华能（天津）煤气化发电有限公司：突破IGCC技术，打造低碳高效燃煤电站示范工程

电站全景

　　8月1日，华能（天津）煤气化发电有限公司发来喜报，由中电工程西北院总体设计的华能天津IGCC电站示范工程，其核心设备2000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉已连续运行100天，实现了气化炉“安、稳、长、满、优”运行目标！为此，我们专门采访了西北院发电业务副总工程师、该项目的设计总工程师韩子俊，听他讲述了该项目设计、建设以及投运后的诸多故事。

绿色环保的IGCC

　　“IGCC是Integrated Gasification Combined Cycle的英文简称，该技术是把煤气化和燃气—蒸汽联合循环系统有机集成的一种洁净煤发电技术。”韩子俊说：“与一般的燃煤发电技术不同，IGCC洁净煤发电技术是多工艺过程的高度集成，系统复杂，子系统多、设备数量多。主要包括煤气化子系统、煤气净化子系统、空气分离子系统、联合循环子系统。各子系统之间存在着多种多样的热量和工质交换，分别涉及到煤化工技术、化工技术、制冷技术和发电技术。”
据韩子俊介绍，目前世界范围约有18座IGCC电厂，约4200兆瓦机组在运行。IGCC电厂在世界范围经过十几年的发展，供电效率已达到设计值43％，可用率达到85％。IGCC发电技术发电效率超过超临界等其它发电技术，它优越的环保特性，各种污染物排放量都远低于最先进的环保标准和要求。可以说，IGCC是目前现有发电技术减排CO2温室气体最可行、经济的方法，为规模化、经济化去除CO2创造了条件。华能天津IGCC电站示范工程全厂毛效率达到48.6%，综合除尘效率达到99.99%，脱硫效率达到99.97%，碳转化率大于99%，粉尘排放小于0.13毫克/标立方，SO2排放小于0.5毫克/标立方，污染物排放指标为煤基发电机组的最好水平，先进的环保指标充分体现了IGCC机组清洁高效的示范作用。

自强自立的IGCC

　　“在华能天津IGCC电站示范工程之前，我国在该技术领域，从设计、制造、建设、运营各个方面全面处于劣势，不掌握核心工艺包技，不掌握系统集成和优化设计体系，不掌握关键设备的研发、设计和制造，不掌握IGCC电站的建设和运营技术。”韩子俊说，“天津IGCC项目作为我国洁净煤发电技术研究开发的示范工程，改变了这一局面，可说是我国自强自立的工程典范。它对我国突破关键设备的研发制造、掌握IGCC洁净煤发电技术、实现煤炭发电可持续发展，建设资源节约型、环境友好型社会和创新型国家具有重要意义。”
韩子俊介绍，华能天津IGCC电站示范工程被列为国家“十一五”863计划以煤气化为基础的多联产重大项目依托工程，肩负着推进我国洁净煤技术发展，提升我国装备制造业技术进步的历史使命。得到了国家发改委、科技部、环保部等部委的大力支持，受到亚洲开发银行，亚太清洁发展与气候变化组织的高度关注。
华能天津IGCC电站示范工程是按照自主开发、自主设计、自主制造、自主建设、自主运营的原则，建成的具有完全自主知识产权的我国第一座250兆瓦级IGCC示范电站。由西北院承担总体设计，中石化宁波工程公司负责气化岛设计；由华能清洁能源研究院提供整体工艺包及气化炉专利技术；由上海电气集团股份有限公司制造、开封空分集团、杭州锅炉集团有限公司研发关键设备；由天津电力建设公司、中石化第四建设公司联合建设；由西安热工研究院进行开车调试。在整个项目过程中，参建各方密切配合、协同创新、精心优化，终于形成了完备的IGCC自主知识产权体系，打破了国外技术和设备的垄断。天津IGCC电站示范工程是产研合作、央企协同创新的典范工程。

创新驱动的IGCC

　　“华能天津IGCC电站示范工程创造了诸多国际国内纪录，其中国际首创2项，国际领先1项，国内首创或首次采用23项，国内领先1项，电力行业首创8项，石化行业首创6项。2大类12项指标创煤基发电机组最优水平。”韩子俊如数家珍，“本工程或依托本工程已经取得的专利共26项，包含发明专利9项，实用新型专利17项，其中属于西北院的发明专利1项，实用新型专利8项；正在申报中的发明专利共4项；本工程或依托本工程公开发表的论文72篇，专著1本，软件著作权2项；本工程或依托本工程列入国家“十一五”863计划项目3项；本工程承担的华能集团公司科技课题1项，承担的中国电力顾问集团科技课题3项。”
韩子俊说，在设计过程中，西北院严格贯彻“建成国内第一台具有自主知识产权的IGCC示范机组，成为国内最清洁高效的燃煤电厂”的总体目标；按照“设计一流、自主创新、先进可靠、清洁高效”的设计指导思想，发扬“敢为人先、敢为人所不能”的创新精神，大胆探索，勇于实践，在国内没有任何经验可借鉴的情况下，先后攻克技术复杂程度极高，系统集成度极高，设计难度极大等多项技术难题。在不断进行科技创新的基础上，设计人员从IGCC工艺路线、IGCC整体工艺系统集成及优化、IGCC主要设备研发及设计、IGCC子工艺系统设计优化、IGCC整体控制策略及控制系统、厂区及厂房设备布置、精细化及专业化设计等各个方面还提出了主要优化设计项目共计150余项。可以说，天津IGCC电站示范工程每一个细节都闪耀着科技创新和技术优化的光芒。
对于本文开篇所提到的2000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉，韩子俊介绍，两段式干煤粉加压气化技术及气化炉，从研发、设计到制造，完全实现了国产化，摆脱了以往完全需要国外专利商的技术依赖，已获多项国家发明专利及实用新型专利。对于气化炉燃烧不稳、炉内堵灰堵渣、烧嘴罩频繁泄露、单一煤种试烧等影响连续运行能力的难题，也在后续的设计服务、设备治理和技术改造过程中得以不断解决。
韩子俊还介绍，本工程已经取得行业协会科技奖励3项，于2015年通过了中国电机工程学会组织的科学技术成果鉴定，获得2015年度中国电力科学技术一等奖，并获得2015年度电力行业工程优秀设计一等奖。目前正在申请国家科学技术进步奖。

不断超越的IGCC

　　“华能天津IGCC电站示范工程于2009年9月6日正式开工建设，2012年4月17日气化炉投料点火成功，2012年9月5日IGCC工艺流程全线贯通，2012年11月6日通过72+24小时试运行。”韩子俊语气充满自豪，“38个月的建设周期，创造了世界上同类型IGCC电站工程建设速度最快、调试时间最短的世界记录，标志着具有我国自主知识产权、代表世界洁净煤发电技术前沿水平的‘绿色煤电’计划取得了实质性突破。”
韩子俊继续介绍，工程投运近4年来，在总结调试阶段相关经验的基础上不断的探索、消缺、调试和改进，整套工艺系统已能够满足整套机组一定周期的运行需要，运行和发电能力不断向前大步迈进。
2013年，保持了“零事故、零伤害、零污染”的安全平稳局面。影响IGCC稳定运行的难题得到初步解决，全年完成发电量2.2亿千瓦时，优于其他国家同类机组当期水平。
2014年，围绕提出力的目标，重点策划安排了26个试验项目，进一步挖掘系统潜力，优化参数匹配，改善控制方式。IGCC安全稳定运行水平大幅改善。全年运行5500小时，最长连续运行63天，稳定负荷超过240兆瓦，完成发电10.8亿千瓦时，超过年度计划80%。
2015年，全年完成发电量12.02亿千瓦时，成功组织IGCC连续72小时满负荷试验，机组平均负荷率达到96.5%，机组最大负荷265.9兆瓦，各项指标均创最好水平。气化炉连续运行最长达到81天，机组最长连续并网运行80天，累计发电42325.7万度，机组平均负荷218.9兆瓦，IGCC机组稳定性和可靠性都大幅提升。
2016年，机组负荷能够稳定在265兆瓦左右，截至8月1日机组连续运行时间突破100天，实现了气化炉“安、稳、长、满、优”运行目标！
谈到华能天津IGCC电站示范工程的未来，韩子俊信心百倍，他表示西北院将继续紧跟设计服务，深耕设备治理和技术改造，协助业主方攻克后续遇到的难题，IGCC电站的连续运行能力一定会再得到新的超越。

　　
后 记
华能天津IGCC电站示范工程兼具绿色发展、火电优化、科技创新三项特征，是我国清洁煤技术领域的一座里程碑工程。天津IGCC示范工程的使命已经远远超出了建设和运行一座电站本身。对于我国总结IGCC发电技术经验，推动我国洁净煤技术发展，促进煤炭清洁高效利用和电源结构优化，开发污染物和CO2近零排放电站，储备应对气候变化的关键技术，增强自主创新能力，促进国内研究、设计、制造等相关企业掌握自主知识产权的重大技术，保持煤炭和电力工业可持续发展，建设资源节约型、环境友好型社会将产生积极而深远的影响。