一個(gè)能對(duì)煤炭利用實(shí)現(xiàn)物盡其用的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）項(xiàng)目終于成功落地。

近日，我國(guó)第一座、世界第六座IGCC電站——華能天津IGCC示范電站正式投產(chǎn)，該電站將每年為天津?yàn)I海新區(qū)提供12億千瓦時(shí)的綠色能源。

作為國(guó)家“十一五”“863”計(jì)劃重大項(xiàng)目依托工程和國(guó)家IGCC示范工程，天津IGCC電站由華能集團(tuán)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。電站的投產(chǎn)也代表著我國(guó)成為繼美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家之后，少數(shù)幾個(gè)掌握IGCC發(fā)電技術(shù)的國(guó)家。

讓煤電綠意盎然

目前煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)中占70%以上，如何實(shí)現(xiàn)煤的潔凈利用成為業(yè)內(nèi)難以規(guī)避的話題。

“作為一種先進(jìn)的清潔煤發(fā)電技術(shù)，IGCC同時(shí)具備高效環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是發(fā)電效率還是污染物排放都遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)燃煤電站。”華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院院長(zhǎng)許世森說(shuō)。

IGCC是目前國(guó)際上被驗(yàn)證的、能夠工業(yè)化的、最潔凈高效的燃煤發(fā)電技術(shù)。業(yè)界普遍認(rèn)為，IGCC代表了煤基清潔能源未來(lái)的重要發(fā)展方向。

此次，華能集團(tuán)聯(lián)合國(guó)內(nèi)七家大型國(guó)有能源企業(yè)以及美國(guó)博地能源公司，合作建成了國(guó)內(nèi)首座265兆瓦IGCC電站，這也是截至目前我國(guó)最清潔環(huán)保的燃煤電站。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)，天津IGCC電站示范工程的發(fā)電效率為48％，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為255.19克/千瓦時(shí)，氣化爐熱效率達(dá)95%，冷煤氣效率達(dá)84%，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99.2%。與常規(guī)30萬(wàn)千瓦等級(jí)燃煤電站相比，IGCC電站年耗煤量減少約7萬(wàn)噸。

經(jīng)過(guò)“72+24”小時(shí)整套試運(yùn)行，天津IGCC電站投產(chǎn)后，污染物的排放幾乎接近天然氣電站的排放水平。

許世森對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者稱，目前，該電站二氧化硫排放濃度約為1毫克/立方米、氮氧化物排放濃度約為50毫克/立方米，而粉塵的排放幾乎為零。

不僅如此，天津IGCC電站還能夠真正實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭資源的全部利用。

許世森表示，要想解決二氧化硫污染的問(wèn)題，煙氣脫硫是各大燃煤電廠必備的程序。常規(guī)電廠大多采用石灰石濕法脫硫工藝，吸收二氧化硫變成石膏等固體廢料，而天津IGCC電站卻能將煤中的硫回收制成商品級(jí)硫磺，硫脫除效率達(dá)到99%以上。

另外，天津IGCC電站產(chǎn)生的煤渣含碳量幾乎為零，這種高強(qiáng)度的煤渣既可以作為水泥的添加料，也可以用于鋪路或作為建筑材料回收利用。

“常規(guī)電廠幾乎無(wú)法達(dá)到上述水平。”許世森說(shuō)。

突破關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)際上，建設(shè)IGCC電站一直以來(lái)都是清潔煤行業(yè)共同的夢(mèng)想，華能則讓這一夢(mèng)想照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

作為該項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人，許世森雖然日程安排得很滿，但仍然樂(lè)意接受記者的采訪。因?yàn)樵谒磥?lái)，華能建成的我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的兩段式干煤粉加壓氣化爐，真正填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白，具有標(biāo)桿意義。

“燃機(jī)和氣化爐是IGCC電站的兩大核心。燃機(jī)技術(shù)我們與國(guó)外差距較大，設(shè)備還需進(jìn)口。但我們突破了氣化爐這一主設(shè)備，能夠達(dá)到每天處理煤量2000噸級(jí)，規(guī)模和技術(shù)性能達(dá)到國(guó)外最先進(jìn)的水平。”許世森說(shuō)。

可以說(shuō)，煤氣化是IGCC系統(tǒng)的龍頭，而干煤粉加壓氣化技術(shù)卻長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。針對(duì)國(guó)外的干煤粉加壓氣化技術(shù)所存在的問(wèn)題，例如需要大量壓縮冷煤氣從而損失大量有效能，以及設(shè)備造價(jià)高等，華能自1990年就開始對(duì)其進(jìn)行攻關(guān)，最終突破了三大技術(shù)核心——兩段分級(jí)氣化、煤氣冷卻、液態(tài)排渣。

天津IGCC示范電站也是兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。據(jù)了解，該技術(shù)采用干煤粉上下兩段進(jìn)料，煤種適應(yīng)性廣，無(wú)煙煤、煙煤、貧煤、褐煤、高含硫煤、石油焦等煤種均可適用，轉(zhuǎn)化效率高，環(huán)保性能好。

除此之外，另一個(gè)讓許世森感到自豪的突破是，天津IGCC電站整個(gè)系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)也由華能自主完成。

“IGCC是煤氣化工藝與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的高度集成，系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以我們的設(shè)計(jì)將化工和電力兩大行業(yè)特點(diǎn)融合在一起，已達(dá)到高效潔凈發(fā)電的目標(biāo)。”許世森說(shuō)。

不過(guò)，由于工程造價(jià)較高，建設(shè)IGCC電站在國(guó)內(nèi)依然存在爭(zhēng)議。

對(duì)此，許世森表示，天津IGCC示范電站僅有一臺(tái)265兆瓦機(jī)組，比目前建設(shè)的常規(guī)火電站容量小，目前還不屬于經(jīng)濟(jì)規(guī)模。另外，IGCC技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)正處于發(fā)展的初期，許多設(shè)備和材料沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，這都是導(dǎo)致IGCC電站成本高的主要原因。對(duì)于我國(guó)第一座IGCC示范電站華能集團(tuán)付出了巨大的努力，國(guó)家在貸款和電價(jià)方面也給予了優(yōu)惠。

“IGCC是一項(xiàng)面向未來(lái)的戰(zhàn)略性技術(shù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步、系統(tǒng)和設(shè)備的不斷成熟，加之環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格和CO2減排要求的不斷提高，它的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)逐步顯現(xiàn)。”許世森說(shuō)，“若與煤化工或石油化工相結(jié)合，IGCC近期可具有商業(yè)經(jīng)濟(jì)性。”

目標(biāo)近零排放

早在2004年，華能就在國(guó)內(nèi)率先提出“綠色煤電”的發(fā)展計(jì)劃，開發(fā)示范近零排放的綠色煤電技術(shù)。天津IGCC電站的投產(chǎn)，也代表著華能完成該計(jì)劃的第一階段。

許世森表示，接下來(lái)華能還將對(duì)IGCC示范電站進(jìn)行完善和提升，同時(shí)還將基于IGCC的二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）的示范裝置，驗(yàn)證其可行性并進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

對(duì)于CCUS，中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)教授倪維斗曾公開表示：“如果煤電化項(xiàng)目一起做，啟動(dòng)IGCC+CCUS+多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)煤的清潔利用。”

據(jù)了解，華能基于IGCC的CCUS系統(tǒng)已經(jīng)列入國(guó)家“十二五”“863”計(jì)劃，將建設(shè)規(guī)模較小的CCUS示范系統(tǒng)，利用并封存6萬(wàn)噸至10萬(wàn)噸二氧化碳，部分捕集的二氧化碳將用于天津地區(qū)附近的石油開采。

未來(lái)，華能希望“綠色煤電”計(jì)劃最終能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度提高發(fā)電效率、達(dá)到污染物和二氧化碳近零排放的煤基發(fā)電系統(tǒng)。

不過(guò)，理想豐滿，現(xiàn)實(shí)骨感。許世森表示，CCUS是為未來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化作準(zhǔn)備，沒(méi)有太多的經(jīng)濟(jì)效益，不可能一下把規(guī)模放大。另外，技術(shù)還有許多方面需要突破，比如，如何使得CO2捕集成本進(jìn)一步降低，如何大規(guī)模利用和封存CO2等。

不過(guò)，目前國(guó)家已經(jīng)肯定了IGCC+CCUS的前景。正如倪維斗所說(shuō)：“一旦這種高能效、低污染的利用成為現(xiàn)實(shí)，煤就是‘新能源’。這也是將來(lái)煤的現(xiàn)代化使用一個(gè)最主要的方向。”

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