IGCC：馴化最臟的能源
煤炭，這種被環保組織稱為“最骯臟的能源”，時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，則對中國的生態環境構成嚴重挑戰。
在中國“以煤為主”的能源策略未來數十年不會改變的情況下，以IGCC（整體煤氣化聯合循環）為代表的煤炭潔凈化利用，將是中國能源決策中最務實的選擇之一。
將煤變成氣體
在IGCC的生產工藝中，煤炭并不是作為燃料被直接填入燃燒艙內，而是先被轉化為氣體——技術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，在這里經過高達1500℃的高溫加熱，產生合成氣。
盡管描述起來十分復雜，在實際生產過程中，這不過是電光火石的一瞬間。煤炭的氣化僅需耗時2~3秒鐘，便能形成合成氣。
煤炭中的其他雜質，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，將為與發電機聯動的燃氣輪機提供充足的動力。不過，此時的合成氣距離進入燃氣輪機燃燒還要經歷一段復雜的工藝“旅行”。
從氣化爐出來的合成氣，溫度有時達到1400℃，比普通火電廠燃燒艙內的溫度還要高，需要將其熱量先置換出來。
因此，合成氣要先后經過輻射式氣體冷卻器和對流式冷卻器進行冷卻，將溫度降至500℃左右。合成氣中的熱則在這兩級冷卻器中得到回收，并在冷卻器中產生大約100倍于標準大氣壓的高壓飽和蒸汽——這些蒸汽將輸送進電廠的蒸汽發電系統（不是合成氣將要進入的燃氣輪機發電系統，記者注）中去創造電流。
而經過冷卻的合成氣則繼續前進，“冷”下來的合成氣，需要開始其脫除雜質的“旅程”。
首先，合成氣要進入一個活性炭箱，以消除有毒的汞等重金屬，隨后，合成氣將進入酸性氣體脫除系統，在這里，硫化氫從合成氣中被分離出來，并在后續工藝中被轉化為元素硫，是工業制造硫酸的絕佳材料。
到這里，合成氣已經可以被引入燃氣輪機聯合循環系統進行發電了。合成氣中的氫氣和一氧化碳都是高效的氣體燃料，可以在燃燒爐產生更高的溫度。
一般來說，傳統的直接燃煤發電方式，由于煤炭熱值較低，其燃燒艙內的溫度僅能達到700℃左右，而高效的氣體燃料，通？梢允谷紵搩鹊臏囟冗_到1500℃左右。而更高的溫度，則意味著更高的效率。
采用IGCC系統的電廠，發電效率可以達到42%~45%，如果與最先進的燃氣輪機搭配，其效率甚至可以達到50%~60%。與之對照，目前發達國家火力發電廠的平均發電效率為37%左右。
馴化最臟能源
而比效率提高更讓人動心的是，IGCC電廠大大降低了污染物排放。
傳統的煤炭燃燒發電方式，會造成嚴重的污染，據統計，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電廠產生。
即使按照最樂觀的減排方案測算，在未來的40年里，中國仍需要往燃燒著的火電機組燃燒艙內填進去800億噸標準煤，如何讓這些燃煤的生產效率進一步提高，同時又減少對大氣的污染，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電的復雜先進工藝，不僅可以顯著提高發電機的生產效率，更為可貴的是，其對污染排放的有效控制，可以滿足最為嚴苛的環境政策的需求。
由于煤炭并未直接被燃燒，粉塵的產生幾率被降到了最低，而煤炭中的硫（直接燃燒產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，并為其后的化學工藝貢獻原料。
值得一提的是，燃燒合成氣的燃氣輪機也是經過特殊設計的，特設的空分系統（簡單地說，就是用來把空氣中的各組氣體分離，生產氧氣、氮氣的工業設備），將高壓的惰性氣體氮（有的工藝則使用低壓氮）作為燃氣輪機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，安裝于余熱鍋爐內的選擇性催化還原（SCR）裝置，也會進一步脫除在氣體燃燒過程中產生的氮氧化合物，從而達到超低排放指標。
由于使用了先進的輻射式氣體冷卻器，IGCC工藝還顯著減少了工業用水量。傳統的火電廠都是耗水大戶，而實現商業運營的國外IGCC電廠已證明IGCC工藝可以節約大約30%的水——這對于中國非常具有吸引力，要知道，中國產煤的地方，一般都是缺水的。
與此同時，在大氣不斷變暖的背景下，工程師們還可以輕松地在IGCC系統上架設碳捕捉、封存甚至利用的工序，來為IGCC繼續加分。
水煤漿經過氣化爐后，會伴生大量的二氧化碳，富集的二氧化碳可以通過適當的設備輕松地被捕捉和分離出來。
依據需要，人們要么可以將二氧化碳壓縮成高壓液體，并加壓注入地下的儲存設施，以杜絕其進入大氣繼續為溫室效應作祟；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產，用于生產甲醇等。
期待鼓勵政策
IGCC不是簡單的“燃料－電力”直接轉化裝置，而是一個由氣化、凈化、燃氣驅動、余熱利用、蒸汽驅動，以及機械能轉化為電能等一系列環節組合而成的復雜系統，其中很多技術與傳統常規發電行業素無瓜葛，甚至毫不相干（但早已在其他行業發展和應用），開發IGCC，需要打破歷來的行業界限，這對電力行業的復合型人才提出了挑戰。
而IGCC的投資費用居高不下，經濟上仍然無法與常規燃煤電站相競爭，目前仍然是制約IGCC快速發展的最重要原因。
不過，正如IGCC技術全球的領跑企業之一美國通用電氣公司在其關于IGCC的宣傳片中反復強調的，“IGCC并不是一個新概念，它是一個經驗證并通過商業化示范的技術。”
對于IGCC而言，只有達到一定商業規模才能有效益，從這點而言，政府是否能夠拿出與補貼新能源類似的鼓勵政策，將是這個潔凈煤技術能否成功商業化的關鍵。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
