整体煤气化燃料电池发电系统设计_许世森，周贤，安航著_9787122494108

整体煤气化燃料电池发电(IGFC)技术将煤气化技术与燃料电池发电技术结合起来,可以看作是IGCC技术的延伸。《整体煤气化燃料电池发电系统设计》对IGFC发电系统的构成和技术特点进行了系统的介绍,主要包括IGFC发电技术的基本特点和发展现状以及趋势，IGFC电站系统构成与工艺、带CO2捕集的IGFC系统、IGFC系统设计与优化、IGFC电站控制与辅助系统、国内外IGFC示范项目情况等。解决IGFC发电系统中涉及的煤气化工艺、燃料电池工艺、燃气轮机、二氧化碳捕集、电控等问题，使各个环节串联起来，从而形成一个完整的发电系统。
本书将有助于相关技术人员了解IGFC系统，并可为从事IGFC系统设计的相关人员提供指导，有利于IGFC系统的持续优化和改进，同时也可作为相关专业高校师生的参考书。

由于我国化石资源以煤炭为主的禀赋限制，煤基发电是我国最主要的发电方式。传统的煤机通过煤直接燃烧进行发电，不仅发电效率不高，而且会产生大量的粉尘和温室气体。随着我国2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的提出，发电等能源行业首当其冲，需要大幅降低CO2排放，直至实现近零排放。我国的能源体系和组成结构将发生重大变革，煤炭等化石能源的利用将朝着低碳、高效、灵活的方向发展。
我国的燃煤发电技术经过多年努力取得了长足的进步，但现有技术水平下燃煤直接发电机组仍难以满足CO2减排的标准，CO2捕集后效率损失大，而易于捕集CO2的整体煤气化联合循环发电（integrated gasification combined cycle，IGCC）技术的效率损失较小，且具备大幅提升效率的潜力。发展的CO2近零排放的煤气化燃料电池发电新方法主要包括采用先进CO2捕集技术与高参数富氢燃气轮机的IGCC系统，将IGCC与高温燃料电池结合起来的煤气化燃料电池发电（integrated gasification fuel cell，IGFC）系统，以及采用CO2吸收体的内在碳捕集技术等。
IGFC技术将煤气化技术与燃料电池发电技术结合起来，可以看作是IGCC技术的延伸。由于燃料电池技术将原料中的化学能直接转化为电能，不受卡诺循环效率的限制，可以大幅度地提高发电系统的能量利用效率，理论上IGFC系统的净发电效率最高可以达到56%~58%。同时，IGFC系统可以实现CO2的富集，尾气中CO2干基浓度可以达到95%以上，与CCS（carbon capture and storage）技术配合可以实现煤基发电的CO2近零排放。因此，IGFC技术被视为最具发展前景的煤气化发电技术，有望成为煤基发电低碳化、继续发挥能源体系中压舱石作用的关键。
本书详细介绍了IGFC系统的基本特点，IGFC电站系统的构成、主要模块及主流工艺，带CO2捕集的IGFC系统，IGFC发电系统的设计与优化，IGFC电站的控制与辅助系统等内容，并对目前国外IGFC技术的研发与示范情况进行了介绍，为我国IGFC系统的进一步规模化开发与落地提供技术指导。

编著者
2025年6月

第1章概述1
1.1双碳目标与煤基清洁发电1
1.1.1双碳目标的背景与意义1
1.1.2煤基清洁发电的技术与发展2
1.1.3煤基清洁发电在双碳目标中的地位与作用3
1.1.4煤基清洁发电面临的挑战与对策4
1.2IGFC发电技术的基本特点5
1.2.1低碳与清洁5
1.2.2高效与灵活6
1.2.3绿色煤基发电技术7
1.3IGFC技术10
1.3.1IGFC与IGCC10
1.3.2IGFC技术现状11
1.3.3IGFC发展趋势14
参考文献16

第2章IGFC电站系统构成及工艺19
2.1IGFC电站煤气化工艺19
2.1.1煤气化反应机理及技术指标21
2.1.2水煤浆气流床气化技术24
2.1.3干煤粉气流床气化技术34
2.1.4煤气化技术指标与IGFC发电系统性能48
2.1.5IGFC系统中煤气化技术的选择55
2.2IGFC电站煤气净化工艺57
2.2.1煤气净化工艺的构成及特点57
2.2.2煤气净化技术分类59
2.2.3IGFC电站煤气净化工艺指标59
2.3IGFC电站燃料电池系统61
2.3.1燃料电池系统的构成及特点61
2.3.2可供选择的燃料电池63
2.3.3IGFC电站燃料电池的性能指标63
2.3.4IGFC电站燃料电池的选择65
2.3.5燃料电池系统对IGFC系统性能的影响66
2.4IGFC电站燃气轮机67
2.4.1IGFC电站燃气轮机概述67
2.4.2IGFC系统中的燃气轮机特性72
2.4.3IGFC电站燃气轮机的选择73
2.5IGFC电站余热锅炉及蒸汽轮机76
2.5.1IGFC电站余热锅炉的特点76
2.5.2IGFC电站蒸汽轮机的特点80
2.5.3IGFC电站蒸汽系统的特点及参数选择82
2.5.4余热锅炉及蒸汽轮机对IGFC系统性能的影响86
2.6IGFC电站空分系统88
2.6.1IGFC电站空分系统的构成与特点88
2.6.2空分工艺参数及技术经济指标88
参考文献89

第3章IGFC与CO2捕集92
3.1二氧化碳捕集利用与封存技术92
3.1.1碳捕集概述92
3.1.2政策分析94
3.1.3技术路线96
3.1.4技术挑战99
3.1.5主要创新100
3.1.6碳捕集项目实践101
3.2IGFC与碳捕集技术107
3.3CO2近零排放的IGFC系统108
参考文献110

第4章IGFC发电系统设计与优化112
4.1IGFC发电系统设计概述112
4.2IGFC系统热力学基础114
4.3IGFC系统关键设备模型与设计117
4.3.1煤气化系统117
4.3.2煤气净化系统122
4.3.3燃料电池系统128
4.3.4燃气轮机140
4.3.5余热锅炉与蒸汽轮机155
4.3.6空分系统157
4.3.7CO2捕集162
4.4IGFC系统模拟方法169
4.4.1IGFC系统构建方法170
4.4.2IGFC系统优化逻辑174
4.5IGFC系统技术参数与优化176
4.5.1加压燃料电池178
4.5.2燃料电池内变换181
4.5.3高蒸汽参数底循环186
4.5.4带CO2捕集的IGFC系统优化192
4.5.5关键设备操作参数优化195
4.5.6IGFC性能特性216
4.5.7新技术新设备的影响224
参考文献230

第5章IGFC电站控制与辅助系统232
5.1IGFC电站控制系统232
5.1.1总体控制系统及构成233
5.1.2IGFC电站控制系统及策略237
5.1.3IGFC电站机组负荷协调控制与优化279
5.2IGFC电站辅助系统289
5.2.1冷却系统289
5.2.2水处理系统294
5.2.3安全保护系统300
5.2.4火炬系统311
5.2.5其他317
参考文献321

第6章IGFC示范项目323
6.1日本大崎CoolGen项目323
6.1.1公司概况323
6.1.2煤炭气化发电技术开发的意义323
6.1.3技术开发过程（EAGLE炉）324
6.1.4大崎CoolGen项目概要327
6.2Doosan Fuel Cell项目333
6.2.1公司概况333
6.2.2煤炭气化发电技术开发的意义334
6.2.3技术开发过程（EAGLE炉）335

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