IGCC：馴化最臟的能源
煤炭，這種被環(huán)保組織稱為“最骯臟的能源”，時(shí)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(duì)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(huì)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(shí)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(dá)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(shí)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(shí)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(jī)聯(lián)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)提供充足的動(dòng)力。不過，此時(shí)的合成氣距離進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)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(shí)達(dá)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(duì)流式冷卻器進(jìn)行冷卻，將溫度降至500℃左右。合成氣中的熱則在這兩級(jí)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(jìn)電廠的蒸汽發(fā)電系統(tǒng)（不是合成氣將要進(jìn)入的燃?xì)廨啓C(jī)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(jìn)，“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(jìn)入一個(gè)活性炭箱，以消除有毒的汞等重金屬，隨后，合成氣將進(jìn)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?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)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(dá)到700℃左右，而高效的氣體燃料，通常可以使燃燒艙內(nèi)的溫度達(dá)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(dá)到42%~45%，如果與最先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)搭配，其效率甚至可以達(dá)到50%~60%。與之對(duì)照，目前發(fā)達(dá)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(dòng)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(huì)造成嚴(yán)重的污染，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(cè)算，在未來的40年里，中國仍需要往燃燒著的火電機(jī)組燃燒艙內(nèi)填進(jìn)去800億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如何讓這些燃煤的生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高，同時(shí)又減少對(duì)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(jìn)工藝，不僅可以顯著提高發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)效率，更為可貴的是，其對(duì)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(xiàn)原料。
值得一提的是，燃燒合成氣的燃?xì)廨啓C(jī)也是經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)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?dú)獾墓I(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?xì)廨啓C(jī)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(huì)進(jìn)一步脫除在氣體燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化合物，從而達(dá)到超低排放指標(biāo)。
由于使用了先進(jìn)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(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)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(duì)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(shí)，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(huì)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?jí)嚎s成高壓液體，并加壓注入地下的儲(chǔ)存設(shè)施，以杜絕其進(jìn)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(lì)政策
IGCC不是簡單的“燃料－電力”直接轉(zhuǎn)化裝置，而是一個(gè)由氣化、凈化、燃?xì)怛?qū)動(dòng)、余熱利用、蒸汽驅(qū)動(dòng)，以及機(jī)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(duì)電力行業(yè)的復(fù)合型人才提出了挑戰(zhàn)。
而IGCC的投資費(fèi)用居高不下，經(jīng)濟(jì)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(qiáng)調(diào)的，“IGCC并不是一個(gè)新概念，它是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)證并通過商業(yè)化示范的技術(shù)。”
對(duì)于IGCC而言，只有達(dá)到一定商業(yè)規(guī)模才能有效益，從這點(diǎn)而言，政府是否能夠拿出與補(bǔ)貼新能源類似的鼓勵(lì)政策，將是這個(gè)潔凈煤技術(shù)能否成功商業(yè)化的關(guān)鍵。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
