基于250MW级IGCC发电的两段式干煤粉加压气化技术荣获2016年度电力行业技术市场金桥项 ...

一、项目的技术水平

整体煤气化联合循环发电（IGCC）是国际公认的新一代清洁煤发电技术，具有污染物近零排放、发电效率高、节水、硫和灰渣可资源化利用、CO2 捕集成本低的优点。IGCC发电既能像天然气发电一样实现污染物近零排放，又可实现煤基发电多联产，未来减排CO2 具有明显的成本优势，是突破煤电发展瓶颈的一条重要技术途径，是国际能源领域战略必争的核心技术。美、欧、日均投入巨资进行开发和示范。我国富煤、少气的能源禀赋决定了发展IGCC 对我国能源的可持续发展、保障能源安全、治理大气污染、应对气候变化都具有重要的战略意义。大型干煤粉加压气化技术是IGCC发电关键技术之一，也是煤制油、煤制天然气和煤制化工产品的龙头技术，是实现煤炭清洁高效转化的最有效途径。

2003年，中国华能集团正式启动IGCC 示范电站的设计工作。2009 年，国家核准华能天津265MW IGCC 示范电站，IGCC 示范电站正式开工建设。2012 年4 月17 日， IGCC 电站在天津建成，煤气化炉点火投运。2012 年11 月6 日，IGCC 示范电站通过了96 小时连续运行考核，进入商业运行。2013年，在煤气化装置的配合下，实现了低热值燃气轮机的稳定调整。2014年、2015年， IGCC发电整体运行平稳，提前完成了全年发电任务。

该项目国家“十五”和“十一五”863计划重大项目课题（2006AA05A102、2007AA05Z265、2001AA522020、2003AA522030、2005AA522040）的支持下，研制出我国首套具有自主知识产权的2000t/d级全废热回收的干煤粉加压气化炉，建成了我国首套250MW级IGCC发电装置，实现了煤气化装置和IGCC发电装置的长周期安全稳定运行，标志着我国在大型干煤粉加压气化技术和煤气全废热回收技术领域取得重大突破。

主要发明和创新点有：

（1）首次提出了粉煤气化合成气化学激冷理论，发明了两室两段粉煤分级气化工艺，利用一段高温煤气显热，二段投入的煤粉和蒸汽裂解和部分气化反应，在提高煤气有效气成分的同时，吸收热量，使高温煤气得到激冷，与国外技术相比，冷煤气效率提高了1-3个百分点，比氧耗减少10-15%，煤气冷却器和除尘器的尺寸减小40-50%。（专利号：ZL01131780.9、ZL01240407.1、ZL200520079455.8、ZL200720031840.X、ZL200920032085.6）

（2）发明了多支路上出料干煤粉加压浓相送料技术，解决了干煤粉加压输送系统对煤粉水分的适应性差、易堵塞、系统复杂等难题。（专利号：ZL20051004918.3、ZL200520079041.0、ZL200620079543.8）

（3）发明了高温高压高浓相条件下炉内间接测温方法，开发了粉煤加压气化炉炉温测量装置，解决了加压气化炉高温（1400-1700℃）测量的难题。（专利号：ZL2011 1 0137544.9、ZL 201120170486.5）

（4）首次开发了干煤粉加压气化装置的协调控制策略及控制系统，解决了干煤粉气化装置多变量复杂系统的协调控制及稳定运行问题。（软件著作权号：2013SR032822、2011SR013532）

（5）揭示了煤粉在高温、高压和高升温速率条件下气化反应特性，发明了加压气流床气化炉内流场及温度场预测模型、液态灰渣熔渣和流动传热模型、高压多组分合成气的辐射传热模型，建立了粉煤气化炉炉膛的传热计算方法。（专利号：ZL200610104987.7）

（3）首次建立了高温、高压、高含尘煤气的换热模型，发明了我国首台2000t/d级干煤粉加压气化炉的废热锅炉，实现了高温煤气的全热回收，使气化炉的热效率达到96%。

（7）国内首次自主完成了超大型锻件斜岔口空间组对、大焊深不规则焊口自动焊接、气化炉膜式水冷壁大面积镍基合金堆焊和自动焊接的水冷壁拼排等气化炉制造、安装新工艺，解决了大型气化炉制造过程的难题。

其它重要技术创新点：（8）完成了干煤粉加压气化炉的制造工艺和安装工艺；（9）完成了大型干煤粉气化试验和工艺运行规程，可避免大型煤气化装置在调试和试验过程中关键设备的损毁，大幅度缩短调试和试生产时间。

中国石油和化学工业联合会对IGCC 电站的2000t/d 两段式干煤粉加压气化炉进行了现场考核，考核专家组认为：该装置采用自主知识产权的创新技术，考核期间运行稳定、安全可靠，技术指标达到了设计要求。有效气产量达到137600 Nm3/h，冷煤气效率达到82.6%，热煤气效率达到96.6%，比氧耗为309Nm3/1000 Nm3(CO+H2)，碳转化率大于99%。西安热工研究院对IGCC 发电性能进行了考核试验，考核结论如下：“达到100%负荷额定工况，发电功率达到265MW，联合循环的试验热耗率为7723.9kJ/（kW.h），发电效率为46.61%，折算成标准发电煤耗为263.6g/（kW.h）。”

该项目及依托该技术建成的我国首套IGCC发电装置整体通过了中国电机工程学会组织的成果鉴定，以倪维斗院士为组长的鉴定委员会认为： “……IGCC 关键技术整体上达到了国际先进水平，两段式干煤粉加压气化技术达到国际领先水平，对我国IGCC 和煤气化技

术的开发与应用具有重要的意义。”

该项目的煤气化技术通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定，以谢克昌院士为组长的鉴定委员会认为：“……两段式干煤粉加压气化技术具有自主知识产权、指标先进、应用性强，与国外同类技术相比，能耗和工程造价低，达到了国际领先水平。”

该项目取得国家知识产权14项，其中发明专利4项，实用新型专利7项，软件著作权3项。

二、项目实施效果及经济社会和效益

该项目开发了我国首套2000吨/天级两段式全废热回收干煤粉加压气化技术，掌握了两段式干煤粉加压气化反应机理和设计方法，掌握了气化炉熔渣、凝渣技术，掌握了合成气氛围下大型干煤粉加压气化炉和废热锅炉的换热计算方法，掌握了大型干煤粉加压气化炉和废热锅炉的自主工程设计、制造方法，掌握了2000吨/天级两段式全废热回收干煤粉加压气化工艺包设计，掌握了大型干煤粉加压气化技术调试、开车和运行技术，首次实现了2000吨/天级全废热回收干煤粉加压气化装置自主知识产权、自主设计、建设、调试、开车、运行，为我国培养了一大批大型干煤粉加压气化技术研发、设计、建设、运行的技术人才。

该项目整体技术已于2012 年11 月6 日在华能天津IGCC 电站正式应用。经过三年多的运行考验，煤气化装置和IGCC 机组达到连续满负荷稳定运行，实现了高效发电及污染物近零排放，标志着我国在清洁煤发电领域取得了重大突破。

通过该项目实施，产生了良好的经济效益：

（1）与引进国外技术相比，本项目节省专利费、技术服务费约6000万元。

（2）与同类装置相比，采用本技术后，废锅、飞灰过滤器等关键设备规模减小，共计节省设备初投资约3000万元。

（3）与同类装置相比，采用本技术空分规模减小约15%，激冷气循环规模减小70%，相应的装置初投资减少约1000万元，年运行费用节省约2000万元。

（4）近三年该技术转让新增利润31600万元。

社会效益：

（1）形成了具有自主知识产权的两段式全热回收干煤粉加压气化技术，研制出我国首台2000t/d级干煤粉加压气化装置，技术指标达到国际领先水平，打破了国外对干煤粉全热回收气化技术垄断，建成了我国首套250MW级IGCC发电装置，为我国煤基清洁发电更先进、可靠和廉价的气化技术和装备。

（2）形成了一支掌握干煤粉加压煤气化研发、设计、运行的人才队伍，为我国大型煤气化技术的发展奠定了人才基础。

（3）本技术可广泛应用于煤化工、煤制油、煤制天然气、清洁煤发电等领域，对保障国家能源安全，实现能源的清洁、高效、可持续发展等具有重要的意义。

（4）本技术的成功开发和应用，带动相关技术的发展达到世界先进水平。可大幅度降低该技术的投资成本和运行成本。

该项目建成了我国首套具有自主知识产权的2000吨/天级干煤粉加压气化装置和我国首套IGCC发电装置。煤气化装置经中国石油和化学工业联合会组织的考核运行和技术鉴定表明，装置有效气产量达到137600 Nm3/h，冷煤气效率达到82.6%，热煤气效率达到96.6%，比氧耗为309Nm3/1000 Nm3(CO+H2)，碳转化率大于99%，整体技术性能优于国际同类技术水平。依托该技术建成的250MW IGCC发电装置经西安热工研究院考核和中国电机工程学会鉴定，发电功率达到265MW，联合循环的试验热耗率为7723.9kJ/（kW.h），发电效率为46.61%，折算成标准发电煤耗为263.6g/（kW.h），处于国际先进水平。本项目开发的IGCC 关键技术和煤气化技术已应用于美国宾州EmberClear 公司266 MW IGCC、美国Summit Power 公司德州清洁能源项目（IGCC 多联产）、天津杨柳青扩建工程等国内外IGCC 项目和煤化工项目中，是我国能源技术首次进入西方发达国家。目前，该技术已在国内外转让应用20余台套。