浅谈壳牌煤气化发电联产甲醇

温明发，刘艳梅

(1.大化集团大孤山热电厂，辽宁大连 116600；2.大连市产品质量检测研究院，辽宁大连 116021)



浅谈壳牌煤气化发电联产甲醇

温明发1，刘艳梅2

(1.大化集团大孤山热电厂，辽宁大连 116600；2.大连市产品质量检测研究院，辽宁大连 116021)

把荷兰壳牌煤气化技术和燃气蒸汽联合循环发电技术相结合(IGCC)，是煤炭资源洁净利用的新趋势、新方向。该技术不仅是近年来国内煤电行业的热门话题，同时也是化工行业比较关心的事情，在联产甲醇等化工产品的同时，也可向下游用户甚至国家电网提供电力。

壳牌煤气化；燃气蒸汽联合循环发电；联产甲醇；清洁高效

近年来，基于环保、能源安全、产业技术竞争的需要，先进的洁净煤发电技术逐渐成为了世界各国在能源领域的主要竞争热点。蒸汽煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，以下简称IGCC)发电是近年来煤电行业的热门话题，也是化工行业比较关心的事情。它实际上是煤气化、合成气做功、余热做工的工艺合成。所以它是一个工艺集成系统。

我国目前大部分电力来自于燃煤发电，尤其是福岛核电站的泄漏，使人们的眼光再次从核电向火电转移。当前，如何在煤电产业实现清洁、高效、综合利用是能否实现煤炭的现代化利用的关键所在。因此，我国必须从现在开始布局清洁煤电技术，整体煤气化联合循环(IGCC)技术被认为是目前最有发展前景的洁净煤发电技术，大大降低二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放。但是目前IGCC电站的投资费用高，运行经验还不够，可靠性、可用率还有待进一步提高。而煤基多联产，即将煤电与煤化工联合，发展煤基多联产IGCC发电工程模式。

在采用IGCC技术发电，既保留了IGCC环保、高效、清洁等特性，又可向下游用户提供电力、蒸汽、甲醇等化工产品，实现了煤炭清洁、高效综合利用发电并联产化工品，这正是该系统的优势所在。即电力与化工产品联产，系统更具经济性、实用性；而且由于多系统整合、涉及多种技术的集成优化而更具创新性、示范性、高端性。

1 IGCC煤气化联合循环发电系统简介

本文所讨论的煤气化联合循环(IGCC)发电系统，是将传统的壳牌煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。IGCC 的工艺过程如下：粉煤经制粉系统后，进入气化炉气化成为工艺气，经过低温甲醇洗，除去煤气中的硫化物、二氧化碳、粉尘等物质，变为清洁的工艺气，供到燃气轮机机组燃烧做功。燃气轮机的排气进入废锅加热给水，产生过热蒸汽驱动汽轮机做功， 如图1所示。

图1 IGCC煤气化联合循环发电系统

它由两大部分组成，第一部分：气化岛，即空分装置、煤气化装置、低温甲醇洗装置；第二部分：动力岛，蒸汽轮机以及发电机、余热利用锅炉、燃气轮机以及发电系统。

2 IGCC 的显著优势

表1 IGCC和煤直接燃烧技术排放比较(单位：g/kWh)

在气化炉的选择上，世界各学术界依然比较倾向于壳牌煤气化，原因如下：

1)壳牌气化炉气化后的工艺气中CO和H2的有效成分含量可达到90%以上，而且杂质含量较低。

2)壳牌气化炉的二代喷嘴以及水冷壁寿命较长，在国外电站累计运行 10 000 h以上未见损坏，气化炉的可用率已达到95% 以上。

3)由于壳牌U-1200单元采用固态悬浮进料，在制粉工艺中采用的是干燥磨煤制粉，气化过程的耗氧较少，而对于日投煤量相同的气化炉，壳牌气化炉所需的空分装置可比其他湿法进料的气化炉小20% 左右。

4)壳牌气化炉的U-1200加压输送系统与水煤浆相比，连锁保护以及操作也要严格得多。进料系统的V-1201的防爆和U-1205充气锥破损的问题频频出现，这是壳牌气化炉加压输送系统的缺点，但是生产的安全系数却是提高了很多。

5)还有一点就是壳牌气化炉采用4个烧嘴运行，易于在负荷波动较大的情况下运行，操作的弹性、灵活性较大。

3 联合循环发电与常规燃煤循环发电的比较

1)联合循环发电的热效率高。依据统计，上海外三发电厂的平均供电标煤耗每千瓦时为279 g，折算的平均供电效率为40%多，而联合循环180 MW等级发电厂，其热效率为已经达到50%左右。

2)完全满足环保要求。固态废物灰、渣基本零排放；燃烧效率高。当今，我国环保部门对污染物排放量的要求十分严格，火电厂纷纷上马烟气脱硫设备，其投资数额巨大，运行费高达每度电增加4分左右。

3)开停快速，调节便利。燃气轮机从启动到满负荷运行，还是峰值的调节时间都远远小于火力发电厂。

4)占地面积小。燃机电厂由于无需干煤棚、栈桥，以及电除尘、脱硫等系统，所以占地面积这方面和火力发电厂相比，优势较大。

5)耗水量少。燃汽轮机电厂可大幅度减少循环冷却水的供应。冷却水的简单循环只需3%～8%火电厂的用水量，联合循环也只有火电厂的30%左右。

6)投资小，建设周期短。

7)生产现场人员配置少。由于燃机电厂设备相对少，自动化程度高，主控和现场操作员可以减少许多。

4 结 论

IGCC系统是现代煤化工与洁净煤电集成发展的平台，它打破了行业界限，能实现化工、动力、电力等原本各自独立的生产过程的优化集成，涉及重大技术多、行业面广，集成创新性强，对于解决煤基能源格局可持续发展中的煤化工、清洁煤电以及相关支撑行业具有示范效应。可以说是保障能源安全、改善能源结构、实现节能减排、同时为现代煤化工和火力发电带来的重大技术融合式创新，它有如下优点：

1) 缓解了石油进口压力，有助于国家能源的战略安全。

2)较好的解决了污染排放问题，符合国家环境保护的国策，同时联产化工产品，生产配置更加合理。

3)满足未来减排二氧化碳的需要。

从产业角度看，煤基多联产是一个对化工产业、煤电行业、装备制造业都有积极推动作用的综合产业技术方案，将对相关产业的发展带来全新的机遇。

目前来看，我国已经成为世界最大的煤化工基地，而未来煤基能源系统的可持续健康发展还有很多技术路线需要优化、工程难题需要解决，并产生大量的相关装备、设备需求，而且，已经上马或规划以及潜在的煤基多联产行业未来将对资金、技术、装备、人才产生大量的需求，将带动相关领域的发展。

大型煤气化技术、以及煤气净化技术等重大关键技术工程在实践中不断优化，目前已经较为成熟，符合国内国际能源和环保政策，有着广泛的发展空间。

[1] 李祥苓.煤基多联产IGCC及CC火电技术替代常规火电技术可行性分析[J].中国电业(技术版)，2011(1)

[2] 史本天，郭新生，刘英萍，王璋.IGCC发电系统中煤气化工艺的选择[D].中国科学院上海冶金研究所材料物理与化学(专业) 博士论文，2000

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