共=NUM頁整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻綜述1.1國外典型IGCC電廠美國TampaIGCC電廠，裝機容量控制為250mw系統(tǒng)中設(shè)置了具有可靠高壓空氣分離裝置,通過單獨安裝設(shè)立空氣壓縮機,對空氣進行壓縮分離,可以獲得95%純凈度的氧氣以及98%純凈度的氮氣。且其產(chǎn)量分別可高達2100噸與6300噸。美國TampaIGCC電廠位于佛羅里達州，是美國DOE支持的潔凈煤發(fā)電計劃的第三輪示范項目。裝機容量為250MW,該電廠利用水煤漿氣化技術(shù)，作為以水煤漿為原料的加壓氣化床，系統(tǒng)中設(shè)置有可靠的高壓空氣分離裝置，通過單獨設(shè)立的空氣壓縮機，對空氣進行壓縮分離，可以得到95%純凈度的氧氣以及98%純凈度的氮氣。且產(chǎn)量可以高達2100噸和6300噸。Texaco氣化爐是有美國Texaco石油公司在原有基礎(chǔ)上進行改造而來的，原本的設(shè)計是通過利用重油以及天然氣作為原始材料通過系統(tǒng)制造合成氣。在最初設(shè)計的1948年，最開始采用預(yù)先加熱干燥后進行旋風分離對高壓狀態(tài)下的水煤漿進行處理，但是這種處理方法會使預(yù)熱干燥器中的煤粉結(jié)塊從而影響干燥器正常工作，無法解決干式加料技術(shù)。在隨后的三十年里，耐高溫抗熔渣耐火材料得到了有效的發(fā)展進步，以及制備高溫水煤漿的技術(shù)逐漸完善，最終選擇水煤漿濕式直接進料，最終得以完成整體設(shè)計。整個系統(tǒng)中的氣化壓力可以達到2.8~3.0MPa，同時氣化溫度大約能達到1482℃，在氣化的過程中，水煤漿的初始濃度為68%,此時由CO、H2、CO2、水蒸氣等組成的高溫粗煤氣，溫度會大幅度減低。溫度會進一步的降低，最終降至480℃，煤氣的顯熱會被循環(huán)利用，生成飽和蒸汽，壓力會達到10.4MPa。最終利用文丘里洗滌器濕法除塵，同時利用N-甲基二乙醇胺（MDEA）法進行脫硫，去除煤氣中的固體顆粒、硫化物、鹵化物和重金屬鹽等有害物質(zhì)，控制最終排氣達到相關(guān)環(huán)境法律規(guī)定的標準，進行恰當?shù)拿簹鈨艋?，也會對燃氣輪機形成一定程度上的保護。電廠采用的燃氣輪機入口初始溫度為1260℃，實際運行凈效率為39%，機組在2001年開始投入商業(yè)運行。圖1-3美國Tampa電廠工藝流程簡圖日本勿來電廠IGCC機組出力級別為250MW級。對比同等容量下的單純以氧氣作為氧化劑的空氣分離裝置，其空氣分離規(guī)模只有20%~25%，空氣分離系統(tǒng)設(shè)置簡單，規(guī)模需求較小。主要用于提供輸送煤氣所需要的惰性壓縮氣體，以及按照一定比例將所得氧氣混合至空氣中，以獲得富氧空氣進一步提升氣化效果。2008年3月，作為示范的勿來電廠達到250MW的額定功率。驗證了空氣氣化IGCC的可靠性。1.2國內(nèi)典型IGCC電廠華能“綠色煤電”項目天津IGCC煤氣化發(fā)電為作為中國第一座自主設(shè)計和建造的IGCC電廠，電廠采用兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)進行了電廠的煤氣化部分設(shè)備的設(shè)計，搭建了2000t/天級全熱回收的廢鍋式氣化裝置，這項技術(shù)華能是由主設(shè)計，并擁有知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。單位動態(tài)投資高達12978元/千瓦，約為普通燃氣機組3~4倍，廠用電耗率的設(shè)計最大值達到25%[15]。高昂的運行費用和廠用電率的重要原因之一空氣分離器的使用。深冷空氣分離單元會產(chǎn)生大量的輔助功耗，約占所有輔助功耗的50%-70%，此外，深冷空分單元的投資還占IGCC總投資的15%以上[16-18]。圖1-4綠色煤電項目工藝流程簡圖1.3空氣氣化爐和純氧化氣化爐對比氣化爐因為其通過空氣氣化得到的煤氣的熱值偏低，為了解決燃氣輪機燃燒低熱值煤氣之后產(chǎn)生的同流問題，選擇從燃氣輪機牙期集中抽取所需的全部空氣，這樣做還能夠利用燃氣輪機軸流壓氣機效率高的優(yōu)點。粗煤氣繼續(xù)進行整體循環(huán)還需要進行預(yù)熱回收以及潔凈化處理，繼續(xù)降溫用于多途徑比如潔凈煤氣，汽機凝結(jié)水的預(yù)熱，以及燃料氣的家事處理，最終通過脫硫處理，煤氣經(jīng)過之前的預(yù)熱加濕處理能夠進入燃氣輪機進行燃燒，燃氣輪機壓氣機進行熱回收之后進一步壓縮輸送至氣化爐，燃機排氣最終進入整體聯(lián)合循環(huán)余熱爐。如果單純利用氧氣作為氧化劑則選取完全整體化空氣分離系統(tǒng)進行氣化劑處理，通過空氣分離系統(tǒng)得到的氮氣將全部用于稀釋燃料已達到降低NOX排放的目的[19]。以空氣作為氣化劑的氣化爐系統(tǒng)由于不需要高濃度氧氣作為氧化劑可以省去復(fù)雜的完全整體化空氣分離系統(tǒng)，與此同時，整體構(gòu)造更加簡便，系統(tǒng)的功效更低，相對的，空氣氣化爐氣化強度低，氣化時的溫度變化更加的不可控，得到的煤氣含氮量高，熱值低，過程中進入到系統(tǒng)中的氣化劑和最終生成的合成氣的體積流量都相對較大，不利于燃氣的脫硫凈化以及燃燒。而以氧氣氣化的氣化爐，體積小，煤氣熱值高，單爐容量大，但需要較復(fù)雜的空分系統(tǒng)，自用功率高[20]。參考文獻[1]BP.BP世界能源統(tǒng)計年鑒2019版[2]BP.BP世界能源統(tǒng)計年鑒2019版中國專題[3]張博,彭蘇萍,王佟,等.構(gòu)建煤炭資源強國的戰(zhàn)略路徑與對策研究[J].中國工程科學,2019,21(01):96-104.[4]杜祥琬.能源革命——為了可持續(xù)發(fā)展的未來[J].北京理工大學學報(社會科學版),2014,16(05):1-8.[5]趙振可,翁一武,王玉璋,李楊.IGCC系統(tǒng)中空氣氣化爐的模擬研究[J].華東電力,2010,38(03):412-416.[6]小山智規(guī).三菱重工業(yè)株式會社技術(shù)本部長崎研究所.Personalcommunication.[7]高健,倪維斗,小山智規(guī).IGCC系統(tǒng)中空氣氣化爐與氧氣氣化爐的對比研究[J].燃氣輪機技術(shù),2007(02):1-5.[8]高麗.德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2010,29(7):161-162.[9]WolferadorfC,MeyerB.ThecurrentstatusandfutureprospectsforIGCCsystems[M/OL]//IntegratedGasificationCombinedCycleTechnologies.[2018-05-06].[10]施強,烏曉江,徐雪元,等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)與節(jié)能減排[J].節(jié)能技術(shù),2009,27(1):18-20,96.[11]許世森,

危師讓.

國外4座大型IGCC電站的煤氣化工藝[J].

中國電力,

1999,

32(8):

60–65.[12]馮展管,

吳成軍.

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組參數(shù)優(yōu)化及配置研究[J].內(nèi)江科技,

2014,

35(10):

63–64.[13]李政,

梁心玉,

薛亞麗.

基于煙煤、褐煤的IGCC系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性對比[J].

中國電機工程學報,

2012,

32(5):

39–47.[14]朱赟.氣流床煤氣化模擬中反應(yīng)動力學參數(shù)的優(yōu)化研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,2013.[15]孟康.天津IGCC電站的技術(shù)經(jīng)濟分析[D].華北電力大學(北京),2017.[16]RyzhkovA,BogatovaT,GordeevS.TechnologicalsolutionsforanadvancedIGCCplant[J].Fuel,2018,214(FEB.15):63-72.[17]TolaV,PettinauA.Powergenerationplantswithcarboncaptureandstorage:Atechno-economiccomparisonbetweencoalcombustionandgasificationtechnologies[J].AppliedEnergy,2014,113(jan.):1461-1474.[18]ITMOxygencanprovidea15%increaseinelectricity,andafactoryefficiencyincreaseofmorethan10%[J].GasTurbineWorld,2008,38(1):34-38.[19]王波.基于輸運床氣化爐的IGCC系統(tǒng)集