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我国的IGCC走到了哪一步?
IGCC主要包括煤气化、空气分离、合成气净化及联合循环发电四部分。华能IGCC电厂的核心设备是 “两段式干煤粉加压气化炉”,用于将煤炭制备成以一氧化碳为主要成分(含量约60%),氢气为次要成分(含量约25%)的燃料气体(合成气),通过燃气/蒸汽联合循环机组并网发电,同时配备了将合成气在燃烧前进行除尘和脱硫的净化装置,使最终烟气污染物排放达到或优于天然气发电的水平。
“我们是在燃烧前对合成气进行净化、脱硫,而常规电厂是在燃烧后脱硫。”华能IGCC电厂党委副书记杨瑞方对记者说,该厂在电力行业首次采用高温陶瓷过滤器干法除尘技术,粉尘排放浓度小于0.6毫克/立方米;燃烧前脱硫效率达99.9%以上,二氧化硫排放浓度小于0.9毫克/立方米;采用低硝控制技术,氮氧化物排放浓度小于50毫克/立方米。
“气化炉的温度达到1400~1600摄氏度,煤转换为合成气的效率就高,有效成分就多,同时污染少,经过高温分解后,很多高污染的物质就不存在了,剩下的主要是小分子的氢气和一氧化碳。”张旭对记者说。
目前国内煤炭清洁发电技术有三种流派,一种是提高常规燃煤机组的效率,主要方法是提高主蒸汽的温度,增强做功能力,是一个独立的朗肯循环,比如超临界、超超临界;另外一种是燃气和蒸汽联合循环,任何循环的做功能力都取决于做功气体初温有多高,超超临界的主蒸汽温度在600多摄氏度,而燃气轮机做功的透平前温度是1400摄氏度左右;第三个流派就是IGCC,先把煤气化,然后推动燃机做功,同时配备汽轮机余热发电,也就是“用煤做原料的燃气电厂”。
按照卡诺循环原理,把热能转化为机械能的效率与两个热源的热力学温度有关,高温热源的温度愈高,低温热源的温度愈低,则卡诺循环的效率愈高。因此,提高热机的效率,需要提高高温热源的温度和降低低温热源的温度。低温热源通常是周围环境,降低环境的温度难度大、成本高,是不足取的办法。现代电厂尽量提高水蒸汽的温度,使用过热蒸汽推动汽轮机,正是基于这个道理。
而华能IGCC电厂在这方面明显具有优势,该厂燃气轮机的透平前温度能够达到1200摄氏度,综合发电效率能够达到43%,发电煤耗达到290克/千瓦时,并且还有进一步提升的空间:一是目前该厂机组容量小,采用的是E级燃机,燃机温度还不够高,如果采用目前国内已经普遍使用的F级甚至H级燃机,温度可以达到1400摄氏度甚至更高;二是目前国内电厂一般都是两台机组同时建设,在设备启停特别是空分系统用能上,可以实现互补,IGCC商业化运行后,将优先考虑两台机组同时运行,将空分装置的用能由电能转为蒸汽,能大大降低厂用电率,总体发电效率会大幅提高。
除了自主知识产权的干煤粉气化炉外,华能还开发了IGCC系统集成、整机调试等关键技术,并获得工程验证。该厂除我国尚不能制造的燃气轮机外,其他主要设备均采用国产设备。
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