CN102292522A - 合成气燃料系统和合成气燃料系统的工作方法 - Google Patents

合成气燃料系统和合成气燃料系统的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种合成气燃料系统(8)，它包括一条从气化器(10)分出的合成气主管(9)，其中，合成气储罐(33)通过第一副管(34)与合成气主管(9)连接。本发明还涉及这种合成气燃料系统(8)的工作方法。

Description

合成气燃料系统和合成气燃料系统的工作方法
技术领域
本发明涉及一种尤其用于燃气和蒸汽轮机装置(GuD)的合成气燃料系统，以及关系到例如由于英国Grid Code的要求引起的快速改变燃气轮机功率的问题。此外本发明涉及一种在用合成气工作时为了快速改变燃气轮机功率的合成气燃料系统的工作方法。
背景技术
不同于传统的热电厂(DKW)，尤其考虑到与DKW相比应用GuD时潜在的效率优势，使用气化电厂(IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle)产生合成气，紧接着使用于GuD。对于IGCC设备的运行重要的是连接在GuD上游的合成气燃料系统，它由一些单个部件组成，包括氮稀释器、水/汽饱和器、天然气混合器，取气器和换热器。
合成气燃料系统的目的是，根据下游用户，亦即燃气轮机的温度和热值要求，制备一种经调节的合成气，以及当组合在空气侧内的情况下，制备用于组合使用在空气分解设备内的压缩空气。对处于合成气燃料系统进口的粗合成气的调节并因而热值调整，借助上述各部件/系统完成。经调节的合成气在从合成气燃料系统排出前通过换热器调整其温度。在(部分)组合取气时从燃气轮机压气机抽取压缩空气，在不组合取气的情况下从单独的压气机抽取并借助组合的换热器调整为空气分解设备要求的温度水平。DE10002084C2介绍了这种设备。
合成气燃料系统基于与IGCC参与的主系统(空气分解设备、气化器、涤气器、GUD)相互作用，目前设计为全套设备中能承基本负荷的分系统，此时借助单纯提高合成气质量流不能实现燃气轮机陡峭的负荷梯度。
因为在IGCC构型中对利用合成气工作时以燃气轮机陡峭的负荷梯度行驶方式的可用性的要求越来越高，合成气燃料系统必须尽可能独立以及对相邻的主系统仅有微量影响地适应其变化的边界条件。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种快速改变燃气轮机功率的合成气燃料系统，以及提供这种系统的工作方法。
按本发明有关合成气燃料系统的技术问题通过一种合成气燃料系统得以解决，它包括一条从气化器分出的合成气主管，其中，合成气储罐通过第一副管与合成气主管连接。
因此本发明基于下述思想，通过合成气储罐提供附加的燃料质量流。本发明涉及一种经调节的合成气在为此所设的储罐内缓冲储存。合成气储罐的功能在于，在基于气化器有限的负荷梯度合成气暂时缺乏时，提供为负荷快速提高所需要的经调节的合成气质量流。
有利地，合成气储罐设在合成气燃料系统沿合成气流向的一个位于下游的部分内。全套IGCC设备快速提高负荷，与能迅速提供附加可用的燃料质量流(合成气)并有足够的热值相关联。在负荷快速提高的情况下，当通过合成气储罐利用附加燃料质量流时，基于燃料质量流因所构建器械的大小和长度造成的直至抵达燃气轮机的流动延迟，所以在合成气燃料系统内实施输入附加的燃料质量流时应当注意，使输入点尽可能靠近燃气轮机。
此外有利的是，在第一副管上连接用于建立必要压力的压缩机和用于调整合成气量或调整合成气储罐压力的第一调整附件。
在这方面有利的是，合成气储罐通过第二副管与合成气主管连接，以及用于确定和快速调整从合成气储罐经第二副管流入合成气主管内的合成气量和压力的第二调整附件连接在第二副管上。
恰当的是，为避免经调节的合成气在合成气储罐内冷凝，合成气储罐有加热装置。此外出于同一个原因也恰当的是，合成气储罐有隔热装置。
按本发明的一种有利的实施形式，从合成气储罐分出一条可截止的排流管，从而在停止使用合成气储罐的情况下可以为它排空冷凝液。
有利地，合成气储罐通过压力监控器与火炬连接。具有安全附件的压力监控器防止合成气储罐内超过合成气最大允许压力。若合成气储罐内压力上升，安全附件允许向火矩排放合成气，借助火炬燃烧掉多余的气体。
有利地，按照本发明的合成气燃料系统在燃气和蒸汽轮机装置中连接在燃气轮机燃烧室的上游，其中，合成气主管通入燃烧室中，以及其中，在合成气主管上连接饱和器以及合成气储罐连接在饱和器与燃烧室之间。
按本发明的这种在用合成气工作时为了快速改变燃气轮机功率的合成气燃料系统工作方法，将制备的剩余合成气导入合成气储罐内，并在需要时重新从合成气储罐取出，直至气化器能完全提供需要的合成气质量流量。按本发明，调节的合成气在为此设置的储罐内缓冲储存。
有利地，合成气在导入合成气储罐前进行调节，从而在需要时它可以在正确调节的状态下立即提供使用。
此外有利的是，在将合成气在导入合成气储罐前进行压缩。
附图说明
下面借助附图举例详细说明本发明。附图示意和未按尺寸比例，其中：
图1表示已知的合成气燃料系统；以及
图2表示按本发明有合成气储罐的合成气燃料系统。
具体实施方式
一种已知的燃气和蒸汽轮机装置，包括按图1的燃气轮机装置1和未表示的蒸汽轮机装置。燃气轮机装置1包括燃气轮机2和与之连接的压气机3以及连接在燃气轮机上游的燃烧室4，它与压气机3的压缩空气管5连接。燃气轮机2和压气机3以及发电机6支承在公共轴7上。
燃气轮机装置1设计为，用通过气化一种化石燃料B产生气化的粗煤气或合成气SG进行工作。作为合成气可例如采用气化煤或气化油。为此，燃气轮机装置1包括一个合成气燃料系统8，合成气可通过它供给燃气轮机2的燃烧室4。合成气燃料系统8包括一条合成气主管9，它连接气化器10与燃气轮机2的燃烧室4。可通过加料系统11将例如煤、天然气、油或生物物质作为化石燃料B输入气化器10。此外，合成气燃料系统8还包括一些在气化器10与燃气轮机2燃烧室4之间连接在合成气主管9中的部件。
为了制备气化化石燃料B时需要的氧O2，在气化器10上游经由氧气管12连接空气分解器13。空气分解器13在进口侧可加入空气流L，它由第一分流T1和第二分流T2组成。第一分流T1可取自在压气机3内压缩的空气。为此将空气分解器13在进口侧与取气管14连接，它在分路点15从压缩空气管5分出。此外在取气管14内汇入另一个空气管16，其中连接一个附加的压气机17并可通过它将第二分流T2供给空气分解器13。因此，在本实施例中，流入空气分解器13的全部空气流L，由从压缩空气管5分路的分流T1(扣除下文说明的部分量T′)和从由附加压气机17输送的空气流T2组成。这种线路设计方案也称为部分组合的设备设计方案。按另一种所谓全组合设计方案的设计，可以取消所述另一个空气管16连同附加的压气机17，从而向空气分解器13供给空气是完全通过从压缩空气管5提取的分流T1实现的。
在取气管14上连接一个换热器31，目的是从取出的空气中重新回收热量，由此可达到燃气和蒸汽轮机装置特别高的效率。
沿分流T1的流向看，在换热器31下游从取气管14分出冷却空气管32，通过它可将冷却分流T1的部分量T′作为叶片冷却用的冷却空气供给燃气轮机2。
在空气分解器13内分解空气流L时除氧O2外获得的氮N2，通过与空气分解器13连接的氮气管18输入混合器19，并在那里与合成气SG掺合。混合器19在这里设计用于特别均匀和无丝条地混合氮N2与合成气SG。
从气化器10流出的合成气SG，通过合成气主管9首先进入合成气余热锅炉20内，在那里通过换热器用一种流动介质冷却合成气SG。在所述的热交换时产生的高压蒸汽，以未表示的方式供给蒸汽轮机装置的水-汽循环的高压级。
沿合成气SG的流向看，在合成气余热锅炉20下游和在混合器19上游，在合成气主管9上连接合成气SG的除尘器21和脱硫器22。按另一种设计，尤其在气化油作为燃料时，也可取代除尘器21采用烟灰洗涤器。
为了在燃烧室4内燃烧气化燃料时使有害物排放量特别小，规定气化燃料在进入燃烧室4内前加入水蒸气。这可以在饱和系统中以热工技术特别有利的方式进行。为此在合成气主管9上连接饱和器23，气化燃料在其中沿热饱和器水逆流导入。饱和器水在一个与饱和器23连接的饱和器回路24内循环，在此饱和器回路24上连接循环泵25和换热器26，用于预热饱和器水。为了补偿在气化燃料饱和时出现的饱和器水损失，一条输入管27与饱和器回路24连接。
沿合成气SG的流向看，在饱和器23下游，在合成气主管9上连接起合成气-混合气热交换器作用的换热器28的二次侧。其中换热器28的一次侧，在一个除尘器21前的位置同样连接在合成气主管9内，所以流入除尘器21内的合成气SG，将其一部分热量传输给从饱和器23流出的合成气SG。也可以在一种其他部件变化的线路设计方案中，规定合成气SG在进入脱硫器22前流过换热器28。尤其在接通烟灰洗涤器时，换热器优选地就合成气而言可以设在烟灰洗涤器下游。
在饱和器23与换热器28之间，在合成气主管9上连接另一个换热器29二次侧，它在一次侧可以加热给水或也可以加热蒸汽。在这里，通过设计为合成气-纯煤气热交换器的换热器28和此换热器29，即使在燃气和蒸汽轮机装置不同的工作状态，也可以保证特别可靠地预热流入燃气轮机2燃烧室4内的合成气SG。
为了将热量耦合到饱和器回路24内，除了设置可以例如加入在给水预热器后分路的热给水的换热器26外，还可设饱和器水换热器30，它在一次侧可加入来自没有表示的给水箱的给水。
图2描述了按本发明的合成气燃料系统8，其中，在IGCC设备采用合成气工作期间，经调节的合成气在燃烧室4前通过第一副管34从合成气主管9取出，并借助压缩机35压缩至储存压力并导入合成气储罐33内。借助第一调整附件36实现合成气储罐的接通，它连接在第一副管34上，用于有目的地调整合成气储罐33的储量和压力。
从合成气储罐33取出合成气是通过第二副管37进行的，合成气储罐33通过它与合成气主管9连接，以及借助连接在第二副管37上的第二调节附件38，确定并快速调整从合成气储罐33流入合成气主管9内合成气的量和将压力调整为规定的燃气轮机进口压力。为了避免经调节的合成气在合成气储罐33内冷凝，它在工作时借助加热器和隔热器保持为一个离水在合成气内的饱和线有足够距离的温度。在合成
气储罐33停止工作的情况下，它通过可截止的排流管39排空冷凝液。合成气储罐33为了充填、储存和排空合成气的压力监控，通过压力监控器40进行，它包括安全附件，用于在超过允许的过压时向火炬41放气。由快速改变燃气轮机2负荷所需要的合成气质量流，决定在气化器10基于其有限的负荷梯度能完全提供合成气质量流前，在合成气储罐33储存容积内的压力和储存容积。

Claims (13)

1.一种合成气燃料系统(8)，包括一条从气化器(10)分出的合成气主管(9)，其特征为：合成气储罐(33)通过第一副管(34)与合成气主管(9)连接。
2.按照权利要求1所述的合成气燃料系统(8)，其中，合成气储罐(33)设在合成气燃料系统(8)的沿合成气流向的一个位于下游的部分内。
3.按照权利要求1或2所述的合成气燃料系统(8)，其中，压缩机(35)连接在第一副管(34)上。
4.按照权利要求1至3之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，在第一副管(34)上连接用于调整合成气量或用于调整合成气储罐(33)压力的第一调整附件(36)。
5.按照前列诸权利要求之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，合成气储罐(33)通过第二副管(37)与合成气主管(9)连接，以及第二调整附件(38)连接在第二副管(37)上。
6.按照前列诸权利要求之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，合成气储罐(33)有加热装置。
7.按照前列诸权利要求之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，合成气储罐(33)有隔热装置。
8.按照前列诸权利要求之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，从合成气储罐(33)分出一条可截止的排流管(39)。
9.按照前列诸权利要求之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，合成气储罐(33)通过压力监控器(40)与火炬(41)连接。
10.一种燃气和蒸汽轮机装置，包括燃气轮机(2)和连接在燃气轮机(2)燃烧室(4)上游按照前列诸权利要求之一所述的合成气燃料系统(8)，其中，合成气主管(9)通入燃烧室(4)中，以及其中，在合成气主管(9)上连接饱和器(23)以及合成气储罐(33)连接在饱和器(23)与燃烧室(4)之间。
11.一种在用合成气工作时为了快速改变燃气轮机(2)功率的合成气燃料系统(8)的工作方法，其特征为：将制备的剩余合成气导入合成气储罐(33)内，以及在需要时重新从合成气储罐(33)取出，直至气化器(10)能完全提供需要的合成气质量流量。
12.按照权利要求11之一所述的方法，其中，在将合成气在导入合成气储罐(33)前进行调节。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其中，在将合成气在导入合成气储罐(33)前进行压缩。
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