一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的igcc電站系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)原有的空分系統(tǒng)、汽化爐、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)以及新增的安裝在余熱鍋爐的入口處的余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置和代替原有驅(qū)動空分系統(tǒng)壓縮單元的電動機(jī)的小汽輪機(jī)；當(dāng)電站啟動時(shí)，余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置啟動，為余熱鍋爐提供熱量，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動小汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使得空分系統(tǒng)不依靠氣化爐、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)而啟動運(yùn)行；本實(shí)用新型提出的IGCC電站系統(tǒng)及工作方法相對于原有電動機(jī)驅(qū)動空分系統(tǒng)壓縮單元的IGCC電站系統(tǒng)，不僅能節(jié)省大量的初期投資費(fèi)用，而且能提高電站的供電效率。
【專利說明】一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的余熱鍋爐【技術(shù)領(lǐng)域】以及汽輪機(jī) 驅(qū)動空分系統(tǒng)壓縮單元的空分系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC技術(shù)）因其高效、清潔的特點(diǎn)被認(rèn)為是最具 發(fā)展?jié)摿Φ臐崈裘杭夹g(shù)之一。我國以燃煤發(fā)電為主的格局和未來社會對減少煤電污染排放 的現(xiàn)實(shí)要求，使得IGCC發(fā)電系統(tǒng)將在我國中遠(yuǎn)期的燃煤發(fā)電中扮演重要的角色。
[0003] 目前IGCC面臨的發(fā)展困境主要有兩方面，一是部分技術(shù)和工藝還需要進(jìn)一步優(yōu) 化和完善；二是建設(shè)、運(yùn)營成本高，發(fā)電成本一般為普通火電廠的2?3倍。IGCC電站主要 有五個(gè)系統(tǒng)組成，空分系統(tǒng)、汽化爐與合成氣凈化系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、蒸汽 輪機(jī)系統(tǒng)。其中在整個(gè)IGCC電站中，空分系統(tǒng)投資費(fèi)用占整個(gè)電站投資費(fèi)用的15%左右， 而且空分系統(tǒng)是耗能最高的單元，空分系統(tǒng)用電占全廠廠用電的70% -85%?？梢娙绻?降低空分系統(tǒng)的投資成本，而且減少空分系統(tǒng)的能耗，將有效的減少IGCC電站的投資成本 并提尚提尚電站的供電效率。
[0004] 在空分系統(tǒng)中，空氣壓縮機(jī)和空氣增壓機(jī)作為空分系統(tǒng)的空氣壓縮單元，是能耗 最高的兩個(gè)設(shè)備，約占整個(gè)空分系統(tǒng)功耗的90%。傳統(tǒng)空分系統(tǒng)的空氣壓縮單元多用電動 機(jī)驅(qū)動，雖然裝置簡單，工作可靠，占地面積小，但是缺點(diǎn)也是非常明顯的。比如某250MW的 IGCC電站，配備了型號為KD0N-46000Nm3/hO2的空分系統(tǒng)。（1)空氣壓縮機(jī)和空氣增壓機(jī) 需單獨(dú)配備電動機(jī)，共需兩臺，每臺功率約20麗，供電電壓10KV，而且由于功率較高，需要 增加變壓變頻器啟動裝置。從而投資費(fèi)用較高。（2)空分的壓縮機(jī)電機(jī)和增壓機(jī)電機(jī)屬于 連續(xù)工作的電機(jī)，在正常工作時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般恒定不變，空分壓縮單元的負(fù)荷調(diào)節(jié)是僅 通過壓縮機(jī)入口的導(dǎo)流片的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其調(diào)節(jié)范圍為75%?105%，調(diào)節(jié)范圍較小， 若繼續(xù)調(diào)節(jié)只能通過空壓機(jī)放空調(diào)節(jié)，這樣是最不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。（3)由于IGCC電站的 空分系統(tǒng)用電為外接廠用電，所以一旦出現(xiàn)供電事故，將造成整個(gè)IGCC電站的生產(chǎn)中斷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服以上傳統(tǒng)IGCC電站采用電動機(jī)驅(qū)動空分系統(tǒng)壓縮單 元技術(shù)存在的問題，提供一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統(tǒng)，最大限度的降低空分系 統(tǒng)的投資成本并減少空分系統(tǒng)的能耗，而且利于電站的冷態(tài)啟動。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統(tǒng)，包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中原有 的空分系統(tǒng)、汽化爐4、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐10和蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)，還包括新增的安裝在 余熱鍋爐10的入口處的余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置9和代替原有驅(qū)動空分系統(tǒng)壓縮單元的電動機(jī) 的小汽輪機(jī)2,所述空分系統(tǒng)包括增壓單元1和精餾單元3,所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)包括燃?xì)廨?壓氣機(jī)5、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室6、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)8,所述蒸汽輪機(jī) 系統(tǒng)包括蒸汽輪機(jī)11、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12、凝汽器13和給水泵14 ;所述小汽輪機(jī)2的轉(zhuǎn)軸 連接增壓單元1的轉(zhuǎn)軸，增壓單元1的壓縮空氣輸出口與精餾單元3的輸入口連通，精餾單 元3的氧氣和氮?dú)獬隹谂c汽化爐4的輸入口連接，汽化爐4的產(chǎn)品合成煤氣輸出口與燃?xì)?輪壓氣機(jī)5輸出口一同與燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室6輸入口連通，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室6的高 溫燃?xì)獬隹谶B接至燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7的入口，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7的廢氣輸出口與余熱 鍋爐系統(tǒng)10輸入口連通，余熱鍋爐系統(tǒng)10的蒸汽輸出口依次與蒸汽輪機(jī)11的輸入口和小 汽輪機(jī)2的輸入口相連，蒸汽輪機(jī)11和小汽輪機(jī)2的乏氣輸出口通過凝汽器13依次與給 水泵14與余熱鍋爐10相連，保證蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的動力循環(huán)。
[0008] 在電站啟動時(shí)，余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置9啟動，使得余熱鍋爐10產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動小汽輪 機(jī)2運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使得空分系統(tǒng)不依靠氣化爐4和燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)而啟動運(yùn)行。
[0009] 通過調(diào)節(jié)小汽輪機(jī)2的進(jìn)口蒸汽量改變其轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)空分系統(tǒng)的負(fù)荷，相對 于電動機(jī)驅(qū)動方式，空分系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍更廣且節(jié)約能耗。
[0010] 本實(shí)用新型相對于空分壓縮單元電動機(jī)驅(qū)動方式的IGCC電站系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1)投資成本降低。應(yīng)用本實(shí)用新型裝置需要配備一臺小型汽輪機(jī)，對余熱鍋爐增 加補(bǔ)燃裝置，相對于采用常規(guī)電動機(jī)驅(qū)動空分壓縮單元方式除電動機(jī)外還需要同時(shí)配備啟 動變壓器、變頻器、啟動鍋爐等設(shè)備。空分系統(tǒng)投資成本將節(jié)省約15%。
[0012] 2)電廠的熱力性能提高。由于小汽輪機(jī)直接用蒸汽做功，沒有電動機(jī)驅(qū)動方式 的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力輸送等設(shè)備的電量損耗的中間過程。經(jīng)計(jì)算，電站的供電效率增加 0. 47%，在低負(fù)荷工況下增加更多，如50%負(fù)荷工況，增加6. 5%
[0013] 3)電站受外接廠用電的影響小。相比于原電站，不需要高電壓、高功率的外接廠用 電，則不易出現(xiàn)供電事故，電站生產(chǎn)中斷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本實(shí)用新型IGCC電站系統(tǒng)示意圖。
[0015] 圖2為現(xiàn)有某IGCC電站系統(tǒng)示意圖。
[0016] 圖3為余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置安裝位置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 如圖1所示，本實(shí)用新型一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統(tǒng)，包括整體煤氣 化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中原有的空分系統(tǒng)、汽化爐4、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐10和蒸汽輪機(jī)系 統(tǒng)，還包括新增的安裝在余熱鍋爐10的入口處的余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置9和代替原有驅(qū)動空分 系統(tǒng)壓縮單元的電動機(jī)的小汽輪機(jī)2,所述空分系統(tǒng)包括增壓單元1和精餾單元3,所述燃 氣輪機(jī)系統(tǒng)包括燃?xì)廨唹簹鈾C(jī)5、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室6、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7和燃?xì)廨啓C(jī) 發(fā)電機(jī)8,所述蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)包括蒸汽輪機(jī)11、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12、凝汽器13和給水泵14 ; 所述小汽輪機(jī)2的轉(zhuǎn)軸連接增壓單元1的轉(zhuǎn)軸，增壓單元1的壓縮空氣輸出口與精餾單元 3的輸入口連通，精餾單元3的氧氣和氮?dú)獬隹谂c汽化爐4的輸入口連接，汽化爐4的產(chǎn)品 合成煤氣輸出口與燃?xì)廨唹簹鈾C(jī)5輸出口一同與燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室6輸入口連通，燃?xì)?輪機(jī)系統(tǒng)燃燒室6的高溫燃?xì)獬隹谶B接至燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7的入口做功，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng) 透平7的廢氣輸出口與余熱鍋爐系統(tǒng)10輸入口連通，余熱鍋爐系統(tǒng)10的蒸汽輸出口依次 與蒸汽輪機(jī)11的輸入口和小汽輪機(jī)2的輸入口相連，蒸汽輪機(jī)11和小汽輪機(jī)2的乏氣輸 出口通過凝汽器13依次與給水泵14與余熱鍋爐10相連，保證蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的動力循環(huán)。
[0019] 本實(shí)用新型的工作原理為：當(dāng)電站系統(tǒng)處于運(yùn)行工況時(shí)，所述空分系統(tǒng)的增壓單 元1和精餾單元3用于為氣化爐4提供氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品；借助這些氣體產(chǎn)品，氣化爐4將煤 粉顆粒轉(zhuǎn)化為合成煤氣，并送入燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室6與燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)5輸出的壓縮空 氣混合燃燒；燃燒后的高溫?zé)煔怛?qū)動燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7做功并帶動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)8發(fā) 電；燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平7排放的高溫廢氣進(jìn)入余熱鍋爐10并將余熱鍋爐10中的介質(zhì)水加 熱成過熱蒸汽；少部分過熱蒸汽進(jìn)入小汽輪機(jī)2膨脹做功，從而帶動空分系統(tǒng)的壓縮單元1 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，其余大部分過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)11膨脹做功，從而帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12發(fā) 電；做完功的乏汽進(jìn)入凝汽器13,經(jīng)冷凝換熱后變成水，并通過給水泵14送入余熱鍋爐10 完成部分工質(zhì)的循環(huán)；
[0020] 當(dāng)電站系統(tǒng)處于冷態(tài)啟動工況時(shí)，余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置9首先啟動，使得余熱鍋爐 10在低工況下運(yùn)行，從而將余熱鍋爐10中的介質(zhì)水加成過程蒸汽驅(qū)動小汽輪機(jī)2轉(zhuǎn)動，帶 動空分系統(tǒng)的壓縮單元1運(yùn)行，為空分系統(tǒng)的精餾單元3提供壓縮空氣，空分系統(tǒng)啟動完 成；然后汽化爐4、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)依次啟動，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)啟動完成后，排放的高溫廢氣 供給余熱鍋爐10,此時(shí)停止余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置9 ;余熱鍋爐10產(chǎn)生的過熱蒸汽供給蒸汽輪 機(jī)系統(tǒng)和小汽輪機(jī)2所需，至此電站啟動完成。
[0021] 如圖3所示，余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置9安裝在余熱鍋爐10的入口處，其噴出的燃料直 接燃燒，產(chǎn)生高溫氣體進(jìn)入余熱鍋爐10,依次通過第一高中低壓汽包16、第二高中低壓汽 包17和第三高中低壓汽包18的盤管，從而產(chǎn)生水蒸汽。
[0022] 下面將本實(shí)用新型提出的IGCC電站系統(tǒng)方案與現(xiàn)有某IGCC電站系統(tǒng)做出比較。
[0023] 一、電站系統(tǒng)建設(shè)的投資成本。某250MW的IGCC電站，燃?xì)廨啓C(jī)功率為170MW，蒸 汽輪機(jī)的功率為90MW，汽化爐為2000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)氣化爐，電站也配 備了型號為KD0N-46000Nm3/h02空氣分離系統(tǒng)。其空分系統(tǒng)的空氣壓縮單元的軸功率共 37麗，采用電動機(jī)驅(qū)動，其流程如圖2所示。電動機(jī)16驅(qū)動空分系統(tǒng)中增壓單元1產(chǎn)生壓 縮空氣，壓縮空氣被送入精餾單元3,從而得到氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品。小鍋爐15產(chǎn)生一定量水蒸 氣一部分供給給空分系統(tǒng)，另一部分為汽化爐4所用。煤粉、水蒸氣和氧氣被送入汽化爐4 反應(yīng)產(chǎn)出合成煤氣，合成煤氣進(jìn)過凈化后連同被燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)5壓縮后的空氣進(jìn)入燃?xì)?輪機(jī)系統(tǒng)燃燒室6,燃燒后的高溫?zé)煔怛?qū)動燃?xì)廨啓C(jī)透平做功，從而驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)8 發(fā)電。做功后的廢氣（540°C)被送入余熱鍋爐10,在余熱鍋爐10中，水被加熱成一定壓力 和溫度的水蒸氣，大部分水蒸氣去蒸汽輪機(jī)做功，從而帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12發(fā)電，做功 后的蒸汽乏汽經(jīng)汽輪機(jī)凝汽器13冷卻后通過給水泵14被送余熱鍋爐循環(huán)使用。
[0024] 比較兩種方案的空分系統(tǒng)壓縮單元的投資成本如表1所示?？梢姴捎闷啓C(jī)驅(qū)動 空分系統(tǒng)壓縮單元將比電動機(jī)驅(qū)動方式節(jié)省約6000萬元。
[0025] 表1兩種空分系統(tǒng)空氣壓縮單元驅(qū)動方式的投資成本對比
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種帶補(bǔ)燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統(tǒng)，包括整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中原有的 空分系統(tǒng)、汽化爐（4)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐（10)和蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：還包括 新增的安裝在余熱鍋爐（10)的入口處的余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置（9)和代替原有驅(qū)動空分系統(tǒng) 壓縮單元的電動機(jī)的小汽輪機(jī)（2)，所述空分系統(tǒng)包括增壓單元（1)和精餾單元（3)，所述 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)包括燃?xì)廨唹簹鈾C(jī)（5)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室（6)、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平（7)和 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)（8)，所述蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)包括蒸汽輪機(jī)（11)、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)（12)、凝汽器 (13)和給水泵（14);所述小汽輪機(jī)⑵的轉(zhuǎn)軸連接增壓單元⑴的轉(zhuǎn)軸，增壓單元⑴的 壓縮空氣輸出口與精餾單元（3)的輸入口連通，精餾單元（3)的氧氣和氮?dú)獬隹谂c汽化爐 (4)的輸入口連接，汽化爐（4)的產(chǎn)品合成煤氣輸出口與燃?xì)廨唹簹鈾C(jī)（5)輸出口一同與燃 氣輪機(jī)系統(tǒng)燃燒室（6)輸入口連通，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)燃燒室（6)的高溫燃?xì)獬隹谶B接至燃?xì)?輪機(jī)系統(tǒng)透平（7)的入口，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)透平（7)的廢氣輸出口與余熱鍋爐系統(tǒng)（10)輸入 口連通，余熱鍋爐系統(tǒng)（10)的蒸汽輸出口依次與蒸汽輪機(jī)（11)的輸入口和小汽輪機(jī)（2) 的輸入口相連，蒸汽輪機(jī)（11)和小汽輪機(jī)（2)的乏氣輸出口通過凝汽器（13)依次與給水 泵（14)與余熱鍋爐（10)相連。
【文檔編號】F01K13/02GK204200288SQ201420675316
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】穆延非, 史紹平, 閆姝, 陳新明, 周賢, 方芳 申請人:中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司, 中國華能集團(tuán)公司