2.7.1 整体气化联合循环发电技术
整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统，它由两大部分组成：煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。
IGCC的工艺流程如图2-35所示。煤首先经过气化成为中低热值煤气，再经过净化除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机做功，燃气轮机的排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。
图2-35 IGCC的工艺流程图
IGCC技术把洁净的煤气化技术与高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45%，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/m3左右，远低于排放标准1200mg/m3，氮氧化物排放只有常规电站的15%～20%，耗水只有常规电站的1/3～1/2，对于环境保护具有重大意义。
由图2-35可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤气化炉有气流床（entrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉等反复设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品，因此，IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤气化炉及煤气净化系统。具体来说，对IGCC气化炉及煤气净化系统的要求是：
① 气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求；
② 气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求；
③ 煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求；
④ 具有良好的煤种适应性；
⑤ 系统简单，设备可靠，易于操作，维修方便，具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率；
⑥ 设备和系统的投资、运行成本低。
运行实践表明，IGCC电厂具有如下优点：
（1）IGCC用水量较少
与同等规模的PC电厂相比，IGCC电厂的冷却水用量减少33%。这是由于IGCC电厂生产的约2/3电力都来自燃气轮机，1/3来自汽轮发电机，而汽轮发电机才需要冷却水。尽量减少用水需要，对缓解当地的用水压力、促进节水型社会的建设具有重要意义。
（2）IGCC的副产品易于实现资源化利用
在采用高温气化技术时，原料所剩余的灰渣以一种类似玻璃一样的不会渗析的废渣形式排出。这种废渣可用于生产水泥或屋面瓦，或作为沥青填缝料或集料。这种废渣与绝大多数PC电厂所生成的底灰和飞灰不同，底灰和飞灰更容易渗析。而且，这种废渣比飞灰更容易输送、贮存和运输。
（3）IGCC具有碳捕集优点
虽然IGCC电厂（燃烧前）和PC电厂（燃烧后）都有可用的CO2捕集技术，但IGCC电厂可能具有优势，因为燃烧前CO2捕集所要求的技术已经成功地运用于煤气化（但不是IGCC）技术。目前，美国正对此项技术进行深入研究以便在IGCC电厂配置条件下达到更好的性能。此外，这些捕集技术当中的一些技术能在足够高的压力下生成浓缩的CO2气流，以满足压缩CO2在管道内输送时压缩机的要求，以便将CO2埋藏或用于提高石油采收率。但是，IGCC与PC电厂之间在CO2捕集的成本和性能方面仍然存在巨大的差异。
然而，IGCC将制得的合成气（CO+H2）作为燃气轮机的燃料来发电，从资源利用的角度来讲，是一种浪费。当前煤化工的主要发展方向是把煤气化变成合成气后，再通过不同的配比，在不同的压力和温度条件下加工成需要的下游产品，如油、天然气、合成氨、尿素、烯烃、乙二醇、甲醇、芳烃、醋酸等。
随着化学合成法的进步、膜分离技术的工程化以及大型气化炉的出现，生产甲醇、二甲醚等化学品也变得更加容易实现，这些都大大促进了以煤气化为核心的多联产系统的发展。现代高层次的多联产一体化系统如图2-36所示。
图2-36 多联产的一体化系统
要实现这种多联产的一体化系统，必须解决一系列的科学和技术问题，例如：合成气的蒸汽重整；与发电结合在一起的甲醇、二甲醚生产工艺流程的简化；用于大流量空气分离的气体膜分离技术；CO2的处理与综合利用技术等。