CN106761990B - 一种利用igcc低品位余热发电的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用IGCC低品位余热发电的装置与方法，利用饱和合成气作为热源将加压后有机工质从液态加热为过热蒸汽状态，在膨胀机内膨胀做功发电，然后进入冷凝器成为液态，液态的有机工质经泵升压，如此形成一个有机工质朗肯循环；本发明用于减小气化岛冷却塔内的散热损失，利用气化岛中低温余热提高系统发电效率。
Description
技术领域
本发明属于先进能源技术领域，具体涉及一种利用IGCC低品位余热发电的装置与方法。
背景技术
整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)是将清洁的煤气化技术和高效的燃气-蒸汽联合循环相结合的先进发电系统，具有较高的发电效率和优良的环保性能，IGCC实施CO2捕集后能耗损失低于常规燃煤发电技术。IGCC由两大部分组成，即煤气化部分和燃气-蒸汽联合循环部分。煤气化部分主要设备有气化炉、空分系统、煤气净化设备、CO2捕集装置等；燃气-蒸汽联合循环部分的主要设备有燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等。IGCC的工作过程简要描述为煤在气化炉中与工业级纯氧和水经过气化反应成为中低热值煤气(主要是CO+H2)，经过回收回热、净化与CO2捕集后，除去粗煤气中的硫化物、氨、氮化物、粉尘等污染物以及绝大部分的CO2，使之变为清洁低碳的气体燃料，进入燃气轮机的燃烧室燃烧，然后高温气体工质驱动燃气透平作功，燃气轮机排气则进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
工业可行的脱硫与脱碳工艺为吸收法，该工艺需要将合成气温度降至常温或者更低温度。气化炉出口的合成气温度在1300～1400℃，对于废锅流程，合成气经过废热锅炉回收显热后合成气温度仍高于300℃，再经过除尘、湿法洗涤出去粉尘、NH3、HCN、Cl等污染物，合成气成为140～150℃的饱和合成气；对于激冷流程，气化炉出口的合成气直接被水激冷至180℃左右饱和合成气。这些饱和合成气中含有大量的水蒸气，潜热量巨大。通常这些热量用于预热燃气轮机入口燃料气或预热蒸汽底循环的凝结水，但是由于IGCC中低品位热量较多，低品位热量难以用尽。这些低品位热量由冷却水带走，由冷却塔释放到环境中，从而造成能量大量浪费。因此研究利用IGCC低品位余热发电有着十分巨大的经济意义。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用IGCC低品位余热发电的装置与方法，用于减小气化岛冷却塔内的散热损失，提高系统发电效率。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用IGCC低品位余热发电的装置，包括气化炉2，所述气化炉2的煤粉入口连通煤处理设备1，气化炉2的氧化剂入口连通空分系统3，气化炉2还包括水蒸气入口，气化炉2的合成气出口依次连通废热锅炉4、气-气换热器5、洗涤除尘设备6、水汽变换单元7、余热回收单元8、脱硫脱碳单元9和硫回收单元10；所述余热回收单元8的有机工质侧出口连通膨胀机15的有机工质入口，膨胀机15的有机工质出口连通冷凝器16的有机工质入口，冷凝器16的有机工质出口连通储罐17的入口，储罐17的出口连通有机工质泵18的入口，有机工质泵18的出口连通余热回收单元8的入口；冷凝器16的冷却水出口连通冷却塔14的入口，冷却塔14的出口连通冷凝器16的冷却水入口；所述脱硫脱碳单元9的燃料气出口连通入气-气换热器5的燃料气入口，气-气换热器5的燃料气出口连通燃气轮机11的入口，燃气轮机11的尾气出口连通余热锅炉12的入口，余热锅炉12的高温高压蒸汽出口连通汽轮机13的入口；所述废热锅炉4的高压蒸汽出口连通余热锅炉12的入口。
所述利用IGCC低品位余热发电的装置进行发电的方法，原煤在煤处理设备1中处理为煤粉后，输送到气化炉2中；空分系统3产生的纯氧与另外一股水蒸气作为气化炉2的氧化剂和反应介质进入气化炉2中；气化炉2产生的合成气进入废热锅炉4，气化炉2产生的渣排除；合成气在废热锅炉4释放高温显热后，进入气-气换热器5，废热锅炉4产生的高压蒸汽进入余热锅炉12过热；合成气在气-气换热器5中降温并释放热量给燃料气，随后进入洗涤除尘设备6；合成气在洗涤除尘设备6除去灰尘、NH3和Cl等污染物后，进入水汽变换单元7；合成气在水汽变换单元7中将大部分CO与水反应转换为CO2与H2，再进入余热回收单元8；
余热回收单元8内的饱和合成气作为热源在余热回收单元8中将有机工质从液态加热为过热蒸汽状态，过热蒸汽状态的有机工质在膨胀机15内膨胀做功，然后进入冷凝器16被冷凝为液态，冷凝后的有机工质经过储罐17储存和有机工质泵8升压后，进入余热回收单元8被饱和合成气加热，完成一个循环；
合成气在余热回收单元8降温后进入脱硫脱碳单元9，脱硫脱碳单元9分离出来的H2S进入硫回收单元10，硫回收单元10将H2S转化为产品硫；脱硫脱碳单元9产生的CO2由电站输出，用于利用与封存；合成气在脱硫脱碳单元9脱除CO2与H2S后，成为合格的燃料气，再进入气-气换热器5升温；燃料气离开气-气换热器5后进入燃气轮机11做功发电，燃烧尾气进入余热锅炉12；余热锅炉12产生的高温高压蒸汽进入汽轮机13做功发电，余热锅炉12排烟排入大气。
本发明和现有技术相比较，具有以下优点：
1、本发明提供的利用IGCC低品位余热发电的装置及方法，可回收IGCC低品位余热进行发电，从而达到提高IGCC发电效率，降低机组煤耗的作用。
2、本发明提供的利用IGCC低品位余热发电的装置及方法，可降低冷却塔的冷却热负荷，减少冷却塔的水耗。
此外，冷凝器16可以采用空分系统3产生的污氮进行冷却，可以进一步降低冷凝器16内有机工质的冷凝温度，提高膨胀机15的输出功率，提高电站净效率。
附图说明
图1为本发明利用IGCC低品位余热发电装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例
如图1所示，本发明利用IGCC低品位余热发电的方法，原煤在煤处理设备1中处理为煤粉后，输送到气化炉2中；空分系统3产生的纯氧与另外一股水蒸气作为气化炉2的氧化剂和反应介质进入气化炉2中；气化炉2产生的合成气进入废热锅炉4，气化炉2产生的渣排除；合成气在废热锅炉4释放高温显热后，进入气-气换热器5，废热锅炉4产生的高压蒸汽进入余热锅炉12过热；合成气在气-气换热器5中降温并释放热量给燃料气，随后进入洗涤除尘设备6；合成气在洗涤除尘设备6除去灰尘、NH3和Cl等污染物后，进入水汽变换单元7；合成气在水汽变换单元7中将大部分CO与水反应转换为CO2与H2，再进入余热回收单元8；
余热回收单元8内的饱和合成气作为热源在余热回收单元8中将有机工质从液态加热为过热蒸汽状态，过热蒸汽状态的有机工质在膨胀机15内膨胀做功，然后进入冷凝器16被冷凝为液态，冷凝后的有机工质经过储罐17储存和有机工质泵8升压后，进入余热回收单元8被饱和合成气加热，完成一个循环；
合成气在余热回收单元8降温后进入脱硫脱碳单元9，脱硫脱碳单元9分离出来的H2S进入硫回收单元10，硫回收单元10将H2S转化为产品硫；脱硫脱碳单元9产生的CO2由电站输出，用于利用与封存；合成气在脱硫脱碳单元9脱除CO2与H2S后，成为合格的燃料气，再进入气-气换热器5升温；燃料气离开气-气换热器5后进入燃气轮机11做功发电，燃烧尾气进入余热锅炉12；余热锅炉12产生的高温高压蒸汽进入汽轮机13做功发电，余热锅炉12排烟排入大气。
Claims (1)
1.一种利用IGCC低品位余热发电的装置进行发电的方法，该装置包括气化炉(2)，所述气化炉(2)的煤粉入口连通煤处理设备(1)，气化炉(2)的氧化剂入口连通空分系统(3)，气化炉(2)还包括水蒸气入口，气化炉(2)的合成气出口依次连通废热锅炉(4)、气-气换热器(5)、洗涤除尘设备(6)、水汽变换单元(7)、余热回收单元(8)、脱硫脱碳单元(9)和硫回收单元(10)；所述余热回收单元(8)的有机工质侧出口连通膨胀机(15)的有机工质入口，膨胀机(15)的有机工质出口连通冷凝器(16)的有机工质入口，冷凝器(16)的有机工质出口连通储罐(17)的入口，储罐(17)的出口连通有机工质泵(18)的入口，有机工质泵(18)的出口连通余热回收单元(8)的有机工质侧入口；冷凝器(16)的冷却水出口连通冷却塔(14)的入口，冷却塔(14)的出口连通冷凝器(16)的冷却水入口；所述脱硫脱碳单元(9)的燃料气出口连通气-气换热器(5)的燃料气入口，气-气换热器(5)的燃料气出口连通燃气轮机(11)的入口，燃气轮机(11)的尾气出口连通余热锅炉(12)的入口，余热锅炉(12)的高温高压蒸汽出口连通汽轮机(13)的入口；所述废热锅炉(4)的高压蒸汽出口连通余热锅炉(12)的入口；其特征在于：发电的方法为：原煤在煤处理设备(1)中处理为煤粉后，输送到气化炉(2)中；空分系统(3)产生的纯氧与另外一股水蒸气作为气化炉(2)的氧化剂和反应介质进入气化炉(2)中；气化炉(2)产生的合成气进入废热锅炉(4)，气化炉(2)产生的渣排除；合成气在废热锅炉(4)释放高温显热后，进入气-气换热器(5)，废热锅炉(4)产生的高压蒸汽进入余热锅炉(12)过热；合成气在气-气换热器(5)中降温并释放热量给燃料气，随后进入洗涤除尘设备(6)；合成气在洗涤除尘设备(6)除去灰尘、NH3和Cl污染物后，进入水汽变换单元(7)；合成气在水汽变换单元(7)中将大部分CO与水反应转换为CO2与H2，再进入余热回收单元(8)；
余热回收单元(8)内的饱和合成气作为热源在余热回收单元(8)中将有机工质从液态加热为过热蒸汽状态，过热蒸汽状态的有机工质在膨胀机(15)内膨胀做功，然后进入冷凝器(16)被冷凝为液态，冷凝后的有机工质经过储罐(17)储存和有机工质泵(18)升压后，进入余热回收单元(8)被饱和合成气加热，完成一个循环；
合成气在余热回收单元(8)降温后进入脱硫脱碳单元(9)，脱硫脱碳单元(9)分离出来的H2S进入硫回收单元(10)，硫回收单元(10)将H2S转化为产品硫；脱硫脱碳单元(9)产生的CO2由电站输出，用于利用与封存；合成气在脱硫脱碳单元(9)脱除CO2与H2S后，成为合格的燃料气，再进入气-气换热器(5)升温；燃料气离开气-气换热器(5)后进入燃气轮机(11)做功发电，燃烧尾气进入余热锅炉(12)；余热锅炉(12)产生的高温高压蒸汽进入汽轮机(13)做功发电，余热锅炉(12)排烟排入大气。
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