燃气轮机及联合循环

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1、1燃气轮机及联合循环燃气轮机及联合循环2IGCC与PFBC的研究、开发现状及其最新技术和发展趋势3IGCC 技 术4IGCC发电技术的发展过程(1)走向21世纪的世界电力工业，面临着电力需求持续增长、环保法规日益严格、资源越趋短缺的严峻挑战。各国都在积极寻求高效率、低污染的发电方式，以适应资源、环境和经济协调持续发展的要求。七十年代的石油危机对全世界的能源和电力市场产生了重大影响，人们对煤炭的重要地位又有了新的认识。全球煤炭资源占化石燃料的70以上，燃煤发电势必成为一种主要的和长远的发电方式，因而开发和采用洁净煤发电技术已经成为共识，包括 IGCC、PFBCCC在内的新型洁净煤发电技术得到了很

2、大的发展，显示出了强大的生命力。5IGCC发电技术的发展过程(2)IGCC发电技术把洁净的煤气化技术和高效的燃气一蒸汽联合循环发电结合在一起，既有很高的发电效率，又有极好的环保性能。因而成为极有发展前途的一种燃煤发电技术。IGCC技术的发展经历了概念性验证阶段和商业示范阶段，正在走向商业化应用。概念性验证阶段始于本世纪七十年代初期，1972年德国在Len建成了世界上第一座IGCC示范装置，自1972年投入试验运行后遇到了一系列问题。该装置最终于1979年被迫停运。6IGCC发电技术的发展过程(3)第一座完整地进行了 IGCC示范运行的当属 1984年建成的美国 Cool Water电站。从 1

3、984年至1989年累计运行 27100小时，达到了预定的目的。彻底解决了燃煤电站污染严重的问题。Cool Water电站实际的污染物排放量远远低于美国国家标准，被誉为“世界上最清洁的燃煤电站”。 Cool Water电站的运行结果不仅证实了IGCC发电在技术上是完全可行的，并且具有足够高的运行可用率和负荷因素，使IGCC成为了一种世界公认的先进的、实用的洁净煤发电方式。Cool Water电站示范的成功大大促进了世界范围内研究、采用 IGCC发电技术的热情。7IGCC发电技术的发展过程(4)在80年代后期和90年代初欧美一些国家又相继计划并建造了一批商业容量的示范电站，将IGCC的发展推进到

4、了商业性示范的阶段。在这一阶段中，通过工艺、设备和系统的优化，大大提高了IGCC的性能，特别是单机容量及其供电效率。在这一时期中建设的示范电站采用了多种气化技术，包括：分别采用水煤浆供料或干煤粉供料、氧气气化的气流床气化工艺，干法供料、空气气化的流化床气化工艺，干法供料、氧气气化的固定床气化工艺等。在煤气净化工艺上基本上还都采用湿法常温的净化技术，但部分项目已采用了一定程度的干法净化工艺。在系统上也进行了煤气显热回收、蒸汽系统整体化和空分系统整体化的种种不同优化。由于上述各种改进，这一时期设计和建设的示范电站供电效率一般在40至45的范围内。8IGCC技术发展的三个阶段从IGCC技术发展的角度

5、看，美国能源部的有关研究机构根据IGCC系统中各项主要技术的发展水平，将IGCC技术的发展划分成三个阶段。即所谓的第一代、第二代和第三代IGCC。关于各个阶段的主要技术特征列于下表。9第一代 IGCC技术以Cool Water电站为代表，采用水煤浆供料，湿法常温的煤气净化工艺、较低温度的燃气轮机（GE 7E型透平前温1085）和单压的蒸汽系统，蒸汽参数也相应较低。因此，机组的供电效率仅31.2%。10第二代 IGCC技术以美国Tampa电站和荷兰Buggenum电站为代表。这两座电站分别采用了水煤浆供料和干煤粉供料，湿法常温的煤气净化工艺配合一定程度的干法净化，采用了更先进的燃气轮机和多压的蒸

6、汽系统、再热式汽轮机，此外在煤气显热回收、空分装置的配置（整体化程度、氮气回注）等方面进行了优化，最终使这两座电站的供电效率分别达到41或43%。在九十年代其他各国设计和建造的IGCC电站原则上均属于第二代技术。11第三代 IGCC技术的特点进一步提高气化炉的转换效率。采用干法供料和较低的气化温度，有利于提高气化炉的热煤气效率，从而提高IGCC装置的净效率。采用干式高温煤气净化，包括干式高温除尘和脱硫。如果煤气能在500600的温度下进行净化，可以使煤气显热得到更有效的利用，从而提高IGCC装置的整体效率。采用更加先进的燃气轮机。自八十年代后期以来，燃气轮机技术发展非常快，随着叶片材料和冷却技

7、术的改进，透平前温不断提高。美国GE公司的H系列燃气轮机透平前温计划将达1427。单机容量也将进一步加大，欧洲也在研制相应等级的燃气轮机。采用这类燃气轮机的IGCC装置净效率可超过52。采用更先进的燃煤技术，使NOx的排放进一步降低。采用更高参数和更为优化的蒸汽系统。采用多压的余热锅炉和再热式蒸汽轮机，将使IGCC系统的蒸汽部分的参数得到更好的优化，提高整体能源利用效率。12二、三代 IGCC技术的技术经济比较第三代IGCC无论在技术性能和经济指标上都较第二代有大大的提高。90年代设计和建造的大多数IGCC示范项目属于第二代的范围。预计到2010年左右达到第三代IGCC技术水平是完全有可能的。

8、13IGCC发电装置及其系统、在商业电站中的应用14Cool Water IGCC示范电站美国Cool Water IGCC示范电站是美国IGCC的先驱，也是世界上公认的真正试运成功的IGCC电站。位于美国加利福尼亚州的Daggett，南加州爱迪生电力公司的原Cool Water电厂附近，该厂建成于 1984年5月。Cool Water电站采用以水煤浆为燃料的Texaco气化炉，一台 GE7E型燃气轮机，燃气初温为1085，额定功率65MW。燃气轮机排气进入余热锅炉，产生8.62MPa、510的蒸汽，供给额定功率为55MW的汽轮机。示范电站发电毛出力为120MW，净出力为100MW，其工艺流程

9、如下图所示。15Cool Water IGCC示范电站工艺流程图湿式磨煤机水煤浆 +纯度为99.5的氧气气化炉膛（4.2MPa，12001538下）合成煤气（成分为H2、CO、CO2和水蒸汽）。处于熔融状态的灰+高温煤气辐射式冷却器。在底部水室中变成玻璃状颗粒的渣+煤气。煤气进入对流式冷却器，在冷却器中产生约11MPa的饱和蒸汽。该饱和蒸汽在余热锅炉中过热后成为汽轮机主蒸汽的一部分。经冷却后的煤气进入煤气净化系统。通过水洗涤器，清除掉大部分细颗粒质点。煤气进一步冷却到 37.8后进入脱硫装置，脱除煤气中98以上的H2S和部分COS。分离出来的H2S送到硫回收装置，转化成纯度为99的元素硫，可作

10、商品出售。最后尾气进入焚烧炉燃烧，排入大气的废气中仅有极少量的SO2。干净煤气在供燃气轮机使用以前通过煤气饱和器，使煤气中的水蒸汽含量达到饱和状态，以此降低燃气轮机燃烧室中的火焰温度，从而降低 NOx的生成量。气化所需的氧气由空气分离装置供给。16Cool Water IGCC示范电站的效益Cool Water电站自 1984年6月首次整机试运，到 1989年结束共历时4年半，累计运行27100小时，共气化煤110万吨（干煤），发电28亿千瓦时。在1987年7、8、9三个月中，该机组的负荷率曾达到 88.7、85.4和96.7。证明IGCC发电技术具有足够高的运行可靠性，能满足电力工业对发电设

11、备的基本要求。机组还进行了耗煤量从400t/d到 1200t/d的变负荷适应性试验，在负荷变化20的范围内能满足每分钟负荷变化5%的速率要求。也进行过甩全负荷试验，机组能稳定在带厂用电（包括空分）的工况下运行。在IGCC系统中，由于用于燃气轮机的合成煤气进行了相对彻底的净化，并在燃烧过程中采取了控制 NOx生成的措施，所以 IGCC电站具有非常优越的环保性能。IGCC的余热锅炉排气中CO含量也很低，IGCC发电技术相当彻底地解决了燃煤电站污染严重的致命弱点，能很好满足本世纪日益严格的环保要求。 Cool Water电站当时被誉为世界上最清洁的燃煤电站。17荷兰Demkolec IGCC 示范项