本發(fā)明屬于燃煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站及調(diào)峰方法。

背景技術(shù)：

由于我國煤炭資源豐富，價格便宜，長期以來，燃煤發(fā)電都在我國電力供應(yīng)中占據(jù)主體地位，每年全國有70％以上的電量由燃煤電廠發(fā)出。我國燃煤發(fā)電經(jīng)過長期的發(fā)展，燃煤發(fā)電機組技術(shù)能力不斷完善，主蒸汽參數(shù)不斷提高，發(fā)電效率不斷提升，環(huán)保性能也大大改善。然而，在以風電為代表的可在能源發(fā)電不斷發(fā)展壯大的背景下，燃煤電站將面臨節(jié)能減排之外的另一大挑戰(zhàn)，即調(diào)峰能力提升。

一方面以大容量超臨界燃煤機組和IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))發(fā)電為代表的新型燃煤發(fā)電技術(shù)，刷新了燃煤發(fā)電效率和污染物減排的記錄，為未來燃煤發(fā)電指明了兩個重要發(fā)展方向。另一方面，隨著我國能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，以風電為代表的可再生能源發(fā)電比例不斷提升，由于可再生能源具有可持續(xù)，低污染的特點，因此得到了國家的大力扶持，發(fā)展迅速。然而，以風電為代表的可再生能源發(fā)電具有很大的不確定性和不穩(wěn)定性，可靠性能極低。比如風力發(fā)電設(shè)備，只有在有風的時候才能夠發(fā)出電能，而此時往往電力用戶并不一定需要用電，而當電力用戶需要用電的時候，卻不一定有風。電能不可大規(guī)模儲存，電能即發(fā)即用的特性決定了電網(wǎng)中必須要有一定數(shù)量的發(fā)電機組專門用來調(diào)峰。當有風時，風電大規(guī)模上網(wǎng)，此時需要調(diào)峰機組降低負荷，甚至深度降負荷，以維持電網(wǎng)電能的供需平衡，而當風電遭遇風力下降，發(fā)電減少時，又需要調(diào)峰機組快速升高負荷，以補充風電退出的發(fā)電功率。

截止2015年底，我國風電裝機容量已經(jīng)達到約1.5億千瓦，為保證如此大規(guī)模的風電上網(wǎng)，需要大量的其他可靠形式的發(fā)電機組進行調(diào)峰。目前的情況是，核電機組往往都安排負擔基礎(chǔ)負荷，機組要維持滿負荷發(fā)電狀態(tài)，很少做出變動，不能調(diào)峰；由于水利調(diào)節(jié)需要和裝機容量的限制，水電調(diào)峰能力也已經(jīng)發(fā)揮到極限，滿足不了調(diào)峰缺口；因而為保證風電上網(wǎng)，電網(wǎng)調(diào)峰責任自然需要火電機組來承擔。我國由于天然氣資源短缺的限制，不能建設(shè)太多的燃氣電廠用來調(diào)峰，因而燃煤電廠參與調(diào)峰是未來電力發(fā)展的必然要求。因此未來燃煤發(fā)電機組應(yīng)當具有快速啟動、低負荷穩(wěn)燃和快速升負荷的能力。

目前，超臨界電站煤粉鍋爐因為沒有汽包等大體積厚壁金屬部件，因而較少擔心金屬熱應(yīng)力的影響，可以較快的變動負荷，這是超臨界電站參與調(diào)峰的優(yōu)勢，然而，在低負荷狀態(tài)時，尤其當負荷低于設(shè)計值的35％以下時，爐膛很難穩(wěn)燃，需要投油輔助燃燒。燃油成本極大，并且燃油會造成污染，尾部除塵、脫硫脫硝設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn)。而IGCC發(fā)電機組，由于系統(tǒng)流程很長，負荷調(diào)節(jié)響應(yīng)時間較長，負荷變動速度很小，單獨依靠IGCC發(fā)電也很難適應(yīng)調(diào)峰的要求。超臨界機組和IGCC兩種最具效率和環(huán)保優(yōu)勢的燃煤發(fā)電形式，都難以適應(yīng)配合風電上網(wǎng)調(diào)峰的需要，這是目前燃煤發(fā)電的發(fā)展面臨的重要問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題在于提供一種整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站及調(diào)峰方法，可以實現(xiàn)超臨界鍋爐低成本的低負荷穩(wěn)燃，并使電站具有寬負荷、快速度的調(diào)峰的能力，克服了大容量超臨界火電機組和IGCC發(fā)電機組分別由于難以低負荷穩(wěn)燃和難以快速變負荷而不能適應(yīng)配合風電上網(wǎng)快速調(diào)峰的缺點。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站，包括IGCC發(fā)電機組和超臨界發(fā)電機組，所述的IGCC發(fā)電機組中的氣化爐出口接凈化單元合成氣入口，凈化單元出口分成兩路，一路接燃氣輪機的燃燒室，通過調(diào)節(jié)燃氣輪機的合成氣進氣量使調(diào)峰電站進行快速變負荷，另一路接超臨界發(fā)電機組中的超臨界鍋爐的合成氣燒嘴；超臨界鍋爐接引合成氣進行點火啟動，以及在低負荷時利用合成氣穩(wěn)燃；

由超臨界鍋爐提供蒸汽的超臨界蒸汽輪機的汽缸中引出管道接到蒸汽調(diào)節(jié)器，蒸汽調(diào)節(jié)器出口接IGCC發(fā)電機組中的聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機入口管道，在IGCC發(fā)電機組啟動時，由來自蒸汽調(diào)節(jié)器的抽汽對聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機進行沖轉(zhuǎn)和帶負荷。

所述的IGCC發(fā)電機組中，氣化爐的煤粉入口接煤粉，氧氣入口與空分單元的氧氣出口相連接；燃氣輪機同軸連接燃氣輪發(fā)電機，燃氣輪機透平出口接余熱鍋爐，余熱鍋爐出口為余熱鍋爐排煙；余熱鍋爐高壓蒸汽出口接聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機入口，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機同軸連接聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪發(fā)電機，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機出口連接第二凝汽器入口，第二凝汽器出口連接第二給水泵入口，第二給水泵出口連接余熱鍋爐給水入口。

所述的超臨界發(fā)電機組中，超臨界鍋爐設(shè)有煤粉燒嘴和合成氣燒嘴，煤粉燒嘴接鍋爐煤粉，超臨界鍋爐主蒸汽出口連接超臨界蒸汽輪機的高壓缸入口，超臨界蒸汽輪機的高壓缸出口連接超臨界鍋爐再熱器入口，超臨界鍋爐再熱器出口連接超臨界蒸汽輪機的中壓缸入口，超臨界蒸汽輪機的中壓缸出口連接超臨界蒸汽輪機的低壓缸入口，超臨界蒸汽輪機的低壓缸出口連接第一凝汽器乏汽入口；超臨界蒸汽輪機同軸連接超臨界蒸汽輪發(fā)電機，第一凝汽器出口連接低壓加熱器組入口，低壓加熱器組出口接第一給水泵入口，第一給水泵出口接高壓加熱器組入口，高壓加熱器組出口接超臨界鍋爐給水入口。

分別在超臨界蒸汽輪機的中壓缸中段和中壓缸前端各引出一條管道接到蒸汽調(diào)節(jié)器，蒸汽調(diào)節(jié)器出口接聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機入口管道。

該調(diào)峰電站的IGCC發(fā)電機組運行而啟動超臨界發(fā)電機組的情況下，在超臨界鍋爐啟動時，采用從凈化單元接引合成氣進行點火，直至超臨界鍋爐煤粉燃燒穩(wěn)定以后再停止燃燒合成氣；

對于超臨界發(fā)電機組運行而要啟動IGCC發(fā)電機組的情況，在氣化爐啟動初期，氣化爐所產(chǎn)的合成氣全部送去超臨界鍋爐燃燒，當氣化爐所產(chǎn)合成氣流量穩(wěn)定以后，合成氣改送至燃氣輪機；在聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機啟動初期，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機先利用蒸汽調(diào)節(jié)器來的蒸汽進行沖轉(zhuǎn)和并網(wǎng)發(fā)電；當燃氣輪機啟動并帶動余熱鍋爐產(chǎn)生對應(yīng)參數(shù)的蒸汽后，再將聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機的供汽源切換為余熱鍋爐。

基于所述整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站的調(diào)峰方法，包括以下操作：

當電網(wǎng)要求調(diào)峰電站快速降負荷時，氣化爐負荷維持穩(wěn)定不變，通過減少燃氣輪機的合成氣進氣量迅速降低負荷，并將氣化爐多出的合成氣從凈化單元出口接至超臨界鍋爐燃燒，同時減少超臨界鍋爐的煤粉量，使超臨界鍋爐的負荷根據(jù)需要逐漸降低或維持穩(wěn)定；若短時間范圍內(nèi)電網(wǎng)又需要電站進行負荷提升，則減少送往超臨界鍋爐的合成氣量，增加送往燃氣輪機的合成氣量，以快速增加電站發(fā)電功率，此時超臨界鍋爐的負荷通過增加煤粉量維持。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站及調(diào)峰方法，采用IGCC與超臨界火電機組相結(jié)合的技術(shù)形式，在IGCC與超臨界發(fā)電機組之間設(shè)置合成氣和蒸汽的聯(lián)絡(luò)管道，將兩種發(fā)電形式進行有機融合，實現(xiàn)高發(fā)電效率和環(huán)保性能。氣化爐產(chǎn)生的合成氣既可以送燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，也可以分出一部分或全部送往超臨界鍋爐燃燒，這樣就保證了超臨界鍋爐啟動時的引燃需求，和進行超低負荷調(diào)峰時的穩(wěn)燃需求，使超臨界鍋爐獲得快速啟動和超低負荷穩(wěn)燃的調(diào)峰能力。

在IGCC啟動初期，當氣化爐所產(chǎn)的合成氣質(zhì)量不穩(wěn)定，不足以滿足燃氣輪機使用要求時，合成氣可以送去超臨界鍋爐內(nèi)燃燒，避免了送去火炬燃燒而造成燃料的浪費，實現(xiàn)了能量回收。而且超臨界鍋爐啟動時可以采用合成氣點火，利用合成氣代替燃油，節(jié)省燃油費用。

燃氣輪機需要使用燃油啟動，升至高負荷以后再將燃料切換成合成氣，而燃氣輪機從啟動到升至高負荷之前需要先保持低負荷，以等待聯(lián)合循環(huán)汽輪機啟動和暖機，造成燃氣輪機啟動速度慢，燃油時間長，耗油量大。本發(fā)明在超臨界蒸汽輪機和聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機之間有蒸汽聯(lián)絡(luò)管，改變了IGCC聯(lián)合循環(huán)部分的啟動過程，可以先利用超臨界蒸汽輪機的抽汽對聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機進行沖轉(zhuǎn)和帶負荷，當燃氣輪機啟動以后，直接將燃氣輪機提升至較高的負荷后再進行燃料切換，而不必再等待聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機的沖轉(zhuǎn)和暖機過程，因而節(jié)省了燃油使用量，并且加快了聯(lián)合循環(huán)的啟動過程。

電網(wǎng)調(diào)峰需要電站快速降負荷時，燃機可以直接減少合成氣進氣量而進行減負荷，而不必等待氣化爐合成氣產(chǎn)量下降，提高了降負荷速度，氣化爐多產(chǎn)的合成氣可以送往超臨界鍋爐燃燒，避免能量浪費。深度調(diào)峰時，超臨界鍋爐采用合成氣穩(wěn)燃，取代投油穩(wěn)燃，節(jié)省運行費用，并且避免了鍋爐尾部的電除塵、脫硫脫硝等設(shè)備被燃油不完全燃燒產(chǎn)生的黑煙污染，提高了設(shè)備的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為煤粉；2為氣化爐；3為凈化單元；4為鍋爐煤粉；5為超臨界鍋爐；6為超臨界蒸汽輪機；7為超臨界蒸汽輪發(fā)電機；8為第一凝汽器；9為低壓加熱器組；10為第一給水泵；11為高壓加熱器組；12為空氣；13為空分單元；14為燃氣輪機；15為燃氣輪發(fā)電機；16為余熱鍋爐；17為余熱鍋爐排煙；18為蒸汽調(diào)節(jié)器；19為聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機；20為聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪發(fā)電機；21為第二凝汽器；22為第二給水泵。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

參見圖1，一種整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站，包括IGCC發(fā)電機組和超臨界發(fā)電機組，其特征在于，所述的IGCC發(fā)電機組中的氣化爐2出口接凈化單元3合成氣入口，凈化單元3出口分成兩路，一路接燃氣輪機14的燃燒室，通過調(diào)節(jié)燃氣輪機14的合成氣進氣量使調(diào)峰電站進行快速變負荷，另一路接超臨界發(fā)電機組中的超臨界鍋爐5的合成氣燒嘴；超臨界鍋爐5接引合成氣進行點火啟動，以及在低負荷時利用合成氣穩(wěn)燃；

由超臨界鍋爐5提供蒸汽的超臨界蒸汽輪機6的汽缸中引出管道接到蒸汽調(diào)節(jié)器18，蒸汽調(diào)節(jié)器18出口接IGCC發(fā)電機組中的聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19入口管道，在IGCC發(fā)電機組啟動時，由來自蒸汽調(diào)節(jié)器18的抽汽對聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19進行沖轉(zhuǎn)和帶負荷。

本發(fā)明采用IGCC與超臨界火電機組相結(jié)合的技術(shù)形式，在IGCC與超臨界發(fā)電機組之間設(shè)置合成氣和蒸汽的聯(lián)絡(luò)管道，將兩種發(fā)電形式進行有機融合。氣化爐產(chǎn)生的合成氣既可以送燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，也可以分出一部分或全部送往超臨界鍋爐燃燒，這樣就保證了超臨界鍋爐啟動時的引燃需求，和進行超低負荷調(diào)峰時的穩(wěn)燃需求，使超臨界鍋爐獲得快速啟動和超低負荷穩(wěn)燃的調(diào)峰能力。在超臨界蒸汽輪機和聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機之間有蒸汽聯(lián)絡(luò)管，當IGCC啟動時，可以先利用超臨界蒸汽輪機的抽汽對聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機進行沖轉(zhuǎn)和帶負荷，當燃氣輪機啟動以后，直接將燃氣輪機提升至較高的負荷，而不必再等待聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機的沖轉(zhuǎn)和暖機過程，這樣就加快了IGCC的聯(lián)合循環(huán)部分的啟動過程。

基于所述整合IGCC與超臨界機組的調(diào)峰電站的調(diào)峰方法，包括以下操作：

當電網(wǎng)要求調(diào)峰電站快速降負荷時，氣化爐2負荷維持穩(wěn)定不變，通過減少燃氣輪機14的合成氣進氣量迅速降低負荷，并將氣化爐2多出的合成氣從凈化單元3出口接至超臨界鍋爐5燃燒，同時減少超臨界鍋爐5的煤粉量，使超臨界鍋爐5的負荷根據(jù)需要逐漸降低或維持穩(wěn)定；若短時間范圍內(nèi)電網(wǎng)又需要電站進行負荷提升，則減少送往超臨界鍋爐5的合成氣量，增加送往燃氣輪機14的合成氣量，以快速增加電站發(fā)電功率，此時超臨界鍋爐5的負荷通過增加煤粉量維持。

下面給出具體的實施例。如圖1所示，該調(diào)峰電站包括氣化爐2、凈化單元3、超臨界鍋爐5、超臨界蒸汽輪機6、超臨界蒸汽輪發(fā)電機7、第一凝汽器8、低壓加熱器組9、第一給水泵10、高壓加熱器組11、空分單元13、燃氣輪機14、燃氣輪發(fā)電機15、余熱鍋爐16、蒸汽調(diào)節(jié)器18、聯(lián)合循環(huán)汽輪機19、聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電機20、第二凝汽器21和第二給水泵22等主要設(shè)備組成。

電站各主要設(shè)備和單元的連接方式為：空分單元13入口接空氣12，空分單元13氧氣出口接氣化爐2氧氣入口，氣化爐2煤粉入口接煤粉1，氣化爐2出口接凈化單元3粗合成氣入口，凈化單元3出口分成兩路，一路接超臨界鍋爐5的合成氣燒嘴，另一路接燃氣輪機14燃燒室，燃氣輪機14同軸連接燃氣輪發(fā)電機15，燃氣輪機14透平出口接余熱鍋爐16，余熱鍋爐16出口為余熱鍋爐排煙17；余熱鍋爐16高壓蒸汽出口接聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19入口，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19同軸連接聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪發(fā)電機20，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19出口連接第二凝汽器21入口，第二凝汽器21出口連接第二給水泵22入口，第二給水泵22出口連接余熱鍋爐16給水入口；

超臨界鍋爐5煤粉燒嘴接鍋爐煤粉4，超臨界鍋爐5主蒸汽出口連接超臨界蒸汽輪機6高壓缸入口，超臨界蒸汽輪機6高壓缸出口連接超臨界鍋爐5再熱器入口，超臨界鍋爐5再熱器出口連接超臨界蒸汽輪機6中壓缸入口，超臨界蒸汽輪機6中壓缸出口連接超臨界蒸汽輪機6低壓缸入口，超臨界蒸汽輪機6低壓缸出口連接第一凝汽器8乏汽入口；超臨界蒸汽輪機6同軸連接超臨界蒸汽輪發(fā)電機7，第一凝汽器8出口連接低壓加熱器組9入口，低壓加熱器組9出口接第一給水泵10入口，第一給水泵10出口接高壓加熱器組11入口，高壓加熱器組11出口接超臨界鍋爐5給水入口。在超臨界蒸汽輪機6中壓缸中段和超臨蒸界汽輪機6中壓缸前端分別引出一條管道接到蒸汽調(diào)節(jié)器18，蒸汽調(diào)節(jié)器18出口接聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19入口管道。

調(diào)峰電站應(yīng)當具有的特性包括快速啟動、快速升降負荷和電站鍋爐在低負荷甚至超低負荷時能夠穩(wěn)定的燃燒，即穩(wěn)燃。下面說明該調(diào)峰電站實現(xiàn)這些特殊性能的過程。該調(diào)峰電站的啟動分為全廠的冷態(tài)啟動、IGCC運行時超臨界發(fā)電部分的啟動和超臨界發(fā)電部分運行時IGCC部分的啟動三種情況，該電站可以安排IGCC部分和超臨界發(fā)電部分分別停機檢修，所以該電站絕大部分的啟動過程是指后兩種情況。

在合成氣凈化單元3出口有連接至超臨界鍋爐的管道，超臨界鍋爐5可以接引合成氣進行點火啟動和在低負荷時利用合成氣穩(wěn)燃。對于IGCC部分運行而要啟動超臨界發(fā)電部分的情況，在超臨界鍋爐5啟動時，采用從凈化單元3接引過來的合成氣進行點火，直至超臨界鍋爐5煤粉燃燒穩(wěn)定以后再停止燃燒合成氣。對于超臨界發(fā)電部分運行而要啟動IGCC部分的情況，在氣化爐啟動初期，氣化爐所產(chǎn)的合成氣全部送去超臨界鍋爐5燃燒，以回收熱能產(chǎn)生蒸汽用來發(fā)電，當氣化爐所產(chǎn)合成氣流量穩(wěn)定以后，合成氣改送至燃氣輪機。

在聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機側(cè)設(shè)置了蒸汽調(diào)節(jié)器18，并從超臨界蒸汽輪機抽取兩股蒸汽至蒸汽調(diào)節(jié)器18混合，以獲得合適參數(shù)的蒸汽。在聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19啟動初期，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19首先利用蒸汽調(diào)節(jié)器18來的蒸汽進行沖轉(zhuǎn)和并網(wǎng)發(fā)電；當燃氣輪機14啟動并帶動余熱鍋爐16產(chǎn)生對應(yīng)參數(shù)的蒸汽以后，再將聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機19的供汽源切換為余熱鍋爐16，該措施可加快燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機的啟動速度。

為響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰的快速變負荷需求，通過調(diào)節(jié)燃氣輪機的合成氣進氣量進行快速變負荷，氣化爐負荷維持穩(wěn)定不變，除供燃氣輪機發(fā)電以外，氣化爐多產(chǎn)的合成氣送去超臨界鍋爐燃燒。當電網(wǎng)要求電站快速降負荷時，首先通過減少合成氣進氣量迅速降低燃氣輪機14的負荷，并將氣化爐2多出的合成氣從凈化單元3出口接至超臨界鍋爐5燃燒，同時減少超臨界鍋爐5的煤粉量，使超臨界鍋爐5的負荷根據(jù)需要逐漸降低或維持穩(wěn)定。如果短時間范圍內(nèi)電網(wǎng)又需要電站進行負荷提升，則減少送往超臨界鍋爐5的合成氣量，增加送往燃氣輪機的合成氣量，以快速增加電站發(fā)電功率，此時超臨界鍋爐5的負荷通過增加煤粉量維持。

當電網(wǎng)要求電站進行深度調(diào)峰超低負荷運行的時候，如果超臨界鍋爐5的負荷降低至額定負荷的35％以下，則利用從合成氣凈化單元3接引的合成氣進行穩(wěn)燃。

在該實施實例中，該IGCC與超臨界機組整合的調(diào)峰電站的主要參數(shù)由表1給出。

表1整合IGCC與超臨界火力發(fā)電機組的調(diào)峰電站主要參數(shù)

以上給出的實施例是實現(xiàn)本發(fā)明較優(yōu)的例子，本發(fā)明不限于上述實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。