主流煤气化技术及市场情况系列展示（之五） 壳牌煤气化技术 技术拥有单位：壳牌全球解决方案国际私有有限公司 壳牌是世界知名的国际能源公司之一。壳牌煤气化技术可以处理石油焦、无烟煤、烟煤、褐煤和生物质。气化炉的操作压力一般在，气化温度一般在1400～1700摄氏度。在此温度压力下，碳转化率一般会超过99%，冷煤气效率一般在80～83%。对于废热回收流程，合成气的大部分显热可由合成气冷却器回收用来生产高压或中压蒸汽；如配合采用低水气比催化剂的变化工艺，在变换单元消耗少量蒸汽即可保证变换深度要求，剩余大量蒸汽可送入全厂蒸汽管网，获得可观的经济效益。 目前，壳牌全球解决方案国际私有有限公司负责壳牌气化技术的技术许可，工艺设计以及技术支持。2007年壳牌成立了北京煤气化技术中心，2012年初，壳牌更是将其全球气化业务总部也从荷兰移师中国，这充分体现了壳牌对中国现代煤化工蓬勃发展的重视，同时壳牌也能更好地利用其全球气化技术能力，贴近市场，为中国客户提供更加快捷周到的技术支持。目前，在北京的壳牌煤气化技术团队可提供从研发、工程设计、培训、现场技术支持以及生产操作和管理的全方位技术支持和服务。 一、整体配套工艺 根据不同的煤质特性以及用户企业的不同生产需求和规划，壳牌开发了下面3种不同炉型： 壳牌废锅流程是当前工业应用经验最丰富的干粉气化技术。它的效率和工艺指标的先进性已经得到了验证和认可，而且在线率也在不断创造新的世界纪录，大部分客户已实现满负荷、长周期、安全、稳定运转。如果业主比较关注热效率,全厂能效和环保效益的话，采用壳牌废锅流程并配合已成功应用的低水气比变换技术应该是最合适稳妥的方案。 壳牌上行水激冷流程特别适合处理有积垢倾向的煤种；适合大型项目，此外投资低，可靠性高。对于比较关注在线率和低投资的业主，采用壳牌上行水激冷流程应该是最合适稳妥的方案。
整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，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，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg／N m3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg／Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的1 5%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，利于环境保护。 IGCC具有以下一些突出优点：（1）发电效率高，目前可达45%，继续提高的潜力大。（2）与传统的燃煤方式不同。它能实现98%以上的污染物脱除效率，并可回收高纯度的硫、粉尘和其他污染物在此过程中一并被脱除。（3）用水量小，约为同等容量常规火电机组的三分之一至二分之一。（4）通过采用低成本的燃烧前碳捕捉技术可实现零碳排放。（5）能与其他先进的发电技术如燃料电池等结合，并能形成制氢、化工等多联产系统。 气化炉、燃气轮机、空气分离装置和余热锅炉是IGCC关键设备。气化炉方面，我们认为壳牌气化炉具有产气热值高、煤种适应性广、停机维护时间短等特点，将成为未来IGCC 将推广的重要炉型。燃气轮机方面，适应煤气的低热值的燃气轮机将成为首选机型。空气分离装置方面，目前仍以深冷技术为主，未来将有可能在PSA变压吸附空分技术方面有所突破。 整体煤气化联合循环发电的分类 由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（e ntrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已
煤气化技术及工艺过程中元素平衡分析 摘要：介绍了国内应用的典型煤气化技术；无论哪种煤气化工艺，元素平衡始 终不变；分析了煤气化工艺过程中元素平衡及来源。 关键词：煤气化技术；元素；来源 煤气化工艺是传统和现代煤化工的龙头和基础。煤气化工艺是指把经过适当 处理的煤送入反应器如气化炉内,在一定的温度和压力下,通过氧化剂(空气或氧气 和蒸气)以一定的流动方式(移动床、流化床或气流床等)转化成气体，得到粗制水 煤气，通过后续脱硫脱碳等工艺可以得到精制水煤气的过程[1]。 随着近几年煤气化工艺的不断发展，特别是国内开发出了多种能适应不同煤 种的煤气化工艺。但无论哪种煤气化工艺，元素平衡始终不能改变[2]。因此，本 文以某种长焰煤为例，分析了煤气化工艺过程中元素平衡及来源。 1煤气化技术 大型工业化运行的煤气化技术，可分为固定床气化技术、流化床气化技术、 气流床气化技术。 1.1 固定床气化技术 在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气 化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固 定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度 向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 1.2 流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为 气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行 气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。流化床气化 技术是在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完 善的一种煤气化工艺。 灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离 装置，形成床内局部高温区，使灰熔聚气化反应装置灰渣团聚成球，借助重量的 差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。 1.3 气流床气化技术 目前的主流技术，以GE水煤浆气化技术、四喷嘴水煤浆气化技术、壳牌干 煤粉气化、GSP气化技术和航天炉气化技术等为代表。它是一种并流气化，用气 化剂将粒度为0.1mm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化 反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 2典型煤气化技术 2.1 鲁奇固定床煤加压气化技术 鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求 原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂。 2.2 GE水煤浆气化技术
整体煤气化联合循环发电（IGCC）简介 一整体煤气化联合循环的工作过程 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，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，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图： 二整体煤气化联合循环的特点 IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经过除尘、脱硫等净化
工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。 IGCC 发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。 1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。 2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。 目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC 一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。 3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。 5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。 三整体煤气化联合循环的发展 1972年在德国Ltinen酌斯蒂克电站投运了世界上第一个以增压锅炉型燃气一蒸汽联合循环为基础的IGCC电站，该电站的发电功率为170MW，实际达到的供电效率为34%，采用以空气为气化剂的燃煤的固定床式的Lurgi气化炉。显然，这个电站开创了煤在燃气一蒸汽联
联合循环发电技术 联合循环发电技术（CCPP）是由燃气轮机发电和蒸汽轮机发电叠加组合起来的联合循环发电装置，与传统的蒸汽发电系统相比，具有发电效率高、成本低、效益好，符合调节范围宽，安全性能好、可靠性高，更加环保等等一系列优势。 联合循环由于做到了能量的梯级利用从而得到了更高的能源利用率，已以无可怀疑的优势在世界上快速发展。目前发达国家每年新增的联合循环总装机容量约占火电新增容量的40％～50%，所有世界生产发电设备的大公司至今（如美国的GE公司87年开始）年生产的发电设备总容量中联合循环都占50%以上。 最高的联合循环电站效率（烧天然气）已达55.4%，远远高于常规电站，一些国家（如日本等）已明确规定新建发电厂必须使用联合循环。 由于整体煤气化联合循环发电机组(IGCC)是燃煤发电技术中效率最高最洁净的技术,工业发达国家都十分重视,现在世界上已建成或在建拟建IGCC电站近20座，一些已进入商业运行阶段。 燃气轮发电机组在我国近几年才有较大发展,目前装机占火电总容量的 3.5%,大部分由国外购进,国产机组只占9.4%,且机组容量小、初温低,机组水平只处于国外80年代水平,且关键部件仍有外商提供,远不能满足大容量、高效率的联和循环机组的需要。 燃气轮机是联合循环包括燃煤联合循环的最关键技术,我公司虽然以前也曾设计制造过燃气轮机，但功率小、，初温低，且某些关键技术如冷却技术、跨音速压气机等项目尚处于研究开发阶段。 有一些公司对燃气轮机的研制始于1960年前后，在船用、机车用、发电用等几条线上同时进行。作为技术水平综合标志的综合技术能力即设计能力是：到七十年代中后期，基本能按自己的科研成果独立设计高原铁路使用的燃气轮机（7000马力）;能按测绘资料设计长输气管线用的燃气轮机（17600kw）;具有品种较全但规模较小检测设备较初级的实验台，进行了相当多的试验，取得了可观的成果。经过不小于十余种型号的整机的自行设计、试验、生产和运行的全过程不但掌握了技术而且培养了一批人。这正是现在可以也应该利用的宝贵的财富。 在以上基础上产生了高原机车用的燃气轮机方案，尽管燃气轮机本身并未达到国外先进水平，但机车总体可达到热力机车的先进水平，综合经济指标具有竞争力。总体说，当时我
煤气化技术及其工业应用 摘要：我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。 关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用 我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来，煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位，以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低，能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。 以煤气化为基础的能源及化工系统，不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放，而且能生产液体燃料和氢气等能源产品，有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。 煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。 1煤气化工艺概述 煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一，它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率，降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料，氧气(空气、富氧、纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为煤气的热化学加工过程。 目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的，因此必须给气化炉供给足够的热量，才能保持煤气化过程的连续进行。 煤气化根据供热原理大致可分为3种： （1）热分解(约500-1000℃)：加热使煤放出挥发分，再由挥发分得到焦油和燃气(CO、CO2、H2、CH4)，必须由外部供热，残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用； （2）部分燃烧气化(约900-1600℃)：煤在氧气中部分燃烧产生高温，并加入气化剂(H2O、CO2等)，产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分；
煤气化技术是现代煤化工的基础，是通过煤直接液化制取油品或在高温下气化制得合成气，再以合成气为原料制取甲醇、合成油、天然气等一级产品及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等二级化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置，煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多，各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们的工业化应用程度及可靠性不同，选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策。 工业上以煤为原料生产合成气的历史已有百余年。根据发展进程分析，煤气化技术可分为三代。第一代气化技术为固定床、移动床气化技术，多以块煤和小颗粒煤为原料制取合成气，装置规模、原料、能耗及环保的局限性较大；第二代气化技术是现阶段最具有代表性的改进型流化床和气流床技术，其特征是连续进料及高温液态排渣；第三代气化技术尚处于小试或中试阶段，如煤的催化气化、煤的加氢气化、煤的地下气化、煤的等离子体气化、煤的太阳能气化和煤的核能余热气化等。 本文综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况，论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势。 1．国内外煤气化技术的发展现状 在世界能源储量中，煤炭约占79%，石油与天然气约占12%。煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。世界煤化工的发展经历了起步阶段、发展阶段、停滞阶段和复兴阶段。20世纪初，煤炭炼焦工业的兴起标志着世界煤化工发展的起步。此后世界煤化工迅速发展，直到20世纪中叶，煤一直是世界有机化学工业的主要原料。随着石油化学工业的兴起与发展，煤在化工原料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代，世界煤化工技术及产业的发展一度停滞。直到20世纪70年代末，由于石油价格大幅攀升，影响了世界石油化学工业的发展，同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后，世界石油价格长期在高位运行，且呈现不断上升趋势，这就更加促进了煤化工技术的发展，煤化工重新受到了人们的重视。 中国的煤气化工艺由老式的UGI炉块煤间歇气化迅速向世界最先进的粉煤加压气化工艺过渡，同时国内自主创新的新型煤气化技术也得到快速发展。据初步统计，采用国内外先进大型洁净煤气化技术已投产和正在建设的装置有80多套，50%以上的煤气化装置已投产运行，其中采用水煤浆气化技术的装置包括GE煤气化27套（已投产16套），四喷嘴33套（已投产13套），分级气化、多元料浆气化等多套；采用干煤粉气化技术的装置包括Shell煤气化18套（已投产11套）、GSP2套，还有正在工业化示范的LurgiBGL技术、航天粉煤加压气化（HT-L）技术、单喷嘴干粉气化技术和两段式干煤粉加压气化（TPRI）技术等。
整体煤气化联合循环发电 简介 整体煤气化联合循环（IGCC- Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下： 煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，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，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。 IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45%，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站的-，利于环境保护。 分类及作用 IGCC整个系统大致可分为： 煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（entrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说，对 气化炉及煤气的净化系统的要求
整体煤气化联合循环发电（IGCC） 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，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，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图 整体煤气化联合循环系统简图
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3），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，利于环境保护。 整体煤气化联合循环发电的分类及作用 由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（entrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说，对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求是： a) 气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求 b) 气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求 c) 煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求 d) 具有良好的煤种适应性 e) 系统简单，设备可靠，易于操作，维修方便，具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率 f) 设备和系统的投资、运行成本低
IGCC 百科名片 IGCＣ（Intｅgrated Gasiｆiｃatiｏn Coｍbiｎｅd Ｃyclｅ)整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成,即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。 目录[隐藏] 基本简介 原理 分类 喷流床气化炉 流化床气化炉 固定床气化炉 特点 发展障碍 基本简介 原理 分类 喷流床气化炉 流化床气化炉 固定床气化炉 特点 发展障碍 ?前景 [编辑本段] 基本简介 IGCC 整体煤气化联合循环它由两大部分组成,第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置),第二部分的主要设备有燃气轮
机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气，经过净化,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,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图 [编辑本段］ 原理 ＩGＣC技术把高效的燃气－蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来,既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下,IGCC发电的净效率可达43%～45％,今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的１/１０,脱硫效率可达9９%,二氧化硫排放在25ｍg／Nm３左右。(目前国家二氧化硫为1 2０0mｇ/Nｍ3），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,利于环境保护。 [编辑本段] 分类 由图中可以看出IＧCC整个系统大致可分为:煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床(enｔｒained ｆlow bed)、固定床(fiｘed bed）和流化床(fluidized bed)三种方案。在整个IGCＣ的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品,因此IGＣC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说,对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求是： a) 气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求 b) 气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求 c) 煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求 d) 具有良好的煤种适应性 e)系统简单，设备可靠，易于操作,维修方便，具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率 f）设备和系统的投资、运行成本低 ［编辑本段］ 喷流床气化炉 喷流床是目前ＩGＣＣ各示范工程中采用最多的一种气化炉。
第一节整体煤气化联合循环的基本思想 整体煤气化联合循环(Integerated Gasification Combined Cycle；简记为IGCC)是20世纪70年代石油危机时期西方国家开始发展的一项燃煤发电技术。它的技术路线非常清晰，那就是：使煤在气化炉中气化成为中热值或低热值的煤气，然后通过处理，去除其中的灰分、含硫化合物、重金属等有害物质，代替天然气供到常规燃气一蒸汽联合循环中去，从而实现洁净燃煤发电。 IGCC发电系统示意图如图6—1所示。 整体煤气化联合循环中的“整体”一词有两层含义： (1)在这个系统中，气化炉所用的蒸汽和空气多数情况下都直接来自于系统内的汽轮机和燃气轮机。反过来，气化过程中所产生的各种显热，都在系统适当的工艺环节中充分地利用，这样的系统是一个有机的整体； (2)系统流程及系统内各处的参数都要从机组整体性能最优的角度仔细考虑和设计。 图6—1 IGCC发电系统示意图 显然，在IGCC发电系统中，燃气轮机、余热锅炉、汽轮机都是成熟的技术，所需要解决的只是煤的大规模气化和煤气的净化问题。所以，就设备而言，气化炉和煤气净化系统的是整体煤气化联合循环发电技术的关键。 第二节煤的气化及气化炉 一、气化原理 众所周知，煤是由多种有机物和无机物}昆合组成的固体燃料。煤中的可燃物质主要是碳，其次是氢。要使煤气化，最理想地莫过于将其转化为以气态形式存在的c0、H2及碳氢化合物，如cH4等。因此，对煤进行气化实质上主要是使煤中的C与02反应生成CO。 然而，实际中煤的气化过程远非如此简单。尽管煤气化的历史已有200余年，但对其涉及到的某些问题至今也未完全研究清楚。如果大致描述一下的话，煤的气化大体上是这样进行的：在缺氧的条件下，对煤进行加热，使其释放出所含的水分而干燥；随着温度的升高，原先以固态形式存在的碳氢化合物分子中的一些较弱的化学键被破坏，开始析出挥发分，生成煤焦油、油、酚和某些气相碳氢化合物；接下来，析出挥发分后的固定碳将与氧气、蒸汽和氢气发生反应生成CO、C02和cH4等气体。在以上过程中，挥发分与氧之间可能还会发生反应，最终形成粗煤气。 煤的气化过程中，气化炉内所发生的化学反应主要有以下几个： 4C+30，一2CO，+2CO+热量 (6—1) 3C+20，一2CO，+CO+热量 (6—2) C+CO，一2CO一热量 (6—3) C+地O—cO+H，一热量 (6—4]
煤气化技术 国外气化炉发展现状 1、GE-德士古（Texaco）气化炉 Texaco气化炉是最成熟的第二代喷流床气化炉，它是由美国德士古石油公司下属的德士古开发公司（Texaco Development Corporation）研发的。第一套日处理15吨煤的中试装置于1948年在美国洛杉矶建成，并于1958年在美国摩根城建立了日处理100吨煤的原型装置，以东部煤为原料，操作压力为2.8MPa，合成气用于生产氨。但由于缺乏竞争力，被迫停止运行。石油危机之后，Texaco 气化炉得到了快速发展，尤其是美国15t/d和德国150t/d的实验装置做了大量的试验，解决了水煤浆制造、高温气体热回收、燃料喷嘴及煤种适应性的系列难题。并且于1983年和1984年分别成功应用于Eastman化工厂和Cool Water IGCC示范电站。目前，Texaco气化炉是国际上最成熟、商业化装置最多的第二代气化炉。美国的伊斯曼2台，日本宇部4台及德国SAR的1台都在运行。除此之外尚有美国Tampa电站一台2400t/d煤的气化炉示范装置。2004年5月，GE能源公司收购了Texaco气化炉业务。 自从上世纪80年代初，Texaco气化炉开始大规模应用，最初主要应用于化工领域，特别是用于F-T合成和生产化工产品。进入上世纪90年代之后，更多的应用于电力生产行业。这主要是因为20世纪90年代以来，IGCC和以IGCC 为核心的多联产系统的迅速发展。在Texaco气化炉被GE能源收购之后，这一趋势会更加明显。 Texaco气化炉进入我国比较早，从20世纪80年代就开始陆续在我国化工行业应用，且有较多业绩。自1993、1996年鲁南化肥厂、陕西渭河化肥厂Texaco 水煤浆气化工业装置分别投运以来，Texaco气化炉在我国陆续投产。Texaco气化炉在我国的国产化进程发展也较快，华东理工大学在开发“多喷嘴对置式水煤浆气化炉”方面，就借鉴了Texaco的运行经验。据我们的统计，截止2006年底，中国共有28台Texaco气化炉建成投运；另外有12台在建，预计2010年之前投运。这些气化炉除了早期有17台以石油焦为气化原料以外，其他气化炉，包括在建的12台都是以煤炭为原料。目前这些气化炉主要用于化工品的生产，尤其
整体煤气化联合循环(I GCC)发电 系统性能计算与分析 白玉峰 (安徽华能巢湖发电有限公司,安徽巢湖230000) 摘 要:针对整体煤气化联合循环(I GCC )发电系统在技术、经济、环保综合性能上具有较大的优势,阐述了 I GCC 发电系统分类,对4种采用空气气化型的I GCC 发电系统进行了性能计算和参数分析,得到了供电效率与 燃气轮机压比、入口温度之间的关系。关键词:I GCC;煤气化;发电系统;性能分析 中图分类号:TK227.1 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2006)04-03 Perfor mance calcul ati on and analysis of I GCC power generati on syste m BA I Yufeng (Chaohu Power Generati on Cor porati on of China Huaneng Gr oup,Chaohu 230000,China ) Abstract:I ntegrated gasificati on combined circulati on (I GCC )power generati on syste m has many advantages in s ome as pects,such as in technol ogy,economy,envir onment p r otecti on and s o on,the paper intr oduced t o its classificati ons,and the perf or mance calculati on and para meter analysis of f our kinds of I GCC po wer genera 2ti on syste m with air gasificati on type were done,and the relati onshi p bet w een efficiency of power supp ly and inlet te mperature of gas turbine was gained . Key words:integrated gasificati on combined circulati on (I GCC );coal gasificati on;power generati on syste m;perfor mance analysis 目前,整体煤气化联合循环(I GCC )燃煤发电系统效率高、污染小,是一种洁净、高效的燃煤发 电技术[1-3] 。下面对不同型式的I GCC 发电系统进行分类和分析,并对四种不同型式的空气气化的I GCC 发电系统进行性能计算和参数分析 。 图1 氧气气化的I GCC 系统 图2 空气气化的I GCC 系统 1 整体煤气化联合循环(I GCC )系 统的分类 根据I GCC 系统气化炉型式和粗煤气净化系 统不同可以分为不同的型式。当I GCC 系统采用 收稿日期:2006-05-23 作者简介:白玉峰(1969-),男,1995年毕业于上海电力学院热能动力工程专业,硕士学位。 — 152—第28卷 第4期 黑龙江电力 2006年8月
整体煤气化联合循环技术发展现状及展望 摘要：随着国内经济科技的迅速提高，人们对于能源的需求越来越大。其中对于电力资源的需求增长尤为迅速。我国在不断地努力满足现代人民生活生产需求的同时也在不懈的寻找最洁净环保的发电方式。在此之中取得了一系列突破性的成果。我国是一个贫铀国家大规模发展核电受到制约，因此在相当长的一段时间内还是要以煤发电为主。由此研究和改善现有煤矿发电技术就显得尤为重要。在诸多煤矿发电技术中整体煤气化联合循环是我国也是全世界立足研究的一个重要课题。整体煤气化联合循环发电技术既具有联合循环的高效率，又解决了燃煤发电带来的环境污染问题，以其高清洁的优越性能受到普遍关注，成为新一代燃煤发电方式的首选技术之一。 Abstract: with the rapid increase of domestic economy, science and technology, people's energy needs more and more. Among them for power resource demand growth is particularly fast. Our country in constant efforts to meet the production requirements of the modern people's life and also in unremitting find the most environmental clean way of generating. In a series of the achieved breakthrough results. Our country is a depleted uranium large scale development countries nuclear power be restricted, so in a long time or to give priority to coal to produce electricity. This study and improve current power generation technology coal mine are particularly important. In many coal mine in power generation technology integrated gasification combined cycle is our country also is the world based on an important task. Integrated gasification combined cycle power generation technology has both the combined cycle of high efficiency, and solves the coal-fired power brings pollution problems, with its GaoQingJie predominant performance been paid more attention to, as a new generation of coal-fired power the first selection of means technical one. 关键字：空气分离技术，煤的气化技术，煤气的净化技术，燃气一蒸汽联合循环技术，系统的整体化技术 Key word: air separation technology, coal gasification technology, gas purification technology, gas a steam combined cycle technology, system integration of technology 正文： 整体煤气化联合循环是把高效的联合循环和洁净的燃煤技术结合起来的先进发电技术，为当今世界能源动力界关注的一个热点。整体煤气化联合循环（IGCC）是把高效的联合循环和洁净的燃煤技术结合起来的先进发电技术，为当今世界能源动力界关注的一个热点。中国煤炭和水力资源丰富：巳探明的煤炭储量约10000Gt，占常规能源储量的90%以上；可开发的水能资源达379GW，居世界第一。石油、天然气相对少：石油总资源量为94Gt，天然气资源为381TM3。农村生活用能以生物质能为主。 表一：国内一次能源供应预测
SCGP（壳牌）煤气化工艺 1、SCGP（壳牌）煤气化技术简介。 1.1工艺原理。 SCGP壳牌煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很高，在有氧存在的条件下，碳、挥发分及部分反应产物（H2和CO等）以发生燃烧反应为主，在氧气消耗殆尽之后发生碳的各种转化反应，即过程进入到气化反应阶段，最终形成以CO和H2为主要成分的煤气离开气化炉。典型的SCGP煤气成分见表1。 1.2工艺流程。 目前，壳牌煤气化装置采用废锅流程，废锅流程的壳牌煤气化工艺简略流程见图1。 原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机，在磨煤机内将原料煤磨成煤粉（90％＜100μm）并干燥，煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给料仓，由高压氮气或二氧化碳气将煤粉送至气化炉煤烧嘴。来自空分的高压氧气经预热后与中压过热蒸
汽混合后导入煤烧嘴。煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应。气化炉顶部约1500℃的高温煤气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900℃左右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量后的煤气进入干式除尘及湿法洗涤系统，处理后的煤气中含尘量小于1mg／m3送后续工序。 湿洗系统排出的废水大部分经冷却后循环使用，小部分废水经闪蒸、沉降及汽提处理后送污水处理装置进一步处理。闪蒸汽及汽提气可作为燃料或送火炬燃烧后放空。 在气化炉内气化产生的高温熔渣，自流进入气化炉下部的渣池进行激冷，高温熔渣经激冷后形成数毫米大小的玻璃体，可作为建筑材料或用于路基。 1.3技术特点。 1.3.1煤种适应性广。 SCGP工艺对煤种适应性强，从褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用，也可将2种煤掺混使用。对煤的灰熔点适应范围比其他气化工艺更宽，即使是较高灰分、水分、硫含量的煤种也能使用。 1.3.2单系列生产能力大。 煤气化装置单台气化炉投煤量达到2000t/d以上，生产能力更高的的煤气化装置也正在建设中。 1.3.3碳转化率高。 由于气化温度高，一般在1400～1600℃，碳转化率可高达99％以上。 1.3.4产品气体质量好。 产品气体洁净，煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO＋H2体积分数达到90％以上。 1.3.5气化氧耗低。 与水煤浆气化工艺相比，氧耗低15％～25％，可降低配套空分装置投资和运行费用。 1.3.6热效率高。
整体煤气化联合循环发电（IGCC） 目录 一、整体煤气化联合循环的工作过程………………………… 二、整体煤气化联合循环的特点……………………………… 三、整体煤气化联合循环的发展……………………………… 四、在整体煤气化联合循环的主要设备……………………… 五、整体煤气化联合循环的发展趋势………………………… 六、对我国发展IGCC技术的若干启示………………………
一、整体煤气化联合循环的工作过程 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，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，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图： 二、整体煤气化联合循环的特点 IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经
过除尘、脱硫等净化工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。 IGCC发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。 1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。 2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。 目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。 3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。 5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。 三、整体煤气化联合循环的发展