一種配套igcc電站的部分整體化型空氣分離裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種配套IGCC電站的部分整體化型空氣分離裝置，特別涉及到在低溫下利用不同的原料空氣來源進行精餾分離空氣的裝置，屬于低溫技術領域。
【背景技術】
[0002]IGCC發(fā)電技術是當今國際上最引人注目的新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術之一。該技術以煤為燃料，通過氣化爐將煤轉化變?yōu)槊簹?，?jīng)過除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為潔凈的煤氣供給燃氣輪機燃燒做功，燃氣輪機排氣余熱經(jīng)余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電，從而實現(xiàn)煤氣化蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電過程。IGCC電站系統(tǒng)主要分為三大部分:煤氣化及煤氣凈化系統(tǒng)、聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)、空分系統(tǒng)。
[0003]配套IGCC電站的空分系統(tǒng)，按照系統(tǒng)間的連接方式，可分為三種方案:獨立的空分系統(tǒng)、部分整體化的空分系統(tǒng)、完全整體化的空分系統(tǒng)。所謂部分整體化的空分系統(tǒng)是指:空分系統(tǒng)所需要的壓縮空氣一部分從燃氣輪機組的壓氣機抽取，另外需要至少一臺專門設置的空分壓縮機組；來自壓氣機抽取的壓縮空氣和空分壓縮機組處理的壓縮空氣，共同構成空分系統(tǒng)的原料氣源；在這種特定條件下進行空分系統(tǒng)的工藝流程選擇、與煤氣化及煤氣凈化系統(tǒng)和聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的最佳耦合匹配，以便提高IGCC電站系統(tǒng)的供電效率、運行靈活性、運行穩(wěn)定性、比投資費用等系統(tǒng)指標。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，從IGCC電站系統(tǒng)整體匹配角度考慮，提出一種能夠保障整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、低耗運行的配套IGCC電站的部分整體化型空氣分離裝置及其方法。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:本實用新型所述的一種配套IGCC電站的部分整體化型空氣分離裝置，它主要包括:
[0006]a)、將引自燃氣輪機組壓氣機出口的壓縮空氣轉化成空分裝置能夠利用的定壓原料空氣的高溫透平膨脹機組及其配套電回收裝置；且經(jīng)高溫透平膨脹機組膨脹后的定壓原料空氣可以直接送入空冷塔及其后續(xù)工藝系統(tǒng)；
[0007]b)、對定壓原料空氣進行冷卻和除去有害雜質的預冷系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)；
[0008]c)、利用汽輪機組拖動且?guī)е虚g冷卻器的原料空氣壓縮機組、循環(huán)空氣增壓機組、不帶末級冷卻器的高壓氮氣壓縮機組；原料空氣壓縮機組能將空氣進行加壓成空分所需的帶壓空氣送入預冷和凈化系統(tǒng)，循環(huán)空氣增壓機組能將出凈化系統(tǒng)的空氣增壓至增壓透平膨脹機組能夠使用的中壓空氣和能夠汽化液氧的高壓空氣；
[0009]d)、至少一臺由增壓機、冷卻器及膨脹機組成的增壓透平膨脹機組；
[0010]e)、對不同的流體進行換熱的主換熱器、過冷器；
[0011]f)、將分離用原料空氣進行分離獲得產(chǎn)品的精餾塔系統(tǒng)，該精餾塔系統(tǒng)由中壓塔、主蒸發(fā)冷凝器、低壓塔及其連接管道和閥門組成；
[0012]g)將精餾塔分離出的液氧液氮增壓至所需換熱壓力的低溫液體栗組，低溫液體栗組至少包括一臺高壓液氧栗、一臺高壓液氮栗；
[0013]本實用新型所述的預冷系統(tǒng)主要由定壓原料空氣與高溫膨脹機組降溫后空氣混合的空冷塔構成，所述的凈化系統(tǒng)由雙筒分子篩吸附器可切換構成；所述的精餾塔系統(tǒng)中，所述的中壓塔頂部設置有液氮出口，在低壓塔底部設置有液氧出口，在低壓塔上部設置有污氮氣出口，另在低壓塔的頂部設置有低壓氮氣出口 ；所述原料空氣壓縮機組、循環(huán)空氣增壓機組、高壓氮氣壓縮機組均采用汽輪機組拖動。
[0014]—種利用所述的部分整體化空氣分離裝置進行空氣分離的方法，該方法包括如下步驟:
[0015]1)、從燃氣輪機組壓氣機出口引出一股壓縮空氣接入高溫透平膨脹機進行膨脹降壓降溫，高溫透平膨脹機通過齒輪箱變速器連接電回收裝置，將膨脹機輸出功轉化成電能，實現(xiàn)壓縮空氣流動能的能量轉化回收；降壓降溫后的空氣轉化為一定壓力的低壓原料空氣，送入預冷及凈化系統(tǒng)；
[0016]2)、環(huán)境空氣經(jīng)空氣過濾器過濾除塵，接入由汽輪機組拖動且?guī)е虚g冷卻器的空分專用原料空氣壓縮機組進行升壓處理，由專用原料空氣壓縮機組處理生成的一定壓力的低壓原料空氣，送入預冷及凈化系統(tǒng)；
[0017]3)、在燃氣輪機組壓氣機不具備引出一股壓縮空氣的情況下，使用由電機驅動且?guī)е虚g冷卻器的輔助原料空氣壓縮機組處理一定流量的低壓原料空氣，出輔助原料空氣壓縮機組的低壓原料空氣，送入預冷及凈化系統(tǒng)；
[0018]4)、低壓原料空氣經(jīng)過預冷系統(tǒng)冷卻并在凈化系統(tǒng)除去水、二氧化碳和碳氫化合物等雜質后被分流為直接去主換熱器的低壓原料空氣及去循環(huán)空氣增壓機的低壓原料空氣；低壓原料空氣進入主換熱器冷卻后送入中壓塔；去循環(huán)增壓機的低壓原料空氣，一部分從該壓縮機中部抽出，其余從該壓縮機的末級抽出，從中部抽出的空氣經(jīng)冷卻器冷卻、增壓透平膨脹機的增壓機增壓、冷卻器冷卻后再進入主換熱器冷卻，然后經(jīng)增壓透平膨脹機的膨脹機膨脹，膨脹后送入中壓塔，從循環(huán)空氣增壓機末級出口的空氣經(jīng)冷卻器冷卻、主換熱器冷卻、高壓液空節(jié)流閥節(jié)流、氣液分離器相態(tài)分離后，送入中壓塔；
[0019]5)所有進入中壓塔的空氣經(jīng)由中壓塔、主蒸發(fā)冷凝器、低壓塔構成的精餾塔精餾后，在中壓塔頂部獲得液氮、在低壓塔底部獲得液氧、在低壓塔上部獲得污氮氣、在低壓塔頂部獲得低壓氮氣。
[0020]本實用新型通過適當提高低壓塔底部液氧中的含氮量，使得低壓塔底部的操作溫度可適當降低，在主蒸發(fā)冷凝器換熱溫差不變的情況下，中壓塔頂部溫度與低壓塔底部溫度同步降低，實現(xiàn)在中壓塔壓力更低的情況下進行正常精餾。
[0021]用于精餾塔進行空氣分離的原料空氣，一部分來自燃氣輪機的壓氣機，一部分來自空分專用原料空氣壓縮機組，構成部分整體化的空氣分離裝置的原料來源；
[0022]來自燃氣輪機壓氣機的壓縮空氣經(jīng)高溫透平膨脹機組降壓降溫調整后供精餾塔利用，在一定程度上將壓氣機與空氣分離裝置進行有效的隔離，避免該部分空氣的壓力溫度波動對空氣分離裝置安全穩(wěn)定運行的影響，且高溫透平膨脹機組配套的電回收裝置能夠對膨脹輸出功進行有效的能量轉化回收。
[0023]當燃氣輪機的壓氣機不能為空氣分離裝置提供原料空氣時，啟動輔助原料空氣壓縮機組，進行快速功能替換，保證用于精餾塔的原料空氣供應穩(wěn)定，從而保證空氣分離裝置的安全穩(wěn)定運行、各產(chǎn)出產(chǎn)品綜合技術指標的連續(xù)穩(wěn)定。
[0024]本實用新型采用高溫透平膨脹機組連接燃氣輪機組和空分裝置，將來自燃氣輪機壓氣機的空氣經(jīng)高溫透平膨脹機組降壓降溫調整后供精餾塔利用，在一定程度上將燃氣輪機組與空氣分離裝置進行有效的隔離，避免該部分空氣的壓力溫度等工況參數(shù)的波動對空氣分離裝置安全穩(wěn)定高效運行的影響，且高溫透平膨脹機組配套的電回收裝置能夠對膨脹輸出功進行高效的能量回收利用。
[0025]本實用新型采用高壓氮氣壓縮機組連接空分裝置和燃氣輪機組，將來自空分裝置的低壓氮氣經(jīng)高壓氮氣壓縮機處理成高壓高溫氮氣后回注燃氣輪機燃燒室，在保證回注燃氣輪機燃燒室的高壓高溫氮氣各項指標要求的同時，不犧牲空分裝置的安全、穩(wěn)定、高效運行能力。
[0026]本實用新型配置一套由電機驅動且?guī)е虚g冷卻器的輔助原料空氣壓縮機組，當燃氣輪機不能為空氣分離裝置提供原料空氣時，進行功能替代，從源頭上保證空分裝置的供氣能力，并大大拓展了空分裝置的產(chǎn)能，為IGCC電站系統(tǒng)增產(chǎn)擴能、提升發(fā)電能力提供了設備保障。
[0027]本實用新型空分專用原料空氣壓縮機組、循環(huán)空氣增壓機組、高壓氮氣壓縮機組均采用汽輪機組拖動，充分利用IGCC電站系統(tǒng)的余熱蒸汽資源，在提高IGCC電站系統(tǒng)的總廠蒸汽平衡調節(jié)能力的同時，大大降低IGCC電站系統(tǒng)的總廠耗電率至10%以下。
[0028]本實用新型是從IGCC電站系統(tǒng)整體匹配角度考慮，具有能夠保障整個系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、低耗運行等特點。
【附圖說明】
[0029]圖1是IGCC電站主要工藝原理圖。
[0030]圖2是本實用新型的結構原理流程圖。
[0031]在圖1中:1為燃氣輪機組，2為壓氣機，3為空分專設空壓機，4為空分裝置，5為回注氮用壓縮機，6為燃燒室；
[0032]在圖2中:01為進高溫膨脹機的壓縮空氣流，02為高溫透平膨脹機組的膨脹機，03為空氣過濾器，04為空分專用原料空氣壓縮機組，05為輔助原料空氣壓縮機組，06為預冷系統(tǒng)的空冷塔，07為空氣進純化系統(tǒng)進口閥，08為純化系統(tǒng)吸附器，09為空氣出純化系統(tǒng)出口閥，10為預冷、純化后的空氣流，11為去主換熱器的低壓空氣流，12為去循環(huán)空氣增壓機組的低壓空氣流，13為循環(huán)空氣增壓機組，14為循環(huán)空氣增壓機組中間冷卻器，15為增壓透平膨脹機組的增壓機，16為增壓后冷卻器，17為增壓透平膨脹機組的膨脹機，18為循環(huán)空氣增壓機組末級冷卻器，19為高壓液空節(jié)流閥，20為氣液分離器，21為中壓塔，22為主蒸發(fā)冷凝器，23為低壓塔，24為出中壓塔富氧液空流，25為過冷器，26為富氧液空節(jié)流閥，27為中壓塔頂部去主蒸發(fā)冷凝器的壓力氮氣流，28為出主蒸發(fā)冷凝器的液氮流，29為回中壓塔液氮流，30為去過冷器液氮流，31為過冷液氮去低壓塔流，32為過冷液氮節(jié)流閥，33為去低溫液氮栗的液氮流，34為產(chǎn)品液氮流，35為高壓液氮栗，36為出低壓塔液氧流，37為高壓液氧栗，38為產(chǎn)品液氧流，39為出低壓塔污氮氣流，40為出低壓塔低壓氮氣流，41為高壓氮氣