(shè)一座250MW空氣氣化的IGCC示范電站，預(yù)計(jì)2009年投入運(yùn)行。面向未來(lái)，日本新能源開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）于1998年在“新陽(yáng)光計(jì)劃”中，提出了名為EAGLE（CoalEnergyApplicationforGas,Liquid&Electricity）的計(jì)劃。該計(jì)劃以煤氣化為核心，以煤氣凈化、燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池發(fā)電、交通用液體燃料為主要內(nèi)容，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)煤潔凈高效地轉(zhuǎn)化為電力及液體和氣體燃料的技術(shù)和工藝。EAGLE計(jì)劃的流程圖如圖2所示，目前，日本已在若松建成8MW中試廠。2004年，日本在“煤炭清潔能源循環(huán)體系（C3）”中，提出了以煤炭氣化為核心、同時(shí)生產(chǎn)電力、氫和液體燃料等多種產(chǎn)品、并對(duì)二氧化碳進(jìn)行分離和封存的煤基能源系統(tǒng)，并在“面向2030年的新日本煤炭政策”中明確將此技術(shù)作為未來(lái)煤基近零排放的戰(zhàn)略技術(shù)，以及實(shí)現(xiàn)循環(huán)型社會(huì)和氫能經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。四、其他國(guó)家的計(jì)劃澳大利亞制定了Coal21計(jì)劃，其路線圖也是將基于煤氣化的發(fā)電、制氫、合成氣生產(chǎn)及二氧化碳分離和處理系統(tǒng)作為未來(lái)近零排放的發(fā)展方向。加拿大制定了2020年潔凈煤技術(shù)路線圖，并開(kāi)始執(zhí)行ZECA計(jì)劃，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)先進(jìn)的煤制氫和二氧化碳分離和儲(chǔ)存技術(shù)。2004年國(guó)際能源署（IEA）開(kāi)始研究未來(lái)煤電的路線圖，主要技術(shù)方向也是基于煤氣化的發(fā)電、制氫及二氧化碳分離和處理。燃料電池發(fā)電技術(shù)1839年英國(guó)的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡(jiǎn)單的氫氧燃料電池點(diǎn)亮了倫敦講演廳的照明燈。1889年Mood和Langer首先采用了“燃料電池”這一名稱，并獲得200mA/m2電流密度。由于發(fā)電機(jī)和電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)的研究未能跟上，燃料電池的研究直到20世紀(jì)50年代才有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，英國(guó)劍橋大學(xué)的Bacon用高壓氫氧制成了具有實(shí)用功率水平的燃料電池。60年代，這種電池成功地應(yīng)用于阿波羅（Apollo）登月飛船。從60年代開(kāi)始，氫氧燃料電池廣泛應(yīng)用于宇航領(lǐng)域，同時(shí)，兆瓦級(jí)的磷酸燃料電池也研制成功。從80年代開(kāi)始，各種小功率電池在宇航、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能，直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。當(dāng)從外部源源不斷地向燃料電池供給燃料和氧化劑時(shí)，它可以連續(xù)發(fā)電。依據(jù)電解質(zhì)不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，潔凈、無(wú)污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)、比功率高，既可以集中供電，也適合分散供電。燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極（負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極）以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要