李偉 陳文福 王偉臣 劉衛(wèi)平 張宇 張應(yīng)田

（1天津電力調(diào)度通信中心，天津市，300010；2天津電力科學(xué)研究院，天津市，300384）

引言

全球氣候問題越來越引起人們的高度關(guān)注，以低能耗、低排放、低污染為特征的“低碳經(jīng)濟”成為全球政治經(jīng)濟博弈的熱點。我國電力供應(yīng)主要以煤電為主，為降低煤煙型污染，大力發(fā)展燃煤技術(shù)是提高煤炭使用效率、減少污染、經(jīng)濟可行的研究方向。IGCC發(fā)電技術(shù)既具有聯(lián)合循環(huán)的高效率，又解決了燃煤發(fā)電帶來的環(huán)境污染問題。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

198 4年美國Cool Water工程是世界上第1個正式運行成功的完整的IGCC電站，總?cè)萘繛?00 MW。1987年由DOC化學(xué)公司在美國路易斯安那州建成投運的LGT 1 IGCC示范電站，容量為160 MW。這2個示范電站的試運成功，使專家們堅信原煤經(jīng)氣化、脫硫、凈化制成合成氣后，作為先進的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中的潔凈燃料是一條可行的、高效節(jié)能、低污染的潔凈煤發(fā)電途徑。

目前，世界上已投入商業(yè)運行的250 MW以上的IGCC電站有美國的Wabash River(260 MW)和Tampa(250 MW)、荷蘭的Demkolec(253 MW)和西班牙的Puertollano(300 MW)等5座。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

IGCC現(xiàn)已具備一定商業(yè)發(fā)電規(guī)模，擁有趨于成熟的工業(yè)化優(yōu)勢，有望成為煤電的主要形式。為了適應(yīng)“低碳環(huán)?！钡男枰?，也為了我國提高煤電的發(fā)電效率，國家三部委于“八五”期間成立了IGCC專家小組，有計劃的安排IGCC研究課題，為IGCC技術(shù)設(shè)備的國產(chǎn)化打下基礎(chǔ)。

華能天津IGCC電廠是世界上第六座、國內(nèi)第一座250 MW級的IGCC示范電站，它的投產(chǎn)，標志“綠色煤電”在中國正式起航！

2 工藝流程介紹

IGCC是把煤氣化和燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)有機集成的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。在IGCC系統(tǒng)中，煤碳經(jīng)過氣化變成中低熱值煤氣，經(jīng)凈化處理后，通過除掉煤氣所含有的硫化物、氮化物、粉塵等雜質(zhì)，變成干凈的氣體燃料，送入燃氣輪機中，在燃燒室里進行燃燒，煤氣燃燒后驅(qū)動燃氣透平做功發(fā)電，利用高溫排氣在余熱鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪機做功發(fā)電。其原理圖如圖1所示。

3 華能天津IGCC機組變負荷能力分析

對于IGCC機組的變負荷能力，需要分析各裝置的變負荷能力。同時，IGCC發(fā)電機組在變負荷運行工況下，系統(tǒng)將會受到氣化裝置、空分裝置等設(shè)備安全穩(wěn)定運行能力的限制。

圖1 IGCC原理示意圖

3.1 空分裝置變負荷情況分析

空分裝置采用安全低壓、透平膨脹、氮水遇冷、分子篩吸附、內(nèi)壓縮（液氧）的工藝流程。華能天津IGCC項目空分裝置采用開封空分集團有限公司的46000Nm3/h空分設(shè)備，裝置的負荷可調(diào)整范圍在75%～105%之間。但在較低負荷運行時，由于大型空氣壓縮機電耗較高，極不經(jīng)濟。對于空分裝置，在國內(nèi)主要在化工裝置上，對空分裝置的變負荷要求只是匹配后續(xù)裝置出力即可，無變化率要求，且變負荷過程通過手動來完成。對于熟練操作工人，空分的變負荷能力一般為0.25%～0.5%。

3.2 氣化裝置變負荷情況

煤氣化裝置是以煤為原料，將煤轉(zhuǎn)化為合成氣的裝置。華能IGCC項目氣化技術(shù)采用國內(nèi)自主開發(fā)的兩段式干煤粉氣化技術(shù)。氣化裝置在設(shè)備設(shè)計時候已經(jīng)考慮了設(shè)備變負荷能力，可以長期在較低負荷下運行，其負荷可以在50～110%范圍內(nèi)進行調(diào)整，負荷調(diào)節(jié)速率可以達到2%分鐘。

3.3 凈化裝置變負荷情況

根據(jù)兩段式干煤粉氣化裝置制出的合成氣壓力高、硫含量高、氣量大的特點，凈化裝置采用MDEA工藝。MDEA對H2S有良好的選擇性，穩(wěn)定性好、蒸汽壓力低、溶劑損失小、凈化裝置負荷可以在50～110%范圍內(nèi)進行調(diào)整，負荷調(diào)節(jié)速率可以達到2%/分鐘。

3.4 聯(lián)合循環(huán)裝置變負荷情況

根據(jù)西門子公司技術(shù)資料，燃汽機組適用于低熱值煤氣，負荷調(diào)節(jié)速率可達3-5%分鐘，在不投油助燃的經(jīng)濟情況下，為維持機組穩(wěn)定運行，負荷應(yīng)至少維持在50%以上。

3.5 機組變負荷運行的建議

根據(jù)以上分析，各部分的負荷調(diào)整性能如下：空分裝置為0.25～0.5%；氣化裝置為2%分鐘，凈化裝置為2%分鐘，聯(lián)合循環(huán)3-5%分鐘，且空分裝置最低運行負荷為75%以上。因此，本工程的負荷調(diào)節(jié)能力主要取決于空分裝置變負荷速度，即華能天津IGCC機組運行方式受空分裝置變負荷率的限制。當(dāng)機組負荷在75-100%之間調(diào)整，空分裝置在手動調(diào)整的情況下，變化率可以達到0.25-0.5%/分鐘，但由于IGCC系統(tǒng)工藝路線長，空分系統(tǒng)處于整個工藝的首段，即便實現(xiàn)0.25-0.5%/分鐘負荷變化率，延遲也是很大的。因此，現(xiàn)階段此機組適合帶基本負荷運行。

4 結(jié)論

華能天津IGCC示范電站機組變負荷能力范圍小、變負荷速率慢，根據(jù)華能天津IGCC機組的特性，目前該機組雖具備投入AGC能力，但AGC調(diào)整模式暫定為BLO（嚴格跟蹤基點模式）。且得出以下結(jié)論：

1、空分系統(tǒng)是IGCC機組變負荷速率慢及變負荷能力差的主要原因，可以效仿荷蘭Demkolec電站，再引進一套50%容量的獨立空分系統(tǒng)作為備用，這樣不僅提高變負荷速率，提高機組調(diào)峰能力，而且開車靈活、控制簡單、可靠性高，是目前解決華能天津IGCC機組調(diào)峰能力差的可行方法之一。

2、加快新技術(shù)的研究，通過對氣化技術(shù)改進，使空氣成為氣化劑，這樣就可以省去空分系統(tǒng)，直接由空氣參與氣化反應(yīng)，從而擺脫空分系統(tǒng)對IGCC機組的約束和限制。而且省去空分系統(tǒng)后，可以大大降低廠用電率，降低發(fā)電成本，提高經(jīng)濟效益；減少空分系統(tǒng)后，設(shè)備投資相應(yīng)降低，使IGCC建設(shè)投資費用更接近于常規(guī)火電，利于今后IGCC技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3、引入天然氣作為備用起源，當(dāng)合成氣不能正常提供時，切換天然氣作為燃料，保證對電網(wǎng)供電；當(dāng)電網(wǎng)需要IGCC機組快速漲出力時，可適當(dāng)補充天然氣作為燃料，以滿足電網(wǎng)需求。

4、電網(wǎng)公司不斷完善相關(guān)經(jīng)濟獎勵、補償規(guī)定，對參與電網(wǎng)調(diào)峰、為電網(wǎng)做出貢獻的機組進行經(jīng)濟補償，促進并幫助華能天津IGCC電站進行技術(shù)創(chuàng)新與改造，提高機組調(diào)峰能力，以更好地為電網(wǎng)服務(wù)，取得更大的經(jīng)濟效益，為IGCC技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1、趙東旭.我國IGCC發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及政策建議.電力技術(shù)經(jīng)濟,2007,Vol.19(6):40～43.

2、徐強,曹江等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）特點綜述及產(chǎn)業(yè)化前景分析.鍋爐技術(shù)，2006，Vol.37(6):1～9.

3、徐彤，王新雷.促進IGCC發(fā)電技術(shù)在我國發(fā)展的建議.研究與探討,2010,Vol.32(9):25～27.

4、王宇,黃小平.IGCC原理及其可靠性分析.石油化工設(shè)計,2010,Vol.27(3):51～54.

5、戚利利,張忠孝等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)動力島及系統(tǒng)特性研究.潔凈煤技術(shù),2010,Vol.16(5):68～72.