專利名稱：一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化石燃料動(dòng)力循環(huán)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在能源價(jià)格連續(xù)上漲的時(shí)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。此外，化石燃料的主要燃燒產(chǎn)物CO2未來要進(jìn)行處理。因此，電力行業(yè)一直在努力開發(fā)新型的化石燃料動(dòng)力循環(huán)，達(dá)到既高效又能實(shí)現(xiàn)CO2捕獲的目的。聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)是提高動(dòng)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(yùn)含的能量轉(zhuǎn)換為電能。IGCC技術(shù)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(zhì)從合成氣中去除或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)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(jí)燃燒和生產(chǎn)所產(chǎn)生的附加熱量送到蒸汽動(dòng)力循環(huán)，類似于聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。與傳統(tǒng)的煤粉燃燒技術(shù)相比，這種方式也可以提高效率。眾所周知，在兩個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)之間對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行再熱，整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的吸熱平均溫度會(huì)升高。因而，燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的性能將得到改善。實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)之間使用熱交換器對(duì)煙氣進(jìn)行再熱，因?yàn)闊煔鉁囟忍?。本專利提出非熱表面再熱概念以解決這一問題。高壓燃?xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)馔ㄟ^控制空分單元產(chǎn)生的高壓氧氣的流量僅進(jìn)行部分燃燒。通過對(duì)再循環(huán)液化二氧化碳加壓混入高壓燃?xì)廨啓C(jī)控制高壓燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒溫度。 高壓燃?xì)廨啓C(jī)出口的煙氣(包括未燃燒的燃?xì)?溫度和壓力降低。動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)高壓燃?xì)廨啓C(jī)出入口的煙氣壓力進(jìn)行優(yōu)化。在中壓燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，需要供應(yīng)空分單元產(chǎn)生的中壓氧氣以完全燃燒燃?xì)?。通過燃燒，在燃燒室的出口，煙氣溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值。由于系統(tǒng)配置的重要變化，煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的煙氣工況與傳統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)煙氣工況完全不同。變化之一為高壓燃?xì)廨啓C(jī)入口的燃?xì)鈮毫Γ細(xì)鈮毫υ礁邉?dòng)力系統(tǒng)的效率越高。高壓燃?xì)廨啓C(jī)入口的燃?xì)鈮毫赏_(dá)到350bar甚至更高。然而， 這不會(huì)影響當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)的主要構(gòu)造。唯一的變化是燃?xì)廨啓C(jī)的氣缸(外套)要加厚以適應(yīng)高的燃?xì)鈮毫?。目前工作在同一壓力水平的蒸汽輪機(jī)可作為高壓燃?xì)廨啓C(jī)。當(dāng)前高壓蒸汽輪機(jī)的汽缸結(jié)構(gòu)可用于處理高壓燃?xì)?。無論如何，當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)外套的絕熱和冷卻構(gòu)造應(yīng)仍然用于處理燃?xì)獾母邷亍?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)。一種富氧-煤氣化的具有二氧化碳捕獲能力的煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)(附圖 1)，高壓燃?xì)廨啓C(jī)3與中壓燃?xì)廨啓C(jī)4通過煙氣管道相連，中壓燃?xì)廨啓C(jī)4與余熱鍋爐8通過煙道相連，蒸汽輪機(jī)6與第三發(fā)電機(jī)16同軸相連，余熱鍋爐8和蒸汽輪機(jī)6與凝汽器7 通過蒸汽通道依次相連，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、高壓燃?xì)廨啓C(jī)3和中壓燃?xì)廨啓C(jī)4相連，二氧化碳?jí)嚎s與提純機(jī)13與高壓燃?xì)廨啓C(jī)3和余熱鍋爐8相連，氣化裝置11與合成氣凈化裝置18，合成氣凈化裝置18 與燃料氣壓縮機(jī)12相連，液化二氧化碳泵19依次與二氧化碳?jí)嚎s與提純機(jī)13和高壓燃?xì)廨啓C(jī)3通過液化二氧化碳管道相連，高壓燃?xì)廨啓C(jī)3和燃料氣壓縮機(jī)12同軸與第一發(fā)電機(jī) 14相連，中壓燃?xì)廨啓C(jī)4與第二發(fā)電機(jī)15同軸相連，蒸汽輪機(jī)6與發(fā)電機(jī)16同軸相連，來自空分單元9的高壓氧氣與來自液化二氧化碳泵再循環(huán)19的壓縮二氧化碳和來自燃料氣壓縮機(jī)12的高壓燃料氣一同進(jìn)入高壓燃?xì)廨啓C(jī)3進(jìn)行部分燃燒和部分膨脹。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)具有高能效、低成本、低排放的優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)的的具有二氧化碳捕獲能力的IGCC電廠凈熱效率提高 4 5 %，該系統(tǒng)具有二氧化碳捕獲功能，捕獲率可達(dá)90 %。


附圖1為富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)示意圖；附圖中，3-高壓燃?xì)廨啓C(jī)相連、4-中壓燃?xì)廨啓C(jī)、6-蒸汽輪機(jī)、7-凝汽器、8-余熱鍋爐、9-空分單元、11-氣化裝置、13- 二氧化碳?jí)嚎s和提純機(jī)、14-第一發(fā)電機(jī)、15-第二發(fā)電機(jī)、16-第三發(fā)電機(jī)、17- 7K泵、18-合成氣凈化裝置、19-液化二氧化碳再循環(huán)泵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)，如附圖1所示，空分單元9產(chǎn)生的高壓氧氣、與液化二氧化碳泵19加壓產(chǎn)生的再循環(huán)二氧化碳、及燃料氣壓縮機(jī)12產(chǎn)生的高壓燃料氣一同進(jìn)入高壓燃?xì)廨啓C(jī)，燃料氣進(jìn)行部分燃燒，高壓燃?xì)廨啓C(jī)3出口的燃?xì)?含部分未完全燃燒的燃料氣)與空分單元9產(chǎn)生的中壓氧氣一起進(jìn)入中壓燃?xì)廨啓C(jī)4，燃料氣在中壓燃?xì)廨啓C(jī)4完全燃燒，中壓燃?xì)廨啓C(jī)4排出的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐8放熱，余熱鍋爐8 出口的煙氣進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s與提純機(jī)13產(chǎn)生液化二氧化碳，余熱鍋爐8對(duì)水進(jìn)行加熱產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入蒸汽輪機(jī)6做功，蒸汽輪機(jī)6做過功后的乏汽進(jìn)入凝汽器7，在凝汽器7內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水由水泵17抽出送入余熱鍋爐8，空分單元9產(chǎn)生的中壓氧氣進(jìn)入氣化裝置11 將煤氣化，產(chǎn)生的合成氣進(jìn)入合成氣凈化裝置18，凈化后的合成氣進(jìn)入燃料氣壓縮機(jī)12進(jìn)行壓縮，燃料氣壓縮機(jī)12與高壓燃?xì)廨啓C(jī)3和第一發(fā)電機(jī)14同軸相連，蒸汽輪機(jī)6外接第三發(fā)電機(jī)16，中壓燃?xì)廨啓C(jī)4與二氧化碳?jí)嚎s和提純機(jī)13、第二發(fā)電機(jī)15同軸連接。高壓燃?xì)廨啓C(jī)3中的燃?xì)馔ㄟ^控制高壓氧氣的流量僅進(jìn)行部分燃燒。再循環(huán)二氧化碳泵19通過對(duì)液化二氧化碳加壓產(chǎn)生的高壓二氧化碳混入高壓燃?xì)廨啓C(jī)3控制高壓燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒溫度。高壓燃?xì)廨啓C(jī)3出口的煙氣(包括未燃燒的燃?xì)?溫度和壓力降低后進(jìn)入中壓燃?xì)廨啓C(jī)4。動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)高壓燃?xì)廨啓C(jī)3出入口的煙氣壓力進(jìn)行優(yōu)化。在中壓燃?xì)廨啓C(jī)4的燃燒室，需要供應(yīng)空分單元產(chǎn)生的中壓氧氣以完全燃燒剩余燃?xì)?。通過燃燒，在中壓燃?xì)廨啓C(jī)4的燃燒室出口的煙氣溫度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值。來自于空分單元9的高壓(或中壓)氧氣用作助燃劑。煤氣化過程產(chǎn)生的中壓潔凈合成氣在燃料氣壓縮機(jī)12內(nèi)加壓到高壓(大約350bar)送入高壓燃?xì)廨啓C(jī)3，空分單元 9產(chǎn)生的高壓純氧進(jìn)入高壓燃?xì)廨啓C(jī)3的燃燒室助燃?？刂七M(jìn)入高壓燃?xì)廨啓C(jī)3的高壓氧氣流量，留下特定量的燃料氣在中壓燃?xì)廨啓C(jī)4內(nèi)燃燒。高壓燃?xì)廨啓C(jī)3燃燒室內(nèi)的燃燒溫度通過液化二氧化碳泵19來的再循環(huán)液化二氧化碳進(jìn)行控制，液化二氧化碳通過對(duì)余熱鍋爐8出口的煙氣加壓產(chǎn)生。空分單元9中產(chǎn)生的部分中壓氧氣進(jìn)入中壓燃?xì)廨啓C(jī)4將燃料氣完全燃燒。中壓燃?xì)廨啓C(jī)4出口處于環(huán)境壓力的煙氣(由于純氧燃燒，煙氣的成分大部分為二氧化碳和水蒸汽)進(jìn)入余熱鍋爐8。在余熱鍋爐8的出口，煙氣被壓縮和凈化。 一旦二氧化碳變?yōu)橐后w，它就被分為兩部分；一部分加壓至高壓(大約350bar)用作再循環(huán)；而另一部分則被泵入二氧化碳管道進(jìn)行封存。
權(quán)利要求
1.一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，高壓燃?xì)廨啓C(jī)C3)與中壓燃?xì)廨啓C(jī)(4)通過煙氣管道相連，中壓燃?xì)廨啓C(jī)(4)與余熱鍋爐(8)通過煙道相連，蒸汽輪機(jī)(6)與第三發(fā)電機(jī)(16)同軸相連，蒸汽輪機(jī)(6)與凝汽器(7)通過蒸氣通道相連，蒸汽輪機(jī)(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)、高壓燃?xì)廨啓C(jī)C3)和中壓燃?xì)廨啓C(jī)(4)相連，二氧化碳?jí)嚎s與提純機(jī)(1 與高壓燃?xì)廨啓C(jī)C3)和余熱鍋爐(8)相連，氣化裝置(11)與合成氣凈化裝置(18)與燃料氣壓縮機(jī)(1 依次相連，液化二氧化碳泵(19) 依次與二氧化碳?jí)嚎s與提純機(jī)(1 和高壓燃?xì)廨啓C(jī)( 通過液化二氧化碳管道相連，高壓燃?xì)廨啓C(jī)C3)和燃料氣壓縮機(jī)(1 同軸與第一發(fā)電機(jī)(14)相連，中壓燃?xì)廨啓C(jī)(4)與第二發(fā)電機(jī)(1 同軸相連，蒸汽輪機(jī)(6)與發(fā)電機(jī)(16)同軸相連，來自空分單元(9)的高壓氧氣與來自液化二氧化碳泵(19)的壓縮二氧化碳和來自燃料氣壓縮機(jī)(1 的高壓燃料氣一同進(jìn)入高壓燃?xì)廨啓C(jī)(3)進(jìn)行部分燃燒和部分膨脹。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)使用的燃料為固體燃料-煤。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化石燃料動(dòng)力循環(huán)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的一種富氧-煤氣化煙氣再熱聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)。煤氣化過程產(chǎn)生的中壓潔凈合成氣在燃料氣壓縮機(jī)內(nèi)加壓送入高壓燃?xì)廨啓C(jī)，空分單元產(chǎn)生的高壓純氧流入燃?xì)廨啓C(jī)，控制高壓燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的氧氣流量，留下特定量的燃料氣在中壓燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒，高壓燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒溫度通過液化二氧化碳的再循環(huán)控制，空分單元中產(chǎn)生的部分中壓氧氣進(jìn)入中壓燃?xì)廨啓C(jī)將燃料氣完全燃燒，中壓燃?xì)廨啓C(jī)出口的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。本發(fā)明的系統(tǒng)具有高能效、低成本、低排放的優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)的的具有二氧化碳捕獲能力的IGCC電廠凈熱效率提高4～5％，該系統(tǒng)具有二氧化碳捕獲功能，捕獲率可達(dá)90％。
文檔編號(hào)F01K23/10GK102305109SQ201110270369
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者付忠廣, 楊天亮 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)