2024年2月18日发(作者：)

国内外整体煤气化联合循环发电（IGCC）

发展概况及我国建设条件分析

赵 洁，赵 敏，谢秋野

中国电力工程顾问集团公司，北京 100011

Domestic and abroad development situation and conditions

analysis for the IGCC power plants

Zhao Jie, Zhao Min, Xie Qiu-ye

China Power Engineering Consulting (Group) Corporation, Beijing 100011

ABSTRACT:

An overview of the development situation and

tendency of IGCC power generation technology was proposed

in this paper. The necessity of constructing IGCC power plant

in China was discussed from the viewpoints, such as the

feature of energy structure, the requirement of environmental

protection, the water shortage and the capacity enlarging of

predominant units. Based on the key technologies

IGCC发电技术在我国的应用和发展。

关键词：火电厂；IGCC发电技术； 发展条件；关键技术

0 引言

整体煤气化联合循环（IGCC）是当今国际上最break-through and penetration of IGCC into the chemical

引人注目、具有发展潜力、代表21世纪发电技术发industry, combined with the equipment localization and IGCC

展方向的洁净煤发电技术。我国电力工业以燃煤为主application potential in domestic power market, a

的结构在相当长的时期内不会改变，随着我国经济的comprehensive analysis on the basic conditions for building

发展和环境保护要求的提高，发展循环经济，建设节IGCC power plants in China was analyzed in detail. It shows

约型社会，实现资源环境协调发展已成为我国经济建that the development conditions for IGCC technology are

设的基本国策，因此，尽快启动建设先进、高效、环mature, and it’s time to rapid the application and development

保指标优越的IGCC洁净煤发电项目是十分必要的。

of this technology in China.

1 IGCC发电技术特点

IGCC发电技术把煤炭气化和煤气净化技术与联合循环发电技术结合在一起，具有以下明显特点：

（1）发电热效率高。目前国际上IGCC电站的净效率最高已达到43%以上，比常规亚临界燃煤电站效率高5～7个百分点，有望达到45%～50%。

（2）优越的环保特性。IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低、效率较高，其各种污染物排放量都远远低于国际上先进的环保标准，能满足严格的环保要求。如：IGCC机组的脱硫效率可达99%，SO2排放总量比常规煤粉炉低很多，SO2排放浓度在含硫3%时也可达到25 mg/m3，并可回收单质硫；采用燃气轮机氮气回注方式，可将NOX排放浓KEY WORD: coal-fired power plant, IGCC power

generation technology, developing condition, key technology

摘要：对目前国外IGCC发电技术发展及应用情况，建设和发展趋势等作了概要介绍；从我国能源结构特点、环境保护需要、水资源短缺、电网主力机组容量等方面对我国建设IGCC电厂的必要性进行了论述；根据IGCC发电核心技术进入中国化工行业及科研单位对IGCC发电核心技术研究的突破、IGCC国内设计能力、设备制造本地化、IGCC发电技术在我国电力市场的应用潜力及发展现状等方面的情况，对我国建设IGCC电厂的基础条件进行全面分析，认为目前我国发展IGCC发电技术的条件已基本成熟，应加快

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度控制在约为50mg/m3；经过常规湿法除尘后的粉尘排放可以达到10mg/m3以下，粉尘排放与天然气的联合循环相当；IGCC电厂所采取的这些净化工艺过程不需要价格昂贵的催化剂，而且不会造成二次污染。因此，IGCC发电技术优越的环保特性是其他燃煤发电技术（如USC+FGD+DeNOX、CFB和PFBC等）所无法比拟的。

（3）燃料适应性广。IGCC发电技术可以燃用那些储量丰富、限制开采的高硫煤，既可以有效利用资源，又可以节约燃料成本。

（4）节水。由于IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比同容量常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2。

（5）可以实现多联产。IGCC项目本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，从而使IGCC项目具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。

（6）为较经济地去除CO2创造条件。在IGCC发电系统中，通过对合成煤气中CO转换并进行CO2脱除，可实现CO2零排放，是目前现有发电技术减排温室气体最可行、最经济的方法。

2 国外IGCC发电技术发展概况

2.1 IGCC发电技术发展及应用情况

国外对IGCC发电技术的开发和研究始于20世纪70年代。1972年在德国建成的Lünen IGCC电厂和1984年在美国建成的Cool Water电厂，是2座成功地利用煤作为燃料、气化后发电的实验电厂。

20世纪90年代，在世界范围内先后建成了10余座IGCC电厂，其中规模最大，比较典型的4座以煤为燃料具有一定规模（250～300MW）的IGCC电厂分别是：荷兰Buggenum电厂，1994年建成总功率为285MW IGCC机组，采用Shell气化炉；美国Wabash

River电厂，1995年建成总功率为297MW IGCC机组，采用E-Gas(Destec)气化炉；美国Polk电厂，1996年建成总功率为313MW IGCC机组，采用Texaco气化炉；西班牙Puertollano电厂，1997年建成总功率为335MW IGCC机组，采用德国Prenflo气化炉。以上4座电厂投入运行后的十几年中经过不断的调试、试验和改进，目前均已趋于成熟，各项技术指标逐年提高，发电效率已达到设计值43%，可用率达到85%。

目前世界范围约有18座IGCC电站，约4200MW机组在运行，如果包括在建机组，世界范围共有近30座IGCC电站，总装机容量约8000MW。

2.2 近几年IGCC电厂建设情况及发展趋势

近几年，世界范围内加快了IGCC技术的研究和发展步伐，每年召开一次IGCC技术国际研讨会，由国际上四大气化商介绍交流气化技术研究发展和应用情况，2004年日本也开始加入了该研讨会。目前国际上已形成了拥有IGCC技术的三大集团公司，即：美国GE公司收购美国气化炉专有技术商德士古（Texaco）公司，然后与美国贝克德工程公司组成集团公司；荷兰Shell公司与德国SIEMENS公司联合组成集团公司；美国E-Gas公司与美国最大化工工程公司之一的Flour公司联合组成集团公司。

近几年以石油焦或渣油为燃料的IGCC发电技术商业应用迅速，且整套机组容量达500MW级规模，2006年还将分别有400MW级、600MW级、800MW级IGCC机组投运。Texaco和Shell等气化商的气化炉技术近几年也得到较大规模的应用，目前在全世界Texaco共有59套气化炉已经投产，6套在建，其中在中国就占有19套；Shell公司在中国也有19套气化装置项目在执行。经过这些气化装置的设计、安装和运行，Texaco和Shell公司在气化技术上作了大量的改进，并应用于近期的气化炉设计制造上。此外，国际上通过已投产的4座以煤为燃料IGCC电厂的工程经验积累，结合F级燃机的广泛应用，Texaco和Shell气化技术可靠性的不断提高，以及设备的成熟、容量的扩大和技术的进步，IGCC电厂的单位投资正在不断降低（目前国际上单位投资可降至1000 美元/kW），建设周期也缩短为2～3年，在世界范围内IGCC发电技术正有着越来越广泛的应用前景。

当前国际上IGCC发电技术正朝着高效、机组容量大型化发展。国际上三大IGCC集团公司受各发电公司委托，正在进行500MW级、600MW级、800MW级、1 000MW级以煤为燃料的IGCC机组的设计或建设工作，预计这些以煤为燃料的IGCC机组将分别于2006年、2007年、2008年、2009年投运，发电效率设计值>43%，技术指标更为先进。

美国2003年制定的未来电力计划目标是于2008年建设一个发电效率达到50%、准零排放的IGCC示范电站，2012年建设一个发电效率达到60%，实现零排放的商业运行IGCC电站。

在亚洲，日本三菱公司独立开发的空气气化的IGCC机组预计2007年投产，容量为300MW级。印度已于2001年建造1座IGCC示范电厂，发展IGCC是印度能源发展的重要方向。

2.3 IGCC发电技术规程规范正在逐步建立

目前国际上为适应逐渐增多的IGCC电厂建设的

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需要，正在逐步建立IGCC发电技术的规程规范，如1993年美国ASME成立委员会起草IGCC电厂性能试验规程，并于2003年交工业界审核，该规范的制定，为IGCC电厂的性能试验，提供了一个为业主、供货商、设计施工方可供参考的依据，规范了IGCC电厂建设市场。

IGCC发电技术以其优越的环保性能、节能、节水、易于大型化等突出优点，已成为21世纪燃煤电厂的换代技术及世界各国火力发电技术研究发展的方向。

3 我国建设IGCC电厂的必要性

3.1 提高能源资源开发利用水平的需要

我国能源结构的显著特点是煤炭消费比重过高，这种一次能源消费结构源于我国能源资源的自然条件和开发利用水平，以煤为主的能源消费结构特点，造成了严重的环境污染和能源利用效率低等多方面的问题，成为了能源可持续发展亟待解决的问题。IGCC发电技术所具有的高效、清洁、燃料适应性广、产业链延伸能力强的显著特点使其成为了新一代煤炭开发可利用技术。

3.2 环境保护的需要

能源开发利用技术落后是环境污染的重要因素。2005年，全国SO2排放总量2 549万t，其中火力发电SO2排放量1 328万t，占全国排放总量的52%。由于SO2排放大大超过环境自净能力，我国已有约1/3的国土受到酸雨污染。环境污染已严重制约了电力工业的发展。IGCC发电技术在污染物排放上具有十分优越的特性，为燃煤发电提供了清洁高效的新途径。

2005年2月16日，《京都议定书》开始生效，中国政府承诺履行《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》中规定的义务。现阶段我国没有CO2等6种温室气体的减排任务。但是，目前我国温室气体CO2排放量已经居世界第二，预测表明，到2020年前后，我国CO2排放量将超过美国，居世界第一。IGCC发电技术具有实现CO2零排放的潜力，可以为中国温室气体减排做出贡献。

3.3 节约水资源的需要

我国是一个干旱缺水严重的国家，人均水量仅为世界平均水平的1/4，目前在我国三北地区，水源的缺乏已严重制约了电力工业的发展，而IGCC的耗水量仅为同容量常规燃煤机组的1/2，接近同容量空冷机组耗水量，这对于严重缺水地区兴建大容量火力发电厂是十分有利的。

3.4 IGCC易于大型化发展

随着我国电力工业的发展，电网容量越来越大，目前单机容量600MW机组已成为电网的主力机组。IGCC的发电容量可以满足这一要求，而CFB和PFBC等其它洁净煤发电大型化目前在技术上尚有一定难度，现已投产的IGCC电厂均已达到300MW级，正在朝着600MW、800MW、1 000MW的容量发展。

IGCC发电技术所具有的优越的环保性能、良好的节能、节水、易大型化等突出优点，完全符合我国的能源结构和电力工业的发展方向，符合我国可持续发展的战略，因此，建设IGCC电站是我国电力工业发展的必然。

4 我国发展IGCC发电技术的条件已基本成熟

4.1 IGCC技术已经进入中国

煤气化技术在化工和石化行业中已有几十年应用的经验，有着较长的使用和引进技术的业绩。近几年，随着大容量气化炉的引进，我国化工行业有Texaco气化炉19台，有Shell气化炉19台。与6B、9E型燃气轮机匹配的气化炉国内已有成功运行业绩，与9F型级燃气轮机匹配的气化炉国内已有建设项目。

Texaco气化炉进入我国比较早，从20世纪80年代就开始陆续在我国化工行业应用，且有较多业绩，自1993年、1996年山东鲁南化肥厂、陕西渭河化肥厂Texaco水煤浆气化工业装置分别投运以来，Texaco气化炉在我国陆续投产。已建、在建的19套Texaco气化炉按照向Texaco购买许可证和工艺设计软件包，由国内设计院完成基础设计和详细设计，并负责采购设备的方式建设。除气化炉内件、烧嘴、特殊阀门和仪表仍需从国外采购外，其余均可由国内供货，总的国产化率达90%以上。

Shell煤气化技术进入我国尽管较晚，但目前，我国已引进的19套气化炉正在设计建设中，2006年将陆续投产。这些工程建设模式一般是由Shell公司提供专利技术工艺包和工程基础设计，国外供货商提供气化炉、合成气冷却器等关键设备的内件和基础设计，国内供货商提供外壳，国内设计院提供全部工程设计。从国外采购的还有燃煤烧嘴，点火烧嘴，特殊控制、测量仪表，破渣机等。随着我国深入掌握Shell公司技术，实现关键设备的本土化后，必将使投资大大降低。

据最新了解，Shell公司在湖北双环化工集团有限公司建设的用于生产合成氨的900t/d气化炉已于2006年5月17日投入运行并顺利移交生产；到2006

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年底由Shell公司在国内建设的3个用于生产合成氨的2000 t/d气化炉项目将陆续在岳阳中石化壳牌煤气化有限公司、中石化安庆分公司、中石化湖北化肥分公司投产；在广西柳州化工股份有限公司建设的用于生产合成氨的1100 t/d气化炉也将于2006年底或2007年初投入运行。

随着大容量气化炉在国内投入台数的逐渐增多，设计、安装及运行经验的积累，我国将会较快地掌握大容量气化炉技术。

燃机联合循环发电技术近年来发展较快。从2003年开始，国家实施“以市场换技术”的方针，采取打捆招标的方式，与GE，MHI，SIEMENS公司先后签订协议，引进E级和F级燃气轮机制造技术，实现设备生产本土化，为发展IGCC提供了良好的基础。由于IGCC燃气轮机燃烧的是低热值合成气，第一套IGCC机组尚需要进一步引进有关燃烧器方面的技术。

空分装置的主要设备有压气机、冷箱、氧压机、氮压机等。国际上大容量的空分制造厂家有法国的法液空公司、美国的空气产品公司、德国的林德公司等，其产品广泛用于化工、钢铁等行业。杭州制氧机厂与法液空公司合资，大连与林德公司合资，均可在国内生产用于IGCC的大型空分设备。

净化部分的主要内容是除尘和脱硫，使净化后的合成气满足燃气轮机和环保的要求，，采用常温净化已是成熟技术和工艺，其设备完全可以国产化。

可见，对于组成IGCC的气化、净化、空分和联合循环等分项技术均已进入我国，并已具有一定的设计、制造、应用和建设的经验。

4.2 国内IGCC发电核心技术研究取得突破

我国华东理工大学已经成功开发出具有独立知识产权的多喷嘴撞击流水煤浆气化炉，该气化技术具有自主知识产权。其气化工艺与Texaco工艺相比，主要有四个方面的不同：（1）负荷调节范围大，烧嘴寿命长；（2）粗煤气激冷采用破泡床结构，有效地解决粗煤气带水的问题；（3）粗煤气洗涤除尘方式有效地除尘并解决洗涤后粗煤气带水的问题；（4）灰黑水的处理采用了闪蒸汽与灰水直接混合换热的方式，解决了换热器的结垢问题。该气化工艺已经用在了兖矿集团煤化工项目，单台炉容量为1150t/d，该气化炉配套生产24万t甲醇、联产80MW电力，此项目已于2005年10月投产，运行稳定。目前华东理工大学在技术上可实现制造1500t/d的气化炉。华东理工大学成功开发的具有独立知识产权气化技术，对打破国外公司垄断，并进一步降低气化炉设备造价必将起到积极的作用。

西安热工研究院负责完成了国家“九五”科技攻关项目“IGCC关键技术研究”。在煤气化、净化、热力系统、余热锅炉等方面取得了一系列的成果；负责完成了国家“十五”863课题“IGCC设计集成和动态特性”，开发出300MW以上容量 IGCC电站的自主设计技术，具备为示范电站设计提供技术支撑的能力，研制出具有自主知识产权的IGCC电站仿真机。1998年，完成了国家电力公司重点科技项目“干煤粉加压气化试验装置研制及粉煤加压气化特性研究”，建立了国内第一套完整的干煤粉加压气化特性试验装置和干煤粉加压浓相供料装置，日处理煤量为400~600kg，气化压力为3.0MPa。“十五”期间，西安热工研究院负责完成了国家863重点课题“干煤粉加压气化技术”，建成了国内最大的、出力为36t/d的两段式干煤粉加压气化中试装置，获国家发明专利，填补我国在这一领域的空白。为我国进一步研制开发大型化两段式干煤粉加压气化装置奠定了工业基础。

我国现已具有较多配300MW级容量IGCC机组的气化炉设计及建设经验，以及配200MW级及以下容量IGCC机组气化炉设计、建设、运行等业绩，已了解并基本掌握了Texaco、Shell等气化技术，国内气化技术开发已取得重大进展，具备包括气化炉本体等主要气化设备可以在国内加工制造，设备国产化率可达90%以上的能力。

4.3 IGCC设备本地化范围加大

近年来随着国内化工、钢铁、电力的快速发展，国外先进技术和设备的本地化水平不断提高，范围不断扩大。当采用国外气化商气化工艺时，目前需要进口的设备仅有气化炉内件、烧嘴、特殊阀门和仪表等，其余可在国内加工制造。联合循环发电除尚需国外厂家转让燃用低热值合成气的相关技术，第一套机组燃气轮机可能需要引进技术、国外采购外，蒸汽轮机、发电机以及余热锅炉均可以在国内采购。空分装置需要进口的设备有氧压机、氮压机等转动设备，对空分装置中的空气压缩机，沈阳鼓风机厂也已经研制成功了大型空气压缩机。由于国内已建有大型空分设备的合资工厂，因此设备采购合同可以与国内合资厂签定。

净化部分均为成熟的技术和工艺，设备完全可以国产化。

4.4 国内基本具备IGCC项目设计能力

1994年，国内启动IGCC示范项目的研究和前期工作，在国家三部三委组成的领导小组领导下，有关单位完成了IGCC技术可行性研究和示范工程初步可

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行性研究，确定了示范工程技术路线，组织了引进技术的招投标。国内电力设计院承担了示范工程大量前期工作，基本具备IGCC发电项目总体设计能力，可承担联合循环岛、全厂BOP和控制系统的设计；由国内电力设计院独立设计的F级燃气轮机联合循环电厂已有多台机组投运。IGCC发电项目的煤气化、净化和空分系统的设计可由国内化工设计院承担，其中气化工艺由气化专利商提供基本设计；中国五环化学工程公司等国内设计院已能够完成气化炉外壳的详细设计。

4.5 IGCC发电技术的市场潜力已经显现

IGCC发电技术将传统的燃煤发电方式带入了一个全新的领域，使高效率的燃气-蒸汽联合循环与煤炭的气化有机地结合起来，为燃气轮机的推广应用和传统燃煤电厂的改造提供了有效途径。2004年全国参与统计的燃油和燃气机组（包括燃油发电机组和燃气油）轮机发电机组）约37台，面临着油价上涨和环保的双重压力；近年来新增的一批燃气机组由于燃气供应不足而部分处于停机状态；另有大量位于大中型城市城区的中小燃煤电厂处于改造或退役阶段。利用IGCC发电技术不仅可以适用于燃油、燃天然气机组的燃料替代，而且适用于传统蒸汽轮机电厂的更新改造，对于那些环保要求高，电源支撑作用强的大中型城市老电厂改造是很好的选择。

4.6 以IGCC为基础的“绿色煤电”项目开始起航

“绿色煤电”是研究、开发并示范推广以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主、并进行CO2分离和处理的煤基能源系统；目标是大幅度提高煤炭发电效率，使煤炭发电达到包括CO2在内的污染物的近零排放。

由中国华能集团公司联合中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司、神华集团有限责任公司、国家开发投资公司、中国中煤能源集团公司等企业共同出资组建的绿色煤电有限公司于2005年12月在京设立。公司实施的绿色煤电工程为建成1座400MW级氢气轮机和燃料电池发电示范电站，预计历时15年，耗资58亿元。工程的实施将分为三个阶段：第一阶段，“十一五”期间建成100MW级具有自主知识产权的煤气化联合循环发电系统（IGCC）的示范工程；第二阶段，“十二五”期间建成400MW级煤气化联合循环发电系统IGCC）的示范工程；第三阶段，到2020年前完成大规模煤制氢、燃料电池发电、氢气燃气轮机联合循环发电和CO2分离等技术的工程化研究开发；建成400MW级的“绿色煤电”工程，形成系统和关键设备的设计集成技术；达到能源转化的高效和包括CO2在内的污染物近零排放，提高“绿色煤电”系统的技术经济性，为商业化做好技术准备。其技术目标为：发电效率达到55%～60%、SO2和NOX小于20mg/m3、PM2.5、Hg和VOC接近零排放；80%以上的CO2得到分离和处理；副产品得到有效利用，逐步实现商业化。在相同的环保性能条件下投资和运行成本可与其他能源系统竞争。

此外，华能集团作为12家国际知名能源企业联盟的一员加入了美国的“未来电力”项目。这是一项计划用10年时间，旨在设计、建设、运营全球第一座装机容量为275MW，以联合循环发电技术为核心，集煤气化、制氢、碳收集等先进技术于一体，将使发电效率提高到60%或更高，制氢，且同时每年可以分离和封存100万t CO2，污染物近零排放的燃煤发电商业示范电站项目。直接与美国及国际知名企业合作，了解世界电力技术最新发展方向，为促进国内“绿色煤电”计划的顺利实施，发展我国自主的“绿色煤电”技术提供了良好的国际合作环境。

4.7 国内各大发电集团正积极筹备建设IGCC电站

据了解，中国电力投资集团公司初步拟定在北京附近的廊坊地区和上海崇明岛分别建设2套400MW级容量IGCC发电供热机组和2套170MW级IGCC机组，其中廊坊IGCC电站项目初步可行性研究报告已于今年6月通过华北电网有限公司的审查。中国大唐集团公司在北京房山和天津大港分别筹备建设2套400MW级容量IGCC发电机组，正在开展初步可行性研究工作，并于今年6月9日，举行了天津大唐国际盘山发电公司整体煤气化联合循环（IGCC）热电建设项目合作开发意向书的签字仪式。大唐湖南分公司在广东的深圳、惠州开展工作，分别筹备建设2套400MW等级多联产IGCC项目。国华电力公司与温州市人民政府签署了煤基多联产IGCC项目合作框架协议，在温州洞头建设一个高效、环保、先进的洁净煤发电与化工综合开发项目，建设2套400MW等级多联产IGCC机组；在上海与申能集团合作，筹备建设4套400MW等级多联产IGCC机组，目前都在进行初步可行性研究工作。此外，中国神华集团亦有多套IGCC联产化学品的多联产项目已经启动，其他发电集团也向国家发改委申报了常规发电项目改为IGCC的请示。可见，国内各大发电集团都十分关注IGCC发电和多联产技术，并已纷纷启动各自项目的前期工作，目前已进行前期准备的IGCC电站机组已超过10台，可以预计IGCC发电技术在我国将有较快的应用和发展。

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5 结语

IGCC发电技术的发展是未来煤基能源系统的基础，应用前景广泛，市场潜力巨大，加快IGCC发电技术的应用和推广具有战略意义。

IGCC发电各个分项技术已经具有相当的成熟度，而其关键技术在于整体化，国内电力研究院所和设计单位开展了大量的研究工作，积累了一定的经验，这为我国加快IGCC技术的应用步伐奠定了基础。立足国内技术力量，积极推进工程实践，有助于IGCC发电技术在我国的应用和发展。

参考文献

［1］北京国电华北电力工程有限公司. 烟台发电IGCC工程可行性研究报告[R]. 2004年1月.

［2］“as Turbine World”. America: Oct-Nov 2004.

作者简介：

赵洁（1956—），女，北京市，高级工程师（教授级），中国电力工程顾问集团公司副总经理，从事电厂设计技术研究。