锅炉｜最干净的燃煤锅炉

IGCC（整体煤气化联合循环）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。

第一部分的主要包括:煤气化系统、煤净化系统(包括硫的回收装置)和空分系统等;第二部
分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉和蒸汽轮机发电系统。

典型的IGCC发电系统工艺过程如下: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做功, 燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水, 产生过热
蒸汽驱动蒸汽轮机做功。

利用高压煤气化技术生产合成煤气, 以取代天然气作为燃料, 是发展IGCC技术的一个重要内容。
目前IGCC采用的气化炉主要有三种型式:喷流床、流化床和固定床。

它们各有优缺点。对发电用途的气化炉, 主要要求是高的碳转化率和冷煤气效率、大容量(尽可
能做到单炉电站)以及与发电设备运行的匹配性好等。

(1)喷流床气化炉

a、 采用高压纯氧和富氧氧化的喷流床气化炉, 单炉容量最大(2000 ～ 3000t/d), 且由于反应
温度高达1500 ～ 2000 ℃, 碳的转化率很高(97%以上), 特别是干法供煤并采用未反应炭粒再
循环措施时。

b、 采用水煤浆供料喷流床的气化炉。

(2)固定床气化炉, 由于煤在炉内停留时间很长, 反应温度也高,因而碳的转化率最高, 可达
99.5%, 但煤气的生产能力最低, 不能满足电站大型化需要, 且含焦油、酚类数量多, 难以
处理。

(3)流化床气化炉,碳的转化率仅91% ～97%, 比前两种要低很多。另外, 以空气做为气化剂时,
可省去复杂空分系统, 但煤气热值低, 不利于燃烧, 且气化炉容量小, 不利于电站大型化;而采用
纯度高的氧气要比用空气为气化剂时冷煤气效率高, 但却增大了厂用电率, 这要综合考虑。

从气化炉产生的粗煤气含有大量有害杂质,无法满足燃气轮机安全可靠运行和环保法规的要
求, 必须预先净化处理, 以除去粗煤气中的硫化物、粉尘、氮化物以及碱金属与卤化物等有
害物质。

现多采用常温湿法除尘脱硫工艺, 相对成熟。由于在净化前, 先要将高温煤气冷却降温, 虽然
可以回收部分煤气显热, 但由于能量的品位降低, 必将影响到IGCC整体的效率。

因此, 人们正致力于研究开发高温干法脱硫技术, 它与煤气低温净化技术相比能使IGCC的
净效率提高0.7 ～ 2.0个百分点。

为了供给气化炉所需的纯氧或高浓度富氧的气化剂, 需设置制氧空分系统。

对于不同空分系统利用不同的压力等级(高压或低压), 但目前对各种压力等级空分系统大多采
用深度冷冻方法分离空气以制取氧气。

如对独立空分系统, 常用低压(0.6 MPa)流程, 一般需把空气冷却到-172℃左右才能进入制氧
过程。由于空分系统中氧气和氮气的压缩耗功很大, 采用上述常规空分工艺流程的IGCC的
厂用电耗率较高, 因此人们正在研究使液氮和液氧先增压, 后气化的空分制氧流程。

IGCC中空分系统和燃气轮机系统组成的空气侧系统的整体综合优化对IGCC系统的热力性能、
投资费用以及运行可靠性等都有很大影响。从空分系统的空气来源看, 空气侧整体化有独立空
分、完全整体化和部分整体化三种一体化方式。

独立空分会使厂用电率增大, 但它运行灵活;完全整体化方式的厂用电率低, 但运行不灵活。随
着IGCC空分整体化程度的提高, IGCC的经济性也相应提高, 但是完全整体空分方式IGCC运行
的灵活性却受到限制。因此, 目前IGCC电站较多倾向于采用部分整体化方式。

性能先进的IGCC离不开高效率的蒸汽底循环, 余热锅炉和蒸汽轮机系统不可避免要与煤气化、
净化系统等进行质量、能量交换, 因此IGCC蒸汽系统的联结、匹配与优化要比一般的联合循
环复杂得多、也重要得多。

为了充分地吸收各子系统的余热、废热, 目前IGCC系统中, 一般根据燃气轮机排气温度, 合理
地选择蒸汽循环流程, 当燃气轮机排气温度T4低于538 ℃时, 不采用再热循环方案;当高于
580 ℃时, 采用多压再热方案。

另外, 一般不从汽轮机排汽加热给水, 同时尽可能提高蒸汽初温和初压, 如Buuggenum电站采
用双压再热方案(12.9 MPa/511℃, 2.9 MPa/511℃)。

随着燃气轮机初温的提高, IGCC中蒸汽循环完全有可能采用更高蒸汽参数, 现在有学者在研究
设计亚临界、甚至超临界的IGCC蒸汽系统。