摘要：近年来，褐煤提质技术的发展使得褐煤的高效利用成为可能。基于一种先进的褐煤干燥技术—内部废热利用流化床干燥(wirbelschicht-trocknungmitinternerabw.rmenutzung，WTA)，采用ASPENPlus软件及美国电力研究协会(electricpowerresearchinstitute，EPRI)的技术评价准则(technicalassessmentguide，TAG)，分别对烟煤整体煤气化联合循环(integratedgasificationcombinedcycle，IGCC)电站和褐煤IGCC电站进行技术经济性分析。详细介绍了WTA单元及燃气轮机变工况的建模方法。计算结果表明，引入WTA技术后，褐煤IGCC电站的发电效率比采用传统干燥方式时约提高4.6个百分点，整体性能与烟煤IGCC电站相差不大；而褐煤IGCC电站的发电成本比烟煤IGCC电站低24.4%。高效的褐煤干燥技术能显著提高褐煤IGCC电站的效率，而褐煤低廉的价格又对降低发电成本十分有利，褐煤很可能成为比烟煤更适合IGCC的燃料。
　　关键词：整体煤气化联合循环；褐煤干燥；燃气轮机变工况；ASPENplus；技术经济性分析
　　0、引言
　　褐煤是一种煤化程度低的煤炭资源，据第三次全国煤炭资源调查，我国已探明的褐煤保有储量为1.311.42亿t，约占煤炭总保有储量的13%。与烟煤、无烟煤相比，褐煤的开发利用还不够充分。目前，整体煤气化联合循环(integratedgasificationcombinedcycle，IGCC)系统的原料仍以烟煤为主，褐煤由于水分灰分高、热值低，还难以直接在IGCC普遍采用的大型喷流床气化炉(如Texaco、Shell等)中很好地气化，而能够较好地气化褐煤的固定床气化炉(如Lurgi炉)，单机容量较小，并不是最适合IGCC的气化技术。近年来，随着人们对褐煤提质技术的深入研究，有效合理地利用褐煤已经成为可能。
　　褐煤提质是指通过脱水、脱灰、低温热解等方法来改善褐煤的煤质，提质后的褐煤水分显著降低，发热量大幅度提高，不仅便于运输和储存，还有利于燃烧、气化等使用。褐煤提质是高效利用褐煤的关键。WeiglK等和KakarasE等对比了褐煤燃煤电站分别采用外部干燥(即褐煤预干燥)和内部烟气循环干燥时的系统性能，结果表明采用外部干燥能使整个褐煤电站的发电效率提高5个百分点左右。目前，我国的非蒸发脱水和成型提质技术尚不够成熟，褐煤提质以机械干燥、蒸发干燥为主。
　　但这2种干燥方法耗能较大，会导致电站热经济性变差。本文介绍了一种先进的褐煤干燥技术—内部废热利用流化床干燥(wirbelschicht-trocknungmitinternerabw.rmenutzung，WTA)，将该技术应用于褐煤的气化前处理，能有效提高褐煤IGCC系统的效率，进而改善褐煤IGCC系统的性能。
　　TzimasE等设计了分别基于烟煤和褐煤，以电和氢气为产品，带二氧化碳捕集的IGCC系统，但其研究重点为最适合该IGCC电站(产氢、带CCS)的烟煤和褐煤气化技术，并没有详细对比烟煤和褐煤用于IGCC的性能或经济性。ZhengL等曾对采用3种煤(烟煤、次烟煤、褐煤)和4种气化技术
(Texaco、Shell、BGL、KRW)的12个IGCC系统进行过性能对比，结果显示褐煤对气化技术的适应性好于烟煤和次烟煤，褐煤是比烟煤或次烟煤更适合IGCC的燃料。但该研究中没有说明在计算IGCC系统性能时是否考虑了褐煤干燥过程的耗能，且并未进行基于不同燃料IGCC电站的经济性对比。考虑到褐煤丰富的储量及低廉的价格，褐煤IGCC的发电成本有可能比烟煤IGCC低。与烟煤IGCC电站相比，采用先进干燥技术WTA的褐煤IGCC电站在性能和经济性上究竟有何优劣是本文要研究的问题。
　　本文设计了基于徐州烟煤和霍林河褐煤的2个IGCC系统，用ASPENPlus软件进行流程模拟，并采用美国电力研究协会(electricpowerresearchinstitute,EPRI)的技术评价准则(technicalassessmentguide，TAG)进行了经济性分析。文中详细介绍了WTA褐煤干燥技术和IGCC系统在ASPENplus中的实现，尤其是燃气轮机变工况模型；给出了清晰的TAG模型计算流程框图以及适用于我国情景的模型参数。对烟煤IGCC及褐煤IGCC的性能和经济性的对比结果对我国IGCC的燃料选择有一定的参考价值。
　　1、IGCC系统配置及煤质特性
　　本文设计的2套IGCC系统，均采用Shell气化炉和N2部分回注的独立空分单元，动力岛均由GE的MS9001FA燃机和1套三压再热余热锅炉及汽轮机组成，2套IGCC系统的燃料分别是徐州烟煤和霍林河褐煤，霍林河煤的水分和灰分明显高于徐州烟煤，发热量仅约为前者的1/2，但霍林河煤的价格比徐州烟煤要低得多。
　　2、IGCC单元及ASPENPlus模型
　　2.1流程模拟方法
　　用ASPENPlus软件对IGCC系统进行流程模拟的方法已被国内外研究者认可并广泛采用。Frey等早在上世纪90年代初就已开发出一套基于ASPENPlus的IGCC系统模型。ChaoChen的模型与Frey的基本相同。本文参考Frey的模型及美国国家能源技术实验室(nationalenergytechnologylibrary，NETL)的ShellIGCCBaseCases报告中的参数进行ShellIGCC系统的建模。系统中的关键流程参数见表2。下面介绍各主要单元，尤其是褐煤干燥单元和改烧合成气后燃气轮机变工况的建模方法。

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