專利名稱：一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化石燃料動力循環(huán)發(fā)電技術領域，具體涉及一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)。
背景技術：
在能源價格連續(xù)上漲的時代，化石燃料特別是煤炭能源將在電力工業(yè)中長期處于重要的地位。因此，電力行業(yè)一直在努力開發(fā)新型的化石燃料動力循環(huán)達到高效的目的。聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)是提高動力廠效率的重要選擇之一?；谏鲜龈拍?，煤整體氣化聯(lián)合循環(huán) (IGCC)用于將煤蘊含的能量轉換為電能。IGCC技術首先將煤氣化，產(chǎn)生合成氣。然后在將合成氣燃燒之前將雜質從合成氣中去除或將污染物轉化為可利用的副產(chǎn)品。這種方式可減少二氧化硫、固體顆粒和汞的排放。初級燃燒和生產(chǎn)所產(chǎn)生的附加熱量送到蒸汽動力循環(huán)， 類似于聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機。與傳統(tǒng)的煤粉燃燒技術相比，這種方式也可以提高效率。眾所周知，在兩個燃氣輪機之間對燃氣進行再熱，整個燃氣輪機循環(huán)的吸熱平均溫度會升高。因而，燃氣輪機循環(huán)的性能將得到改善。實踐中難以實現(xiàn)在兩個燃氣輪機之間使用熱交換器對煙氣進行再熱，因為煙氣溫度太高。本專利提出非熱表面再熱概念以解決這一問題。高壓燃氣輪機中的燃氣通過控制氧氣(或空氣)的流量僅進行部分燃燒。通過對空分單元產(chǎn)生的氮氣加壓混入高壓燃氣輪機控制高壓燃氣輪機的燃燒溫度。高壓燃氣輪機出口的煙氣(包括未燃燒的燃氣)溫度和壓力降低。動力系統(tǒng)設計時，對高壓燃氣輪機出入口的煙氣壓力進行優(yōu)化。在中壓燃氣輪機的燃燒室，需要供應附加的氧氣(或空氣) 以完全燃燒燃氣。通過燃燒，在燃燒室的出口，煙氣溫度達到設計值。由于系統(tǒng)配置的重要變化，煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)的煙氣工況與傳統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機煙氣工況完全不同。變化之一為高壓燃氣輪機入口的燃氣壓力，燃氣壓力越高動力系統(tǒng)的效率越高。高壓燃氣輪機入口的燃氣壓力可望達到350bar甚至更高。然而，這不會影響當前燃氣輪機設計的主要構造。唯一的變化是燃氣輪機的氣缸(外套)要加厚以適應高的燃氣壓力。目前工作在同一壓力水平的蒸汽輪機可作為高壓燃氣輪機。當前高壓蒸汽輪機的汽缸結構可用于處理高壓燃氣。無論如何，當前燃氣輪機外套的絕熱和冷卻構造應仍然用于處理燃氣的高溫。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)。一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)(附圖1)，氮氣壓縮機10與第一空氣壓縮機2和高壓燃氣輪機3以及燃料氣壓縮機12同軸與第一發(fā)電機14相連，來自氮氣壓縮機10的壓縮氮氣與來自第一空氣壓縮機2的壓縮空氣和來自燃料氣壓縮機12的高壓燃料氣一同進入高壓燃氣輪機3進行部分燃燒和部分膨脹，高壓燃氣輪機3與中壓燃氣輪機4 通過煙氣管道相連，來自高壓燃氣輪機3的高壓燃氣排氣含有未充分燃燒的燃氣與來自第二空氣壓縮機5的壓縮空氣一同進入中壓燃氣輪機4進行完全燃燒，中壓燃氣輪機4與第二空氣壓縮機5和第二發(fā)電機15同軸連接，中壓燃氣輪機4和余熱鍋爐8通過煙道相連， 余熱鍋爐8出口的煙氣通過煙囪排入大氣，蒸汽輪機6與第三發(fā)電機16同軸相連，蒸汽輪機6與凝汽器7通過蒸氣通道相連，蒸汽輪機6還和余熱鍋爐8通過蒸汽管道相連，水泵17 依次通過水管道與凝汽器7和余熱鍋爐8相連，空分單元9分別與氣化裝置11和氮氣壓縮機10通過氣管道相連，燃料氣壓縮機12與高壓燃氣輪機3和合成氣凈化裝置18相連，合成氣凈化裝置18與煤的氣化裝置11相連。所述煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)使用的燃料為固體燃料。所述固體燃料為煤。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)具有高能效、低成本、低排放的優(yōu)點，比傳統(tǒng)的的IGCC電廠凈熱效率提高4 5%。


附圖1為煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)示意圖；附圖中，2-第一空氣壓縮機、3-高壓燃氣輪機相連、4-中壓燃氣輪機、5-第二空氣壓縮機、6-蒸汽輪機、，7-凝集器、8-余熱鍋爐、9-空分單元、10-氮氣壓縮機、11-氣化裝置、12-燃料氣壓縮機、14-第一發(fā)電機、15-第二發(fā)電機、16-第三發(fā)電機、17- 7K泵、18-合成氣凈化裝置。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)，如附圖1所示，氮氣壓縮機10將空分單元產(chǎn)生的氮氣進行壓縮后，與第一空氣壓縮機2產(chǎn)生的高壓壓縮空氣和燃料氣壓縮機 12產(chǎn)生的高壓燃料氣一同進入高壓燃氣輪機3，高壓燃氣輪機3出口的煙氣(含部分未完全燃燒的燃料氣)與第二空氣壓縮機5產(chǎn)生的壓縮空氣一起進入中壓燃氣輪機4，燃料氣在中壓燃氣輪機4完全燃燒，中壓燃氣輪機4出口的煙氣進入余熱鍋爐8，煙氣在余熱鍋爐8 中放熱后經(jīng)過煙 排入大氣，余熱鍋爐8產(chǎn)生的蒸汽進入蒸汽輪機6做功，乏汽進入凝汽器 7，在凝汽器內產(chǎn)生的凝結水由水泵17抽出送入余熱鍋爐8，空分單元9產(chǎn)生的氧氣進入氣化裝置11對煤進行氣化，所產(chǎn)生的煤氣進入合成氣凈化裝置18進行凈化處理，凈化后的煤氣進入燃料氣壓縮機12進行加壓，空分單元9產(chǎn)生的氮氣進入氮氣壓縮機10，燃料氣壓縮機12、高壓燃氣輪機3、第一空氣壓縮機、氮氣壓縮機與第一發(fā)電機14同軸連接，中壓燃氣輪機4、第二空氣壓縮機5與第二發(fā)電機15同軸連接，蒸汽輪機6外接第三發(fā)電機16。高壓燃氣輪機3中的燃氣通過控制氧氣(或空氣)的流量僅進行部分燃燒。通過對余熱鍋爐8出口的煙氣加壓混入高壓燃氣輪機3控制高壓燃氣輪機的燃燒溫度。高壓燃氣輪機3出口的煙氣(包括未燃燒的燃氣)溫度和壓力降低后進入中壓燃氣輪機4。動力系統(tǒng)設計時，對高壓燃氣輪機3出入口的煙氣壓力進行優(yōu)化。在中壓燃氣輪機4的燃燒室，需要供應附加的氧氣(或空氣)以完全燃燒剩余燃氣。通過燃燒，在燃燒室的出口，煙氣溫度應達到設計值。高壓燃氣輪機3入口的燃氣壓力越高動力系統(tǒng)的效率越高。高壓燃氣輪機入口的燃氣壓力可望達到350bar甚至更高。然而，這不會影響當前燃氣輪機設計的主要構造。唯一的變化是燃氣輪機的氣缸(外套)要加厚以適應高的燃氣壓力。目前工作在同一壓力水平的蒸汽輪機可作為高壓燃氣輪機。當前高壓蒸汽輪機的汽缸結構可用于處理高壓燃氣。 無論如何，當前燃氣輪機外套的絕熱和冷卻構造應仍然用于處理燃氣的高溫。
對固體燃料煤增加了煤氣化-合成氣凈化單元和空分單元，空分過程中產(chǎn)生的加壓氮氣用于控制高壓燃氣輪機入口的燃氣溫度，本實施例提出的煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)凈熱效率可比傳統(tǒng)的IGCC電廠高4 5%。
權利要求
1.一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)，其特征在于，氮氣壓縮機(10)與第一空氣壓縮機( 和高壓燃氣輪機(3)以及燃料氣壓縮機(1 同軸與第一發(fā)電機(14)相連，來自氮氣壓縮機(10)的壓縮氮氣與來自第一空氣壓縮機( 的壓縮空氣和來自燃料氣壓縮機(1 的高壓燃料氣一同進入高壓燃氣輪機( 進行部分燃燒和部分膨脹，高壓燃氣輪機C3)與中壓燃氣輪機(4)通過煙氣管道相連，來自高壓燃氣輪機(3)的高壓燃氣排氣含有未充分燃燒的燃氣與來自第二空氣壓縮機(5)的壓縮空氣一同進入中壓燃氣輪機(4) 進行完全燃燒，中壓燃氣輪機(4)與第二空氣壓縮機( 和第二發(fā)電機(1 同軸連接，中壓燃氣輪機(4)和余熱鍋爐(8)通過煙道相連，余熱鍋爐(8)出口的煙氣通過煙囪排入大氣，蒸汽輪機(6)與第三發(fā)電機(16)同軸相連，蒸汽輪機(6)與凝汽器(7)通過蒸氣通道相連，蒸汽輪機(6)還和余熱鍋爐(8)通過蒸汽管道相連，水泵(17)依次通過水管道與凝汽器(7)和余熱鍋爐(8)相連，空分單元(9)分別與氣化裝置(11)和氮氣壓縮機(10)通過氣管道相連，燃料氣壓縮機(1 與高壓燃氣輪機C3)和合成氣凈化裝置(18)相連，合成氣凈化裝置(18)與煤的氣化裝置(11)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)，其特征在于，所述煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)使用的燃料為固體燃料。
3.根據(jù)權利要求2所述一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)，其特征在于，所述固體燃料為煤。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化石燃料動力循環(huán)發(fā)電技術領域的一種煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)。本發(fā)明利用非熱表面再熱概念，通過對空分單元產(chǎn)生的氮氣加壓混入高壓燃氣輪機控制高壓燃氣輪機的燃燒溫度，高壓燃氣輪機出口的煙氣溫度和壓力降低后進入中壓燃氣輪機，在中壓燃氣輪機的燃燒室通過燃燒使燃燒室出口的煙氣溫度達到設計值。動力系統(tǒng)設計時，對高壓燃氣輪機出入口的煙氣壓力進行優(yōu)化。本發(fā)明的煤整體氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)具有高能效、低成本、低排放的優(yōu)點，比傳統(tǒng)的的煤整體氣化聯(lián)合循環(huán)電廠凈熱效率提高4～5％。
文檔編號F01K23/10GK102337937SQ20111026999
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權日2011年9月13日
發(fā)明者付忠廣, 楊天亮 申請人:華北電力大學