绿色煤电——IGCC

绿色煤电——IGCC
摘要：整体煤气化联合循环IGCC发电技术是当今国际上最引 人注目的新型、高
效的洁净煤发电技术之一。IGCC 是一种先进的洁净煤发电和多联产技术，具有优秀的环保排放特性（包括对温室气体二氧化碳的捕捉），在不断改善净效
率、比投资费用、设备 的可用率和生产成本后，在21世纪初期有望被逐渐推广
使用，并为氢能源经济的来临准备条件。本文介 绍了什么是IGCC、其主要优缺
点和国内外的发展现状，并展望了它的发展趋势。
关键词：整体煤气化联合循环；IGCC；洁净煤；绿色煤电
1 什么是IGCC
IGCC全名(Intergrated Gasification Combined Cycle ),即整体煤气化联合循环
发电，IGCC发电系统有两大分系统构成，即煤气化、洁净系统和发电系统 。其
基本原理是：先通过煤气化炉将煤气化成中、低热值的合成粗煤气，然后经净
化系统将其除 尘、脱硫、除染而制成可供燃气轮机使用的精煤气，进入燃烧室
产生高效燃气带动汽机做功，同时还利用 燃气轮机排气经余热锅炉产生不同参
数蒸汽，以驱动蒸汽轮机发电，以及供热等（其流程图如图1）。它 既能大幅提
高发电效率，同时又能实现极好的环保效果。

图1 煤气化联合循环发电流程图

2 IGCC优缺点
IGCC发电技术是当今国际上 最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之
一。它采用“先治理后发电”的策略，在燃料燃烧前先除去 污染物，可以大大降

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低二氧化碳、氮氧化物等污染物的排放。I GCC发电技术将联合循环发电技术与
煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，与常规燃煤机组及燃 气蒸汽联合
循环(GTCC)相比，具有下面诸多优缺点：
2.1 主要优点
(1 )效率较高，其具有继续提高效率的最大潜力。高效率IGCC供电效率可达
42-46％，提高初燃后 可达50％以上，与煤粉火力发电相比，在商用阶段，能将
发电效率提高约2成。
(2)与普 通发电机组相比，其使用的煤种扩大。能综合利用煤碳资源，组成
多联产系统，能同时生产电、热、燃料 气和化工产品。在IGCC中能使用灰融点
低的煤炭，由于该煤种产生渣块，难于在煤粉火力中使用。所 提煤炭大都产地
分散在各产煤国，缺煤炭的日本，在利用煤炭上无疑扩大了品种。
(3)低污 染，其具有良好环境效益。在气化过程中可脱硫98％，脱氮90％，
粉尘几乎为零，如将排放的二氧化 碳进行浓缩储存等处理可使机组达到零排放；
单位发电量的SOx、NOx及灰尘的排出量随发电效率提 高而降低。因为是复合发
电，与煤粉火力发电相比，能降低排水量3成左右。
(4)煤灰的处 理有很多的优点。煤粉火力发电以飘尘状团粉或渣块形式产生
大量的灰，但IGCC的煤灰则以溶渣排出 ，容积大约减少1／2，有利于延长处理
灰场的寿命。同时，渣块能代替水泥用的骨材及作为路基材料， 实现再利用。
在填埋处理场合，不会有杂物溶解排到外部。
(5)可以大大降低用水量。煤粉 火力发电的烟气脱硫装置要用大量的水，但
IGCC在燃料瓦斯阶段处理用的水量却大幅降低。耗水量比 常规少30-50％。
2.2 主要缺点
（1）系统复杂，是化工与发电两大行业的综合体 。技术难度大，安全和经
济管理都十分繁杂，且是连续生产，互相牵连。目前仍在商业示范阶段。 （2）目前IGCC单位造价和运行成本仍比正常燃煤加脱硫电站贵的多。据中
美专家关于IGCC 技术报告提供的几种发电方案的技术经济比较数据，IGCC单
位造价为1400-1700美元KW， 发电成本为19-61美分KW·h。
（3）为了降低成本，达到多种产品（化工、热、电）综合生产 等，其投资
和占地面积还需要继续增加。
3 国内外发展概况
据初步统计，全球已 经建成投运IGCC电站约30余座，总装机约1000MW，
在建和拟建IGCC电站约40余座，总 装机约20000MW。这些电站主要分布在美国、

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欧洲、日本 等发达国家和地区，韩国、印度等国也在积极推动IGCC的发展。自
上世纪90年代美国和欧洲相继建 成4座IGCC示范电站以来，IGCC电站主要沿两
个方向发展：其一是与炼油厂相结合的IGCC电 站，此类电站以石油焦、渣油、
沥青等为主要原料，与炼油厂形成产品互供关系，已投产17座，装机容 量超过
6000MW；其二是世界各国也在积极规划建设以发电为主的IGCC电站。最近这
些 年，我国对IGCC非常关注，也在积极推动IGCC在中国国内的发展。下面对
各个国家IGCC的发 展情况介绍一下。
3.1 中国
从20世纪90年代初开始，国家科技部、国家电力公司( 原电力工业部)等部门
组织全国的技术力量，对我国发展IGCC发电技术进行了充分的可行性研究，认
为在我国发展IGCC发电技术是必要的和迫切的。在“九五”国家科技攻关计划中
进行了IG CC关键技术的研究。在此基础上，1999年国家批准了IGCC示范电站
项目建议书，IGCC示范 项目正式立项，示范电站功率为300MW 或400MW，目
前，该项目已完成主设备的评标工作。
2005年，中国兖矿集团在山东滕州建成了年产24万吨甲醇和20万吨醋酸、
联产8万千瓦 发电的多联产示范工程。由中石化等投资建设的福建炼油乙烯一体
化项目也建设了一套以沥青为原料的气 化发电装置，联产蒸汽和氢气，用作全
厂的公用工程岛，目前正在投料试车。严格地说，这两个项目均不 能称作IGCC
示范电站，仅仅是带有IGCC的某些技术特点。近几年，继华能率先提出“绿色
煤电”计划后，国内各大发电公司均提出了IGCC电站的建设规划。
日前，国家发改委正式核准华 能天津IGCC电站示范工程项目，标志着具有
我国自主知识产权、代表世界清洁煤电技术前沿水平的“ 绿色煤电”计划取得了
实质性进展。华能天津IGCC电站示范工程项目是国家“十一五”863计划重 大项
目，将建设我国第一台25万千瓦级整体煤气化燃气-蒸汽联合循环(IGCC)发电机
组 ，采用华能自主研发的具有我国自主知识产权的2000吨／天级两段式干煤粉
气化炉。工程建成后发电 效率可达50％以上，并实现污染物的近零排放。
据报道，Green Gen开始在天津建造650MWIGCC电站,中国Green Gen(绿色
发电)工程国际财团已开始建造一个使用碳捕获和多价螯合的“近零放”650MW
燃煤的IGCC(整体煤气化联合循环)电站。Green Gen电站被定位为中国第一个商
业规模洁净煤电站，正在天津临港工业园内建造。最初，气化系统将把煤转换
成用于电站的合成气燃料。 在此过程中，合成气将被转化成氢气，供应的氢气
既可作为用于主电站的燃料，也可作为适合市场销售的 产品，用于燃料电池发
电机组和其它工业应用。工程的第一阶段计划于2011年投入生产，生产250 MW
电力，气化能力为每天2000t，在2016年前，两个连续的膨胀将使总输出功率增
加到650MW，每天耗煤3500t。捕获的二氧化碳，将向外输送，将其在石油回收
过程中用作为回 注的气体。除了燃气轮机是进口的以外，所有主要的部件都是
国内生产的，包括由西安热工研究所设计的 有专利权的气化器系统。除了煤以

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外，通用的气化器过程使装置 能利用各种原料，包括来自目前位于临港工业园
的多重化学加工作业的副产品。
国内研究单位 经过国家“八五”科技攻关，在IGCC系统设计优化和一些关键
技术开发方面取得了长足的进步，已形 成了较强的技术支持力量。“IGCC设计
集成和动态特性”、“干煤粉加压气化技术”、“多喷嘴水煤 浆加压气化技术”和“煤
气高温净化技术”等被列入国家“十五”、“863”计划予以支持。这些研究 为IGCC
示范电站的建设及我国IGCC技术的发展奠定了良好的基础。我国目前尚不具备
向 IGCC电站提供关键技术依托，走引进和自主开发相结合的发展道路有利于发
挥后发优势，通过IGC C示范电站的建设及围绕示范电站进行的消化吸收及自主
开发，将成为我国IGCC技术发展的基础。
3.2 美国
美国是IGCC技术发展的引领者和推动者，经过近10年的示范运行，已着手
建设商业电站。由于美国各州的环保法规对燃煤电站的排放要求日益严格IGCC
电站以其优异 的环保性能成为新建燃煤电站的主要选择。据美国能源部(DOE)
的统计，截至2008年上半年，美 国国内在建和获批的IGCC电站有6座，对外发
布的IGCC电站有22座。美国拟建的IGCC发电 机组采用标准化设计和建设，以
降低其造价。标准设计多由2台燃机+2台余热锅炉+1台蒸汽轮发电机 组构成l套
600MW级的IGCC发电机组。据DOE最新介绍，美国总体规划建设10座IGCC标
准电站，以推动IGCC电站的商业应用。
3.3 日本
日本在IGCC技术方面 以自主创新为主。采用三菱重工的空气气化炉和低热
值合成气燃机建设250MW的IGCC示范电站已 于2008年投运。气化炉为干法给
料，耗煤量为1700td，净功率为220MW，净效率为42％ 。下一步示范电站将采
用M701F燃气轮机，其容量可达到450MW，效率达到45％-46％，未 来考虑将功
率放大到650MW，效率力争达到48-50％，另外，示范电站还将考虑与二氧化碳的捕集和封存(CCS)结合，把捕集的二氧化碳进行海洋地质封存。
3.4 韩国
韩 国正在考虑建设3个IGCC项目，其中1个以煤炭为原料，2个与炼厂结合
以渣油为原料。韩国国家电 力公司(KEPCO)承建的300MW级IGCC示范电站现已
开始设备招标，初步确定采用Shel l气化炉和F级燃气轮机。该项目是韩国政府重
点支持的洁净煤项目，计划于2009年开工建设。
3.5 印度

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印度作为世界第三大产煤国，于2001年建立了一座53MW的Sanghi IGCC示
范电站，应用U-Gas气化技术和GE6B燃气轮机，并计划建设5座类似电站。2008
年7月，印度NBHL公司宣布在政府支持下，开始着手准备建设125MW的IGCC
示范电 站，该电站位于印度东南部城市维查雅瓦达(Vijayawada)，预计2010年下
半年投产。该 电站将采用固定床气化炉，以空气和水蒸汽为气化剂。该气化技
术由NBHL从1989年开始研究开发 ，并已建成了18吨／天的示范装置，经过了近
3000小时的试验运行。
3.6 欧洲 < br>欧洲也是IGCC发电技术的引领者，且在石化领域IGCC发电技术已获得了
商业推广。近年来 ，为应对气候变化，欧洲各国普遍探索将IGCC同CCS相结合，
建设燃烧前脱碳示范电站，目前欧洲 拟建的该类电站已经超过5座。荷兰的Nuon
公司于2005年9月启动了新一期IGCC项目的论证 工作，欲基于Buggenum IGCC
示范电站的建设和运行经验进行推广，选址于荷兰北部格罗宁 根省Eemshaven，
定名为Magnum IGCC电站。2008年初，该项目正式启动。该电 站由3列Shel1气
化炉组成气化岛，由3-5列联合循环机组组成动力岛，规划装机容量1300M W。
目前，该电站主设备招标已完成，预计第一期联合循环机组将于2011年投产，
后续的气 化岛和部分脱碳装置将于2013年前陆续投产。德国的RWE公司也正在
进行l座450MW IGC C+CCS示范电站的设计工作。该电站以褐煤为原料，将采用
高温温克勒气化炉，预计将于2014年 投产。同时，Siemens公司在德国也启动了
1项建设1000MW级类似电站的计划。
3.7 澳大利亚
澳大利亚近年来也以实现燃煤电站的低污染为出发点规划了几座IGCC发
电站。Stanwell发电公司与Shell公司一起在昆士兰州中部Rockhampton附近启 动
了一项100MW级的IGCC项目。作为ZeroGen项目的一部分，该项目将与CCS相
结合， 目前正在进行可行性研究，预计于2012年投产。BP公司和Rio Tinto公司
组建的Hydrogen ENERGY公司还计划在澳大利亚西部的Kwinana启 动DF3IGCC
项目。该项目规模为500MW级，与CCS全面结合， 目前正在进行可行性研究。
该项目最终的投资决策将于2011年完成，预计将于2014年发电，2021年开始埋
存C O。此外，澳大利亚的HRL公司还开发了一种基于褐煤干燥气化的IGCC发
电技术(IDGCC)， 该技术采用高温温克勒流化床气化炉， 以高水分的褐煤为原
料。该项目位于澳大利亚维多利亚州的La trobe峡谷，将采用2列并行的空气加压
流化床气化炉，配置l套400M~级的GE 9FA燃气 轮机组成的联合循环机组。该项
目得到了澳大利亚政府的大力支持，其中联邦政府将通过其(低排放技术 示范基
金项目，LETDF)给予1亿澳元的资助，项目所在的维多利亚州政府也将根据(能
源 技术创新战略项目，ETIS)给予5000万澳元的资助。该项目预计于2009年底完
工。目前，H RL公司正在开发并试验基于纯氧的褐煤气化技术，预计将于未来
几年内作为CCS项目进行商业化开发 。

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4 发展前景
目前，碳捕捉及封存技术(CCS )和整体煤气化联合循环技术(IGCC)被认为是
最有潜力的技术，二者结合，将能实现二氧化碳的零 排放，大大提高燃煤效率。
纵观全球煤电的发展趋势和环保的严格要求，燃煤IGCC发电技术是一种被 验证
的先进的洁净煤发电技术，能同时初步解决燃煤发电效率与污染的矛盾，是未
来煤电的主体 。在此基础上，将煤制氢、燃料电池与IGCC复合发电、液体燃料
生产、二氧化碳分离和处理等过程集 成的能源系统即绿色煤电是未来煤电前景，
它可实现煤电的高效和近零排放，完全符合可持续发展的要求 。

图2 未来煤电系统
结论
我国长期以来以煤为主要一次能源，动 力煤灰分高、含量大，由于经济、
技术及环境标准方面的原因，一般电站发电效率低，烟气除尘效率低， 硫排放
处于失控状态，随着经济的发展、社会的进步，人们逐渐认识到能源的有限性
和环境保护 的重要性，怎样在保持经济高速发展的同时，避免过度消耗能源和
严重污染人类赖以生存的环境，这是摆 在世人面前急需解决的问题，大力发展
高效、洁净的“绿色电力”，必将是我国未来电力工业发展的主旋 律。IGCC 发
电技术的发展是未来煤炭能源系统的基础，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相当
成熟，其关键技术在于整体化，国 内电力研究院和设计单位开展了大量的研究

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工作．积累了一定的经验，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。

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