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摘要：整体煤气化联合循环（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）发电技术是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。由于它采用了燃气-蒸汽联合循环，大大地提高了能源的综合利用率，实现了能的梯级利用，提高了整个发电系统的效率，更重要的是它较好地解决了常规燃煤电站固有的污染环境问题。但由于建设和运营成本较高，随着燃煤电站发电效率和环保效率的提升，特别是风光清洁能源在国内的蓬勃发展，IGCC在发电领域的竞争能力日趋下降。本文主要分析了IGCC电厂的特点和大容量燃煤电站及清洁能源对其的竞争影响，系统阐述了其发展历程，并探讨了IGCC的下一步发展方向。
关键词：IGCC电厂；特点；发展历程
一、IGCC电厂的起源
上世纪70年代初期由中东战争引发的石油危机以及不断恶化的环境污染问题，给世界带来巨大影响和冲击。西方主要工业国家从经济发展和国家安全的战略角度考虑，推行能源多样化的政策，并鼓励发电行业燃料多样化。因此，各国政府在考虑利用储量丰富的煤炭资源时，特别重视洁净煤技术的研究与开发工作。各种形式的洁净煤发电技术经过几十年的努力得到了很大发展。如整体煤气化联合循环（IGCC）增压流化床燃煤联合循环（PFBCC），常压流化床燃煤联合循环（AFBCC），外燃式燃煤联合循环（IFCC），直接烧煤粉（或水煤浆）联合循环（DFPCCC），整体煤气化燃料电池联合循环（IGFCCC）以及磁流体发电联合循环（MHDCC）等。但从大型化和商业化发展来看，各国开发研究的重点主要放在IGCC上，投入人力物力最多，已建和在建的示范项目也占多数。
二、IGCC的发展历程
对IGCC发电技术的开发和研究始于70年代。自1973年德国在LÜnen市Kellerman电厂建设了世界上第一座IGCC示范电站以来，国外先进国家一直在对IGCC技术进行研究和探索。在验证装置的基础上，自20世纪90年代以来，国际上先后建设了五座以煤为原料、纯发电大型化的（250－300MW）商业示范装置，分别是美国的WabashRiver和Tampa、荷兰的Buggenum、西班牙的Puertollano电站、日本的Nakoso电站。进入二十一世纪，美国印地安纳州的edwardsport电站（装机容量618mw）、密西西比州的kemper电站（装机容量582mw）分别于2013年和2016年建成投产。
我国对IGCC发电技术的开发和研究也始于70年代，在90年代初正式启动了山东烟台IGCC示范项目研究，在本世纪初再次启动了天津绿煤、河北廊坊、浙江半山等多个项目不同技术路线的示范项目研究，直到2012年底建成第一个示范电站华能天津绿煤电站示范工程。
三、现阶段IGCC发展特点
（一）燃料的适应性广
IGCC对燃料的适应性主要取决于所采用的气化炉型式及给料方式，对于干粉加料系统，可以适合从无烟煤到褐煤的所有煤种；对湿法加料的气化工艺，则适合灰份较低和固有水份较低的煤；对高灰熔点的煤种，应加助熔剂（如石灰石）。对目前已投运的IGCC电站和试验装置的调查来看，燃料的适应性是比较广的，此外，气化炉对石油焦也能气化。但应该指出的是，针对某一种燃料所设计的气化炉，其燃料适应性是有限制的。
（二）具有较高的热效率
IGCC具有联合循环的特点，因此具有较高的循环热效率。但由于在气化和净化过程中能量转换所造成的损失，使其热效率低于燃气联合循环机组的热效率。IGCC热效率的高低主要取决于燃气轮机的燃烧温度、气化显热的回收利用程度和整体化程度。目前商业化的先进的燃机组成的燃气联合循环机组的热效率可达55％，IGCC的热效率可达43％～45％（低位热值，以下同）。随着燃气轮机叶片冷却技术的不断开发和应用，新型燃机（如GE公司的H型燃机）组成的联合循环热效率将达到60％，相应的IGCC的热效率也将达到50％；若同时采用高温净化技术（热量损失减少），IGCC的热效率将可望达到54％。
（三）对环境污染小，废物回收利用的条件好
燃煤发电造成的污染主要是SO2、NOX粉尘。IGCC技术是在合成气进入燃气轮机之前进行脱硫和除尘，合成气中的硫以H2S和COS的形式存在，在脱硫装置中，98％以上的硫被清除，并在硫回收装置中以硫磺或硫酸（取决于硫回收工艺）的方式得到回收。控制NOX的排放是采用N2回注（来自空分装置）或其他方式，使NOX的排放低于25mg/kg。燃气轮机对入口的含尘量和含尘浓度有很严格的限制，比排放标准的要求要高很多，一般IGCC的粉尘排放低于10mg/Nm3。气化炉的排渣（占灰渣总量的90％左右）是以液态方式经水冷却后排出的，属惰性无析出渣，可出售用于筑路、制砖等，可进行综合利用。由于IGCC电站是在工质（合成气）燃烧前净化，其净化装置对二氧化碳具有优越的捕集能力，因此IGCC从技术方面讲，更具有二氧化碳减排能力，而传统燃煤电站只能在燃烧后尾部烟气进行二氧化碳捕集，技术难度大，捕集能力弱。
（四）节水
IGCC的燃气轮机发电部分占总发电量的50％～60％，蒸汽轮机发电部分占40％～50％，因此IGCC电站的耗水量也只有常规火力发电厂的一半左右。
（五）可实现多联供
气化炉产生的煤气可用于发电及供热，以及用于制作合成氨、尿素等，也可供城市居民生活用气。
（六）负荷响应速率低
IGCC负荷响应速率受制于煤气化炉、空分的负荷响应速率以及系统流程过长、运行期间前后系统相互影响等因素，其负荷响应速率仅在1%/min左右，难以满足电网对负荷调度的要求。
四、大容量火电机组及新兴清洁能源对其发展的影响
在我国，随着大容量火电机组的兴建和风电、光伏清洁能源的蓬勃发展，发展IGCC以提高环保效益的必要性已日趋下降。
（一）大容量火电机组的发电效率已能达到42%以上，与IGCC趋同，IGCC与传统煤电的效率竞争优势不复存在。
（二）大容量火电机组的粉尘排放已经达到10mg/Nm3以下，二氧化硫排放达到30mg/Nm3以下，氮氧化物排放达到50mg/Nm3以下，已全面赶超IGCC的排放水平。
（三）风电、光伏发电因造价迅速降低而得以蓬勃发展，一方面替代了燃煤的清洁利用，一方面对电网的调节负荷能力有了更高的要求，IGCC很低的负荷响应速率显然更加难以适应电网的要求。
在全球范围内，由于页岩气开采技术的成熟和大规模的开发，天然气价格的下降，也给IGCC带来了不小的冲击。
五、IGCC的下一步发展方向探讨
虽然IGCC在纯发电领域内的发展已不具备竞争优势，但随着国家对煤化工领域环保和能效要求的进一步提升，IGCC与煤化工实现煤电化联产，能够有效利用煤化工领域的废气和废热，实现能量的梯级利用，降低污染物排放。国家电投鄂尔多斯煤制烯烃项目的研究表明，煤制烯烃项目与IGCC相结合（替代传统燃煤锅炉供汽，以汽定电），能效可提高2%左右，吨烯烃标煤耗可降低0.2%左右，污染物排放大幅下降，对投资和经济性影响较小。研究结果表明，IGCC在煤电化领域的多联产应用有可预期的前景。
参考文献：
[1]韦思亮，倪维斗，刘肖明.《IGCC电站中气化炉控制系统研究》.热能动力工程.第17卷(总第102期2002年11月).
[2]张晓鲁,李新春,宿凤明.廊坊IGCC热电联供项目脱碳示范技术方案研究[J].洁净煤技术.2012(01).