天津IGCC电站是截至目前我国最清洁环保的燃煤电站。图片来源：中国华能集团公司网
■本报见习记者 李惠钰
一个能对煤炭利用实现物尽其用的整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）项目终于成功落地。
近日，我国第一座、世界第六座IGCC电站——华能天津IGCC示范电站正式投产，该电站将每年为天津滨海新区提供12亿千瓦时的绿色能源。
作为国家“十一五”“863”计划重大项目依托工程和国家IGCC示范工程，天津IGCC电站由华能集团自主研发、设计、制造、建设和运营。电站的投产也代表着我国成为继美、日等发达国家之后，少数几个掌握IGCC发电技术的国家。
让煤电绿意盎然
目前煤炭在我国一次能源消费中占70%以上，如何实现煤的洁净利用成为业内难以规避的话题。
“作为一种先进的清洁煤发电技术，IGCC同时具备高效环保的优点，无论是发电效率还是污染物排放都远优于传统燃煤电站。”华能集团清洁能源技术研究院院长许世森说。
IGCC是目前国际上被验证的、能够工业化的、最洁净高效的燃煤发电技术。业界普遍认为，IGCC代表了煤基清洁能源未来的重要发展方向。
此次，华能集团联合国内七家大型国有能源企业以及美国博地能源公司，合作建成了国内首座265兆瓦IGCC电站，这也是截至目前我国最清洁环保的燃煤电站。
根据工程设计，天津IGCC电站示范工程的发电效率为48％，发电标准煤耗为255.19克/千瓦时，气化炉热效率达95%，冷煤气效率达84%，碳转化率达99.2%。与常规30万千瓦等级燃煤电站相比，IGCC电站年耗煤量减少约7万吨。
经过“72+24”小时整套试运行，天津IGCC电站投产后，污染物的排放几乎接近天然气电站的排放水平。
许世森对《中国科学报》记者称，目前，该电站二氧化硫排放浓度约为1毫克/立方米、氮氧化物排放浓度约为50毫克/立方米，而粉尘的排放几乎为零。
不仅如此，天津IGCC电站还能够真正实现对煤炭资源的全部利用。
许世森表示，要想解决二氧化硫污染的问题，烟气脱硫是各大燃煤电厂必备的程序。常规电厂大多采用石灰石湿法脱硫工艺，吸收二氧化硫变成石膏等固体废料，而天津IGCC电站却能将煤中的硫回收制成商品级硫磺，硫脱除效率达到99%以上。
另外，天津IGCC电站产生的煤渣含碳量几乎为零，这种高强度的煤渣既可以作为水泥的添加料，也可以用于铺路或作为建筑材料回收利用。
“常规电厂几乎无法达到上述水平。”许世森说。
突破关键技术
实际上，建设IGCC电站一直以来都是清洁煤行业共同的梦想，华能则让这一梦想照进了现实。
作为该项目的技术负责人，许世森虽然日程安排得很满，但仍然乐意接受记者的采访。因为在他看来，华能建成的我国首台具有自主知识产权的两段式干煤粉加压气化炉，真正填补了国内在该领域的空白，具有标杆意义。
“燃机和气化炉是IGCC电站的两大核心。燃机技术我们与国外差距较大，设备还需进口。但我们突破了气化炉这一主设备，能够达到每天处理煤量2000吨级，规模和技术性能达到国外最先进的水平。”许世森说。
可以说，煤气化是IGCC系统的龙头，而干煤粉加压气化技术却长期被国外垄断。针对国外的干煤粉加压气化技术所存在的问题，例如需要大量压缩冷煤气从而损失大量有效能，以及设备造价高等，华能自1990年就开始对其进行攻关，最终突破了三大技术核心——两段分级气化、煤气冷却、液态排渣。
天津IGCC示范电站也是两段式干煤粉加压气化技术的首次工业应用。据了解，该技术采用干煤粉上下两段进料，煤种适应性广，无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、高含硫煤、石油焦等煤种均可适用，转化效率高，环保性能好。
除此之外，另一个让许世森感到自豪的突破是，天津IGCC电站整个系统的工艺设计也由华能自主完成。
“IGCC是煤气化工艺与联合循环发电系统的高度集成，系统比较复杂，所以我们的设计将化工和电力两大行业特点融合在一起，已达到高效洁净发电的目标。”许世森说。
不过，由于工程造价较高，建设IGCC电站在国内依然存在争议。
对此，许世森表示，天津IGCC示范电站仅有一台265兆瓦机组，比目前建设的常规火电站容量小，目前还不属于经济规模。另外，IGCC技术系统复杂，技术正处于发展的初期，许多设备和材料没有实现国产化，这都是导致IGCC电站成本高的主要原因。对于我国第一座IGCC示范电站华能集团付出了巨大的努力，国家在贷款和电价方面也给予了优惠。
“IGCC是一项面向未来的战略性技术。随着技术的进步、系统和设备的不断成熟，加之环保标准的日趋严格和CO2减排要求的不断提高，它的经济性将会逐步显现。”许世森说，“若与煤化工或石油化工相结合，IGCC近期可具有商业经济性。”
目标近零排放
早在2004年，华能就在国内率先提出“绿色煤电”的发展计划，开发示范近零排放的绿色煤电技术。天津IGCC电站的投产，也代表着华能完成该计划的第一阶段。
许世森表示，接下来华能还将对IGCC示范电站进行完善和提升，同时还将基于IGCC的二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）的示范装置，验证其可行性并进行技术储备。
对于CCUS，中国工程院院士、清华大学教授倪维斗曾公开表示：“如果煤电化项目一起做，启动IGCC+CCUS+多联产系统，可以实现煤的清洁利用。”
据了解，华能基于IGCC的CCUS系统已经列入国家“十二五”“863”计划，将建设规模较小的CCUS示范系统，利用并封存6万吨至10万吨二氧化碳，部分捕集的二氧化碳将用于天津地区附近的石油开采。
未来，华能希望“绿色煤电”计划最终能够实现大幅度提高发电效率、达到污染物和二氧化碳近零排放的煤基发电系统。
不过，理想丰满，现实骨感。许世森表示，CCUS是为未来应对气候变化作准备，没有太多的经济效益，不可能一下把规模放大。另外，技术还有许多方面需要突破，比如，如何使得CO2捕集成本进一步降低，如何大规模利用和封存CO2等。
不过，目前国家已经肯定了IGCC+CCUS的前景。正如倪维斗所说：“一旦这种高能效、低污染的利用成为现实，煤就是‘新能源’。这也是将来煤的现代化使用一个最主要的方向。”
《中国科学报》 (2013-01-02 第8版 能源)
