煤炭，這種被環(huán)保組織稱為“最骯臟的能源”，時至今日仍為中國提供八成的電力，而煤炭燃燒形成的二氧化硫、氮氧化合物以及粉塵等，則對中國的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

在中國“以煤為主”的能源策略未來數(shù)十年不會改變的情況下，以IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）為代表的煤炭潔凈化利用，將是中國能源決策中最務(wù)實的選擇之一。

將煤變成氣體

在IGCC的生產(chǎn)工藝中，煤炭并不是作為燃料被直接填入燃燒艙內(nèi)，而是先被轉(zhuǎn)化為氣體——技術(shù)人員將煤和水混合成類似重油黏稠度的水煤漿，并將其與氧氣一起注入氣化爐，在這里經(jīng)過高達1500℃的高溫加熱，產(chǎn)生合成氣。

盡管描述起來十分復(fù)雜，在實際生產(chǎn)過程中，這不過是電光火石的一瞬間。煤炭的氣化僅需耗時2~3秒鐘，便能形成合成氣。

煤炭中的其他雜質(zhì)，則在氣化爐底部形成了煤渣，不要小看了它們，它們可是水泥廠不可多得的好原料。

合成氣的最主要成分是氫氣和一氧化碳（此外還有二氧化碳、硫化氫、水蒸氣等），它們都是高效的氣體燃料，將為與發(fā)電機聯(lián)動的燃氣輪機提供充足的動力。不過，此時的合成氣距離進入燃氣輪機燃燒還要經(jīng)歷一段復(fù)雜的工藝“旅行”。

從氣化爐出來的合成氣，溫度有時達到1400℃，比普通火電廠燃燒艙內(nèi)的溫度還要高，需要將其熱量先置換出來。

因此，合成氣要先后經(jīng)過輻射式氣體冷卻器和對流式冷卻器進行冷卻，將溫度降至500℃左右。合成氣中的熱則在這兩級冷卻器中得到回收，并在冷卻器中產(chǎn)生大約100倍于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高壓飽和蒸汽——這些蒸汽將輸送進電廠的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)（不是合成氣將要進入的燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)，記者注）中去創(chuàng)造電流。

而經(jīng)過冷卻的合成氣則繼續(xù)前進，“冷”下來的合成氣，需要開始其脫除雜質(zhì)的“旅程”。

首先，合成氣要進入一個活性炭箱，以消除有毒的汞等重金屬，隨后，合成氣將進入酸性氣體脫除系統(tǒng)，在這里，硫化氫從合成氣中被分離出來，并在后續(xù)工藝中被轉(zhuǎn)化為元素硫，是工業(yè)制造硫酸的絕佳材料。

到這里，合成氣已經(jīng)可以被引入燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)進行發(fā)電了。合成氣中的氫氣和一氧化碳都是高效的氣體燃料，可以在燃燒爐產(chǎn)生更高的溫度。

一般來說，傳統(tǒng)的直接燃煤發(fā)電方式，由于煤炭熱值較低，其燃燒艙內(nèi)的溫度僅能達到700℃左右，而高效的氣體燃料，通�？梢允谷紵搩�(nèi)的溫度達到1500℃左右。而更高的溫度，則意味著更高的效率。

采用IGCC系統(tǒng)的電廠，發(fā)電效率可以達到42%~45%，如果與最先進的燃氣輪機搭配，其效率甚至可以達到50%~60%。與之對照，目前發(fā)達國家火力發(fā)電廠的平均發(fā)電效率為37%左右。

馴化最臟能源

而比效率提高更讓人動心的是，IGCC電廠大大降低了污染物排放。

傳統(tǒng)的煤炭燃燒發(fā)電方式，會造成嚴(yán)重的污染，據(jù)統(tǒng)計，全中國二氧化硫總排放量的三分之一、氮氧化合物和粉塵總排放量的一半均由燃煤發(fā)電廠產(chǎn)生。

即使按照最樂觀的減排方案測算，在未來的40年里，中國仍需要往燃燒著的火電機組燃燒艙內(nèi)填進去800億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如何讓這些燃煤的生產(chǎn)效率進一步提高，同時又減少對大氣的污染，這是低碳中國必須做出的回答。

IGCC正好提供了煤炭清潔高效利用的可能性。這種將煤炭氣化之后用于發(fā)電的復(fù)雜先進工藝，不僅可以顯著提高發(fā)電機的生產(chǎn)效率，更為可貴的是，其對污染排放的有效控制，可以滿足最為嚴(yán)苛的環(huán)境政策的需求。

由于煤炭并未直接被燃燒，粉塵的產(chǎn)生幾率被降到了最低，而煤炭中的硫（直接燃燒產(chǎn)生的二氧化硫是酸雨的元兇）則在氣化爐中變身為硫化氫，在隨后的脫除裝置中被輕松地脫離出來，并為其后的化學(xué)工藝貢獻原料。

值得一提的是，燃燒合成氣的燃氣輪機也是經(jīng)過特殊設(shè)計的，特設(shè)的空分系統(tǒng)（簡單地說，就是用來把空氣中的各組氣體分離，生產(chǎn)氧氣、氮氣的工業(yè)設(shè)備），將高壓的惰性氣體氮（有的工藝則使用低壓氮）作為燃氣輪機氣體燃燒過程的稀釋劑，來減少污染物氮氧化合物的生成。

此外，安裝于余熱鍋爐內(nèi)的選擇性催化還原（SCR）裝置，也會進一步脫除在氣體燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化合物，從而達到超低排放指標(biāo)。

由于使用了先進的輻射式氣體冷卻器，IGCC工藝還顯著減少了工業(yè)用水量。傳統(tǒng)的火電廠都是耗水大戶，而實現(xiàn)商業(yè)運營的國外IGCC電廠已證明IGCC工藝可以節(jié)約大約30%的水——這對于中國非常具有吸引力，要知道，中國產(chǎn)煤的地方，一般都是缺水的。

與此同時，在大氣不斷變暖的背景下，工程師們還可以輕松地在IGCC系統(tǒng)上架設(shè)碳捕捉、封存甚至利用的工序，來為IGCC繼續(xù)加分。

水煤漿經(jīng)過氣化爐后，會伴生大量的二氧化碳，富集的二氧化碳可以通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)備輕松地被捕捉和分離出來。

依據(jù)需要，人們要么可以將二氧化碳壓縮成高壓液體，并加壓注入地下的儲存設(shè)施，以杜絕其進入大氣繼續(xù)為溫室效應(yīng)作祟；要么則將其與天然氣化工過程銜接，形成煤炭天然氣化工的多聯(lián)產(chǎn)，用于生產(chǎn)甲醇等。

期待鼓勵政策

IGCC不是簡單的“燃料－電力”直接轉(zhuǎn)化裝置，而是一個由氣化、凈化、燃氣驅(qū)動、余熱利用、蒸汽驅(qū)動，以及機械能轉(zhuǎn)化為電能等一系列環(huán)節(jié)組合而成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中很多技術(shù)與傳統(tǒng)常規(guī)發(fā)電行業(yè)素?zé)o瓜葛，甚至毫不相干（但早已在其他行業(yè)發(fā)展和應(yīng)用），開發(fā)IGCC，需要打破歷來的行業(yè)界限，這對電力行業(yè)的復(fù)合型人才提出了挑戰(zhàn)。

而IGCC的投資費用居高不下，經(jīng)濟上仍然無法與常規(guī)燃煤電站相競爭，目前仍然是制約IGCC快速發(fā)展的最重要原因。

不過，正如IGCC技術(shù)全球的領(lǐng)跑企業(yè)之一美國通用電氣公司在其關(guān)于IGCC的宣傳片中反復(fù)強調(diào)的，“IGCC并不是一個新概念，它是一個經(jīng)驗證并通過商業(yè)化示范的技術(shù)。”

對于IGCC而言，只有達到一定商業(yè)規(guī)模才能有效益，從這點而言，政府是否能夠拿出與補貼新能源類似的鼓勵政策，將是這個潔凈煤技術(shù)能否成功商業(yè)化的關(guān)鍵。

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