整體煤氣化聯(lián)合IGCC電站環(huán)境影響的評(píng)價(jià)研究

魏柏巖，周李軍

中國(guó)化學(xué)工業(yè)桂林工程公司南寧分公司，廣西 南寧 530022

在未來(lái)的相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)將仍然以燃煤發(fā)電為主，為實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)的各大電力公司將共同發(fā)起實(shí)施以及推廣以煤氣化制氫、氫氣輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及燃料電池發(fā)電為主，進(jìn)行二氧化碳分離以及處理的煤基地能源系統(tǒng)。這種整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)可以大幅度的提高煤炭的發(fā)電率，在我國(guó)節(jié)能減排計(jì)劃中有著重要的意義以及戰(zhàn)略地位。

1 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電環(huán)境影響評(píng)價(jià)的特點(diǎn)

1.1 工作原理

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是由兩大部分組成，也就是煤的氣化與凈化部分和燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電部分。煤的氣化與凈化部分主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電部分主要包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。從工藝流程來(lái)看，循環(huán)發(fā)電的主要工藝過(guò)程有：煤經(jīng)過(guò)氣化成為中低熱值的煤氣，接著經(jīng)過(guò)凈化除去煤氣中的硫化物以及氮化物、粉塵等污染物，使之變?yōu)榍楣?jié)的氣體燃料，這種清潔氣體燃料燃燒以后，加熱氣體工質(zhì)驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶鞴Γc此同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。

1.2 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的環(huán)保性能

IGCC技術(shù)能夠把高效的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)以及潔凈的煤氣化技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，在高發(fā)電率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)保的特性，這種潔凈的煤發(fā)電技術(shù)在當(dāng)前節(jié)能減排的大環(huán)境下是很有發(fā)展前途的。這種技術(shù)下，污染物的排放物的量是常規(guī)的燃煤電站的1/10，脫硫技術(shù)可以達(dá)到99%，二氧化硫的排放大約是25mg/Nm3，而當(dāng)前國(guó)家二氧化硫是100mg/Nm3，氮氧化物的排放只有常規(guī)的燃煤電站的15%左右，并且耗水也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)的電站。除此之外，IGCC電站效率已經(jīng)可以達(dá)到42%～46%，甚至有的可以達(dá)到50%，燃煤以后，固體廢物大大的減少，并且脫硫過(guò)程可以得到副產(chǎn)品硫或者是硫酸。IGCC技術(shù)以氣化為核心，與燃料電池多聯(lián)產(chǎn)結(jié)合，目標(biāo)是接近零排放，是下一代潔凈煤發(fā)電技術(shù)的典型。

1.3 存在的問(wèn)題

系統(tǒng)的可靠性以及可利用性需要進(jìn)一步提高。另外，這種技術(shù)系統(tǒng)較普通電站來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，包括發(fā)電以及化工兩個(gè)方面，各自的技術(shù)水平就很高，還要與此同時(shí)將兩個(gè)系統(tǒng)耦合起來(lái)，這就需要設(shè)計(jì)的優(yōu)化以及運(yùn)行的管理，需要將性能進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。除此之外，燃料的靈活性不夠也是其缺點(diǎn)之一，而且就成本來(lái)言，IGCC單位造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的帶煙氣凈化裝置的蒸汽循環(huán)煤粉爐電廠。

2 整體煤氣化循環(huán)發(fā)電凈化系統(tǒng)的要求

2.1 氣化爐

IGCC系統(tǒng)是各種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)比較復(fù)雜，其中，氣化爐、燃?xì)廨啓C(jī)以及合成氣凈化裝置是IGCC系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，影響著整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率以及環(huán)保性能。

氣化爐主要包括噴流氣化爐、流化床氣化爐以及固定床氣化爐。IGCC系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)與簡(jiǎn)單的天然氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)中使用的燃?xì)廨啓C(jī)有著很大的區(qū)別。其中，噴流床是目前IGCC中最常使用的氣化爐，氣化爐的壓力為20bar～60bar，所用的顆粒小于100μm的煤粉，與此同時(shí)采用氧、富氧、空氣以及水蒸氣作為氣化劑。在高溫氣化以后，煤氣中的主要成分是CO、H2、CO2以及水蒸氣，離開(kāi)氣化爐的時(shí)候，溫度可以達(dá)到1200℃～1400℃，高于灰的軟化溫度。為了防止熱煤氣中軟化了的粘性飛灰將余熱鍋爐堵塞，就需要除塵以后的餓、冷煤氣增壓以后返送回煤氣爐的出口使之與熱煤氣混合。煤粉灰以飛灰的方式隨著熱煤氣，煤氣經(jīng)過(guò)除塵以及洗滌脫硫處理，成為潔凈的煤氣后，再送入煤氣室。

2.2 合成氣凈化系統(tǒng)

為了使進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的合成氣達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)的要求，另外，也從環(huán)保的角度出發(fā)，就必須對(duì)氣化爐出口的氣體進(jìn)行除塵以及脫硫。目前來(lái)講，商業(yè)運(yùn)行的IGCC系統(tǒng)都采用常溫濕法凈化系統(tǒng)以及高溫干法凈化系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行煤氣凈化。在經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器之前，要使煤氣粉塵的濃度降到1ppm以下，所以需要用旋風(fēng)分離器以及250℃的陶瓷過(guò)濾器進(jìn)行初級(jí)除塵，經(jīng)過(guò)除塵以后，將煤氣經(jīng)過(guò)HCN/COS水解器，將COS轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S，將HCN轉(zhuǎn)化為NH3，然后進(jìn)入MDEA脫硫裝置以及claus硫回收裝置進(jìn)行脫硫。在這以后，再進(jìn)行硫元素的回收，脫硫率可以達(dá)到94%。然而如果使用SCOT的話，可以使IGCC的供電系統(tǒng)的脫硫率達(dá)到97%以上。

另外，如果使用高溫干法萊凈化系統(tǒng)，能夠充分的利用粗煤氣的顯熱功能，使IGCC供電效率大大的提高；另外，在投資方面，因?yàn)闊o(wú)需建造復(fù)雜的廢水處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及熱回收系統(tǒng)，投資費(fèi)用會(huì)有所降低。但是就這種方法而言，目前沒(méi)有達(dá)到完全的成熟，缺乏實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)。除了設(shè)備的可靠性收到質(zhì)疑以外，脫硫所使用的脫硫劑以及催化劑在高溫下一、容易失活，價(jià)格較高導(dǎo)致成本的升高。

總之，整體煤氣化聯(lián)合IGCC電站技術(shù)特別適合我國(guó)的高硫煤，此外，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)石油燃料的需求的增大，國(guó)際油價(jià)的持續(xù)升高，IGCC技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景。

[1]吳楓，閆文艷，閻承信.關(guān)于開(kāi)發(fā)IGCC煤氣化裝置的探討[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2005(8).

[2]吳玉新，張建勝，岳光溪，等.采用簡(jiǎn)化PDF模型分析分級(jí)氣流床氣化爐的氣化特性[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008(9).

[3]魏欲曉.水煤漿氣化技術(shù)的發(fā)展與其面臨的問(wèn)題[J].煤炭工程，2004(10).