CN100497902C - 煤联合循环发电系统能量回收方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种煤联合循环发电系统能量回收方法及装置，该方法是：将从燃气轮机组压气机出口处抽取的高温、高压空气，先通过一个能量回收透平装置，使透平出口处的空气达到适当低的压力；再将经过透平后的空气与空分装置中的氮压机出口的回注氮气进行热交换，使空气达到适当低的温度，最后将空气供给空分装置；所述装置主要由空分装置，燃气轮机组，蒸汽轮机组等组成，它根据燃气轮机组压气机出口气体温度和压力等来设计能量回收透平装置，该能量回收透平装置的进口与燃气轮机组压气机排气口通过管道连结；根据能量回收透平装置出口空气温度等设计热交换器，该热交换器的空气入口与能量回收透平装置出口通过管道连接，空气出口与空分装置压缩空气入口通过管道连接；它具有工艺流程简单，结构布置合理，制备方便，成本较低，节能效果更明显等特点。

Description

煤联合循环发电系统能量回收方法及装置

技术领域

本发明涉及的是一种洁净煤联合循环发电系统(IGCC)中，从燃气轮机的压气机出口处抽取部分压缩空气供给空分装置并进行能量回收的方法及装置。

背景技术

洁净煤联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效联合循环发电技术相结合的先进动力发电系统。它由煤的气化与净化过程和燃气—蒸汽联合循环发电过程两部分组成，包括有空分装置，燃气轮机组，蒸汽轮机组等。在煤的气化与净化过程中需要空分装置提供氧气作为煤气化与净化装置中的气化剂。空分装置吸入压缩空气，产出氧气和氮气等，同时需要氧压机(外压缩流程)和氮压机将氧气和氮气压缩到需要的压力，供给气化炉氧气以及回注氮气。根据原料空气的来源不同，空分装置可分为独立空分装置、整体空分装置和部分整体空分装置。独立空分装置是所有的原料空气都是空分装置自带的空压机提供的；整体空分装置是所有的原料空气都是燃气轮机同轴的高性能压气机所提供的，但它必须带有启动用的50％空气量的空压机；部分整体空分装置是原料空气由空分装置自带的空压机和燃气轮机同轴的高性能压气机(一般占30％～50％)联合提供。本发明针对的是洁净煤联合循环发电系统中用到的是部分整体空分装置和整体空分装置。在燃气—蒸汽联合循环发电过程中用到了燃气轮机组和蒸汽轮机组，燃气轮机组包括压气机、燃烧室和膨胀机；而蒸汽轮机组包括余热锅炉和蒸汽轮机。

在所述洁净煤联合循环发电系统中，燃气轮机组的压气机所产生的压缩空气被分成两部分，一部分供给燃气轮机组的燃烧室，另一部分被抽取供给空分装置做原料空气。通常情况下，燃气轮机组的压气机出口处压缩空气的压力(～1.3Mpa)和温度(～460℃)远大于空分装置所需压缩空气的压力(～0.5Mpa)和温度(～100℃)。通常采用的方法是：将燃气轮机组的压气机出口处压缩空气与燃气轮机组燃烧室进口燃气进行热交换，再通过节流装置和冷却器后供给空分装置。此时由于热交换器中压缩空气进口温度高，所以热交换器的技术难度大，成本也较高；同时通过节流降压处理是对燃气轮机组的压气机出口处压缩空气能量的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种改良工艺流程，使结构布置更加合理，成本较低，设备运行的节能效果更明显的煤联合循环发电系统能量回收方法及装置。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，该方法是：将从燃气轮机组压气机出口处抽取的高温、高压空气，先通过一个能量回收透平装置，使透平出口处的空气达到适当低的压力；再将经过透平后的空气与空分装置中的氮压机出口的回注氮气进行热交换，使空气达到适当低的温度，最后将空气供给空分装置。

所述的能量回收透平装置所产生的功率被供给氮压机，以减少氮压机所需功率；或者将能量回收透平装置所产生的功率供给发电机发电。

一种如上所述的煤联合循环发电系统能量回收装置，它主要由空分装置，燃气轮机组，蒸汽轮机组等组成，它根据燃气轮机组压气机出口气体温度和压力，及空分装置所需空气的压力来设计能量回收透平装置，将设计好的能量回收透平装置的进口与燃气轮机组压气机排气口通过管道连结；根据能量回收透平装置出口空气温度和空分装置中氮压机出口的氮气温度设计热交换器，将设计好的热交换器的空气入口与能量回收透平装置出口通过管道连接，空气出口与空分装置压缩空气入口通过管道连接。

本发明还根据热变形和受力的要求在管道中设置波纹管类的吸收变形元件，同时能量回收透平装置与氮压机共轴，或者将能量回收透平装置与发电机用轴用联轴器连接发电。本发明属于对现有技术的一种改进，它具有工艺流程简单，结构布置合理，制备方便，成本较低，节能效果更明显等特点。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：附图1所示，本发明主要是由空分装置1，燃气轮机组2及蒸汽轮机组3组成一个完整的洁净煤联合循环发电系统。其中燃气轮机组2包括压气机4、燃烧室5和膨胀机6；而蒸汽轮机组3包括余热锅炉7和蒸汽轮机8。

将从燃气轮机组2压气机4出口处抽取的高温、高压空气，先通过一个能量回收透平装置9，使透平装置9出口处空气达到适当低的压力。再将空气与空分装置1中的氮压机10出口的回注氮气进行热交换，使空气达到适当低的温度，同时提高回注氮气的温度，减少燃烧所需的煤气，从而满足空分装置对空气压力和温度的要求，最后将空气供给空分装置1。同时将能量回收透平装置9所产生的功率供给氮压机10，以减少氮压机10所需功率；或者将能量回收透平装置9所产生的功率供给发电机发电。由于通过能量回收透平装置后，从燃气轮机组2压气机4抽取的压缩空气温度得到降低，所以可以有效降低热交换器成本。同时这种技术可以有效提高整个IGCC系统的发电效率。

本发明根据燃气轮机组2压气机4出口气体温度和压力，及空分装置1所需空气的压力来设计能量回收透平装置9。将设计好的能量回收透平装置9的进口与燃气轮机组2压气机4排气口通过管道连结。根据能量回收透平装置9出口空气温度和空分装置1中氮压机10出口的氮气温度设计热交换器11。将设计好的热交换器11的空气入口与能量回收透平装置9出口通过管道连接，空气出口与空分装置1压缩空气入口通过管道连接，根据热变形和受力的要求在管道中设置波纹管等吸收变形的元件。同时能量回收透平装置9与氮压机10共轴，或者将能量回收透平装置与发电机轴用联轴器连接发电。

Claims (3)

1、一种煤联合循环发电系统能量回收方法，它是将从燃气轮机组压气机出口处抽取的高温、高压空气，先通过一个能量回收透平装置，使透平装置出口处空气达到远比燃气轮机组压气机出口处压缩空气低的压力；再将空气与空分装置中的氮压机出口的回注氮气进行热交换，使空气达到远比燃气轮机组压气机出口处压缩空气低的温度，最后将空气供给空分装置。

2、根据权利要求1所述的煤联合循环发电系统能量回收方法，其特征在于所述的能量回收透平装置所产生的功率供给氮压机，以减少氮压机所需功率；或者将能量回收透平装置所产生的功率供给发电机发电。

3、一种用于如权利要求1或2所述的煤联合循环发电系统能量回收方法的装置，它主要由空分装置、燃气轮机组及蒸汽轮机组组成，其特征在于根据燃气轮机组(2)的压气机(4)出口气体温度和压力，及空分装置(1)所需空气的压力来设计能量回收透平装置(9)，将设计好的能量回收透平装置(9)的进口与燃气轮机组(2)压气机(4)排气口通过管道连结；根据能量回收透平装置(9)出口空气温度和空分装置(1)中氮压机(10)出口的氮气温度设计热交换器(11)，将设计好的热交换器(11)的空气入口与能量回收透平装置(1)出口通过管道连接，空气出口与空分装置(1)压缩空气入口通过管道连接；根据热变形和受力的要求在管道中设置波纹管类的吸收变形元件，同时能量回收透平装置(9)与氮压机(10)共轴，或者将能量回收透平装置(9)与发电机轴用联轴器连接发电。

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