（华能（天津）煤气化发电有限公司 336000）
摘要：文章以IGCC再热联合循环热力系统与和优化为研究对象，首先对IGCC系统进行了阐述分析 ，随后围绕如何进行IGCC再热联合循环热力系统优化，提出了一些针对性的措施，以供参考。
关键词：IGCC；节能减排；优化
前言
当前我国在实际发电过程中，仍以煤炭作为主要的能源，而由于煤炭燃烧会产生大量的污染气体，从而对社会整体环境带来严重的破坏影响。而IGCC再热联合循环热力系统融合了煤气化技术，同时还配置了高效的联合循环，在提升系统发电效率的同时，还能够降低煤炭的消耗，通过对该系统作进一步的优化分析，能够使其发挥出更大的作用价值，推动社会经济实现更好发展。
一、IGCC系统概述
IGCC系统全称为整体煤气化联合循环发电系统，这是当下一种较为先进的动力系统，在该系统之中不仅融入了煤气化技术，同时还配置了高效的联合循环，从而有效能够在提升系统发电效率的同时，还能够降低煤炭的消耗。IGCC系统通常由两部分组成， 一部分是煤的气化与净化，另一部分是燃气－蒸汽联合循环发电。上述两部分各组设备组成也各不相同，一部分设备组主要作用是进行煤的气化与净化，因此相关的设备 可包括气化炉、空分装置、煤气净化设备等，另一部分的设备组成主要是进行蒸汽与燃气联合循环发电，因此相关设备组成为燃气轮机发电系统、蒸汽轮机发电系统以及一些锅炉设备。
IGCC技术实施过程并不复杂，在气化炉的作用下，煤炭会经历气化过程成为煤气，这种煤气包含有多种杂质以及污染物气体，比如粉尘、二氧化硫。氮氧化物等，需要经过空分装置与煤气净化设备进行净化，将上述杂质与污染物气体去除，让煤气变为更加清洁的气体燃料，然后这些清洁燃料会被送入燃气轮机进行燃烧，燃气轮机的主要动力来源是加热气体工质，使其能够持续做工，并进行排气进入余热锅炉之中，由锅炉进行加热给水，由此会产生很大过热蒸汽，这些蒸汽能够有效推动蒸汽轮机做工，完成新一轮的发电。
而对于IGCC技术而言，主要通过将煤炭的气化清洁与燃气－蒸汽联合循环发电结合在一起，从而既能够提高发电效率，还能有效降低发电过程中带来的污染物排放，因此在国家大力推进节能减排的大背景之下，IGCC技术在正式投入生产后将会有着非常广阔的发展前景，从当前具体生产数据来看，IGCC技术在实际应用发电过程中，净效率最高可达到45%，预计随着时间的推移，相应技术应用不断成熟，IGCC净效率仍有着较大的增长空间。相较于传统煤炭直接燃烧发电的方式，IGCC自身有着一定的特殊性，其通过先将煤气化，在这一过程中，需要先将空气中氧气分离出来，作为气化过程所需要的氧化剂，煤气流量与仅相同容量机组烟气量相比，在加压状态下，前者仅仅是后者的1/6，因此采用可再生化工净化回收工艺进行煤气处理，能够有效提高煤气污染物去除效率，这一效率最高可达到98%，同时在这一过程中，还能够回收分离高纯度的硫，能够有效提升煤炭资源利用率。相较于常规容量火电机组， 同等容量下的IGCC机组用水量更小，一般后者用水量仅仅是前者的50%至30%，能够起到良好的节水效果。不仅如此，IGCC还能够对二氧化碳进行深度化处理，应用成熟的工艺能够成功分离86%左右的二氧化碳，基本实现了燃煤发电污染物近零排放。除此之外，IGCC 技术自身还有着良好的应用灵活性，能够与其他先进发电技术进行灵活的组合，形成多种发电方式，比如IGFC（煤气化燃料电池）IG-HAT（煤气化哈特循环）等，未来发展前景非常广阔[1]。
二、IGCC再热联合循环热力系统优化分析
对于常规的联合循环而言，自身所燃烧的燃料为天然气。而在IGCC系统致中和，燃料通常为煤炭气化后的煤气。
从热力学第二定律中我们能够认识到，能量品味降低方向是不可逆方向，无论对于何种品位梯次的能源而言，只有根据其品位逐级利用，才能够提高能源利用率，同时还能起到良好的节能效果，因此可以对当前IGCC系统作进一步的优化，通过改变燃气蒸汽联合循环系统布置，在其中加入“高压再热”与“中间冷却”两部分布置，形成一种新的IGCC系统，并在系统内部形成进气的两级压缩，燃料也会经历两次燃烧，同时还工质还会产生高压、中压两次膨胀。本次提出的新型热力循环，在能量梯级应用上体现在两方面，一是按质用能，在地质能源能够完全做功的情况下，不随意使用高质能源进行替代，在采用高质能源进行燃烧做功时，尽量降低传热温差，有效提升能源做功效率，另一方面是逐级多次利用能源，简单来说就是针对于高质能源的应用，不会在同一个设备之中完全用尽。高质能源在应用过程中，自身能质在不断下降，通过根据其不同能质，使其在不同设备中进行应用，更能够有效提升能源的利用率[2]。
在燃气轮机中，透平分为两种，分别是高压透平和中压透平，在这二者之间，再增加一个再热燃烧室，使燃气在流出高压透平后，进入中压透平，再次与燃料进行混合燃烧，从而能够形成新的再热燃气轮机循环，在压力 与温比不变的情况下，通过加入再热循环，虽能使比功增大，但会降低热循环效率。为解决这一问题，在实际使用再热循环时，通过增加燃气轮机压比，可有效提升循环效率。同时值得注意的是，提高燃气轮机高压透平压力到多少数值才能保证循环热效率最高，这与热循环系统的结构与参数特点有着密切的关系，因此需要通过进行系统模拟，做好相关的数值计算，才能够算出高压投平最佳的高压压比。从理论上而言，再热型燃气轮机非常适合在余热锅炉型联合循环中使用，究其原因在于，在再热循环的附加循环中，通过加入一定燃料所产生的热能。除去一部分热能被燃气轮机直接转化成机械功外，其余的部分热能，都留在了燃气轮机的排气中，这虽然不利于燃气轮机自身循环效率提升，但对于联合循环系统而言，却非常有利。
与此同时，在本次新的高压再热循环系统中，还进行了“中间冷却”部分布置，通过将高压燃气轮机的压气机分为高、低压两个部分，在二者之间，增加一个中间冷却器。通过在水或其他介质的帮助下，能够对从低压压气机中流出的空气进有效的冷却，在冷却完毕后，再将其送入高压压气机，从而能够形成一种中间冷却循环，这种冷循环一般能够有效降低压气机的功耗，还能够有效增加工质的吸热量，使得比功得到有效的增强，但在压比与温比不变得前提下，将会降低燃气循环的热效率，因此为有效解决这一问题，在采用中间冷却部分的同时，进一步增加燃气轮机的压比，在此基础上，再将间冷器放出的热量进行有效的回收，必然能够有效提升循环热效率。不仅如此，同采用中间冷却部分，还能够有效降低压气机内工质的温度，从而压气机能够在短时间内快速达到非常高的压缩比，有效降低能耗使用。通过将这二者结合在一起，既能够提高发电效率，还能够降低污染物排放，从而使得IGCC再热联合循环热力系统得到更好的优化[3]。
总结
综上所述， 针对于于传统的IGCC系统，通过对其系统布置作进一步的改变，在其中加入“高压再热”与“中间冷却”两部分布置，形成一种新型的IGCC系统，这一系统在实际发电过程，能够有效提升能源利用效率，降低煤炭资源损耗，同时还能够起到良好的节能减排效果，最终能够有效提升发电效益，推动社会经济实现更好的发展。
参考文献
[1]沈又幸, 李硕平. IGCC电厂设备与系统优化部分关键点的探讨[J]. 燃气轮机技术2008(3):14-17.
[2]施强, 乌晓江, 徐雪元, et al. 整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术与节能减排[J]. 节能技术, 2009, 27(1):18-20.
[3]林汝谋, 金红光, 刘泽龙,等. IGCC中燃气轮机技术方案与设计优化[J]. 燃气轮机技术, 2001, 14(3):1-9.