CN102337937A - 一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于化石燃料动力循环发电技术领域的一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统。本发明利用非热表面再热概念，通过对空分单元产生的氮气加压混入高压燃气轮机控制高压燃气轮机的燃烧温度，高压燃气轮机出口的烟气温度和压力降低后进入中压燃气轮机，在中压燃气轮机的燃烧室通过燃烧使燃烧室出口的烟气温度达到设计值。动力系统设计时，对高压燃气轮机出入口的烟气压力进行优化。本发明的煤整体气化烟气再热联合循环动力系统具有高能效、低成本、低排放的优点，比传统的的煤整体气化联合循环电厂净热效率提高4～5％。

Description

一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统
技术领域
本发明属于化石燃料动力循环发电技术领域，具体涉及一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统。 
背景技术
在能源价格连续上涨的时代，化石燃料特别是煤炭能源将在电力工业中长期处于重要的地位。因此，电力行业一直在努力开发新型的化石燃料动力循环达到高效的目的。联合循环动力系统是提高动力厂效率的重要选择之一。基于上述概念，煤整体气化联合循环(IGCC)用于将煤蕴含的能量转换为电能。IGCC技术首先将煤气化，产生合成气。然后在将合成气燃烧之前将杂质从合成气中去除或将污染物转化为可利用的副产品。这种方式可减少二氧化硫、固体颗粒和汞的排放。初级燃烧和生产所产生的附加热量送到蒸汽动力循环，类似于联合循环燃气轮机。与传统的煤粉燃烧技术相比，这种方式也可以提高效率。 
众所周知，在两个燃气轮机之间对燃气进行再热，整个燃气轮机循环的吸热平均温度会升高。因而，燃气轮机循环的性能将得到改善。实践中难以实现在两个燃气轮机之间使用热交换器对烟气进行再热，因为烟气温度太高。本专利提出非热表面再热概念以解决这一问题。高压燃气轮机中的燃气通过控制氧气(或空气)的流量仅进行部分燃烧。通过对空分单元产生的氮气加压混入高压燃气轮机控制高压燃气轮机的燃烧温度。高压燃气轮机出口的烟气(包括未燃烧的燃气)温度和压力降低。动力系统设计时，对高压燃气轮机出入口的烟气压力进行优化。在中压燃气轮机的燃烧室，需要供应附加的氧气(或空气)以完全燃烧燃气。通过燃烧，在燃烧室的出口，烟气温度达到设计值。 
由于系统配置的重要变化，烟气再热联合循环动力系统的烟气工况与传统 的联合循环燃气轮机烟气工况完全不同。变化之一为高压燃气轮机入口的燃气压力，燃气压力越高动力系统的效率越高。高压燃气轮机入口的燃气压力可望达到350bar甚至更高。然而，这不会影响当前燃气轮机设计的主要构造。唯一的变化是燃气轮机的气缸(外套)要加厚以适应高的燃气压力。目前工作在同一压力水平的蒸汽轮机可作为高压燃气轮机。当前高压蒸汽轮机的汽缸结构可用于处理高压燃气。无论如何，当前燃气轮机外套的绝热和冷却构造应仍然用于处理燃气的高温。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统。 
一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统(附图1)，氮气压缩机10与第一空气压缩机2和高压燃气轮机3以及燃料气压缩机12同轴与第一发电机14相连，来自氮气压缩机10的压缩氮气与来自第一空气压缩机2的压缩空气和来自燃料气压缩机12的高压燃料气一同进入高压燃气轮机3进行部分燃烧和部分膨胀，高压燃气轮机3与中压燃气轮机4通过烟气管道相连，来自高压燃气轮机3的高压燃气排气含有未充分燃烧的燃气与来自第二空气压缩机5的压缩空气一同进入中压燃气轮机4进行完全燃烧，中压燃气轮机4与第二空气压缩机5和第二发电机15同轴连接，中压燃气轮机4和余热锅炉8通过烟道相连，余热锅炉8出口的烟气通过烟囱排入大气，蒸汽轮机6与第三发电机16同轴相连，蒸汽轮机6与凝汽器7通过蒸气通道相连，蒸汽轮机6还和余热锅炉8通过蒸汽管道相连，水泵17依次通过水管道与凝汽器7和余热锅炉8相连，空分单元9分别与气化装置11和氮气压缩机10通过气管道相连，燃料气压缩机12与高压燃气轮机3和合成气净化装置18相连，合成气净化装置18与煤的气化装置11相连。 
所述煤整体气化烟气再热联合循环动力系统使用的燃料为固体燃料。 
所述固体燃料为煤。 
本发明的有益效果：本发明的煤整体气化烟气再热联合循环动力系统具有高能效、低成本、低排放的优点，比传统的的IGCC电厂净热效率提高4～5％。 
附图说明
附图1为煤整体气化烟气再热联合循环动力系统示意图； 
附图中，2-第一空气压缩机、3-高压燃气轮机相连、4-中压燃气轮机、5-第二空气压缩机、6-蒸汽轮机、，7-凝集器、8-余热锅炉、9-空分单元、10-氮气压缩机、11-气化装置、12-燃料气压缩机、14-第一发电机、15-第二发电机、16-第三发电机、17-水泵、18-合成气净化装置。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。 
实施例1 
一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统，如附图1所示，氮气压缩机10将空分单元产生的氮气进行压缩后，与第一空气压缩机2产生的高压压缩空气和燃料气压缩机12产生的高压燃料气一同进入高压燃气轮机3，高压燃气轮机3出口的烟气(含部分未完全燃烧的燃料气)与第二空气压缩机5产生的压缩空气一起进入中压燃气轮机4，燃料气在中压燃气轮机4完全燃烧，中压燃气轮机4出口的烟气进入余热锅炉8，烟气在余热锅炉8中放热后经过烟囱排入大气，余热锅炉8产生的蒸汽进入蒸汽轮机6做功，乏汽进入凝汽器7，在凝汽器内产生的凝结水由水泵17抽出送入余热锅炉8，空分单元9产生的氧气进入气化装置11对煤进行气化，所产生的煤气进入合成气净化装置18进行净化处理，净化后的煤气进入燃料气压缩机12进行加压，空分单元9产生的氮气进入氮气压缩机10，燃料气压缩机12、高压燃气轮机3、第一空气压缩机、氮气压缩机与第一发电机14同轴连接，中压燃气轮机4、第二空气压缩机5与第二发电机15同轴连接，蒸汽轮机6外接第三发电机16。 
高压燃气轮机3中的燃气通过控制氧气(或空气)的流量仅进行部分燃烧。 通过对余热锅炉8出口的烟气加压混入高压燃气轮机3控制高压燃气轮机的燃烧温度。高压燃气轮机3出口的烟气(包括未燃烧的燃气)温度和压力降低后进入中压燃气轮机4。动力系统设计时，对高压燃气轮机3出入口的烟气压力进行优化。在中压燃气轮机4的燃烧室，需要供应附加的氧气(或空气)以完全燃烧剩余燃气。通过燃烧，在燃烧室的出口，烟气温度应达到设计值。 
高压燃气轮机3入口的燃气压力越高动力系统的效率越高。高压燃气轮机入口的燃气压力可望达到350bar甚至更高。然而，这不会影响当前燃气轮机设计的主要构造。唯一的变化是燃气轮机的气缸(外套)要加厚以适应高的燃气压力。目前工作在同一压力水平的蒸汽轮机可作为高压燃气轮机。当前高压蒸汽轮机的汽缸结构可用于处理高压燃气。无论如何，当前燃气轮机外套的绝热和冷却构造应仍然用于处理燃气的高温。 
对固体燃料煤增加了煤气化-合成气净化单元和空分单元，空分过程中产生的加压氮气用于控制高压燃气轮机入口的燃气温度，本实施例提出的煤整体气化烟气再热联合循环动力系统净热效率可比传统的IGCC电厂高4～5％。 

Claims (3)

1.一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统，其特征在于，氮气压缩机(10)与第一空气压缩机(2)和高压燃气轮机(3)以及燃料气压缩机(12)同轴与第一发电机(14)相连，来自氮气压缩机(10)的压缩氮气与来自第一空气压缩机(2)的压缩空气和来自燃料气压缩机(12)的高压燃料气一同进入高压燃气轮机(3)进行部分燃烧和部分膨胀，高压燃气轮机(3)与中压燃气轮机(4)通过烟气管道相连，来自高压燃气轮机(3)的高压燃气排气含有未充分燃烧的燃气与来自第二空气压缩机(5)的压缩空气一同进入中压燃气轮机(4)进行完全燃烧，中压燃气轮机(4)与第二空气压缩机(5)和第二发电机(15)同轴连接，中压燃气轮机(4)和余热锅炉(8)通过烟道相连，余热锅炉(8)出口的烟气通过烟囱排入大气，蒸汽轮机(6)与第三发电机(16)同轴相连，蒸汽轮机(6)与凝汽器(7)通过蒸气通道相连，蒸汽轮机(6)还和余热锅炉(8)通过蒸汽管道相连，水泵(17)依次通过水管道与凝汽器(7)和余热锅炉(8)相连，空分单元(9)分别与气化装置(11)和氮气压缩机(10)通过气管道相连，燃料气压缩机(12)与高压燃气轮机(3)和合成气净化装置(18)相连，合成气净化装置(18)与煤的气化装置(11)相连。
2.根据权利要求1所述一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统，其特征在于，所述煤整体气化烟气再热联合循环动力系统使用的燃料为固体燃料。
3.根据权利要求2所述一种煤整体气化烟气再热联合循环动力系统，其特征在于，所述固体燃料为煤。
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