CN112855302B - 一种igcc电站耦合空气液化设备系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其运行方法，该系统包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块、送变电供电模块、空分装置、液化空气储能罐、液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机；本发明实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，利用空气液化设备和液化空气储能罐可随时快速改变供电功率和负荷的特性，满足电网对IGCC电站的调峰调频负荷需求。
Description
技术领域
本发明属于IGCC发电领域，具体涉及一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其工作方法。
背景技术
全球气候问题越来越引起人们的高度关注，以低能耗、低排放、低污染为特征的“低碳经济”成为全球政治经济博弈的热点。我国电力供应主要以煤电为主，为降低煤烟型污染，大力发展燃煤技术是提高煤炭使用效率、减少污染、经济可行的研究方向。IGCC发电技术既具有联合循环的高效率，又解决了燃煤发电带来的环境污染问题。
IGCC是把煤气化和燃气蒸汽联合循环系统有机集成的一种洁净煤发电技术。在IGCC系统中，煤炭经过气化变成中低热值煤气，经净化处理后，通过除掉煤气所含有的硫化物、氮化物、粉尘等杂质，变成干净的气体燃料，送入燃气轮机中，在燃烧室里进行燃烧，煤气燃烧后驱动燃气透平做功发电，利用高温排气在余热锅炉中产生的蒸汽驱动汽轮机做功发电。
IGCC发电机组在变负荷运行工况下，系统将会受到气化装置、空分装置等设备安全稳定运行能力的限制，特别是现有的空分装置的变负荷能力非常有限，造成IGCC发电机组无法响应电网的调峰调频辅助服务的要求，调峰的深度和响应速率满足不了电网要求，调频的响应速率和调频深度都十分有限。因此，急需找到一个能够增加IGCC发电厂及机组变负荷适应性的技术。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其工作方法，以解决现有技术中，IGCC发电机组响应电网的调峰调频辅助服务要求效率差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块、送变电供电模块、空分装置、液化空气储能罐、液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机；所述空分装置包括有深冷液化工段；
所述空分装置的深冷液化工段出口连通所述液化空气储能罐，所述液化空气储能罐连通液化空气蒸发膨胀机组，液化空气发电机与液化空气蒸发膨胀机组相连接；所述液化空气蒸发膨胀机组能够利用IGCC电站发电系统内产生的低品位热量使液化空气进行蒸发、膨胀、做功，推动液化空气发电机发电；
所述送变电供电模块，用于为空分装置的深冷液化工段提供电量并能够调节提供给所述空分装置的深冷液化工段的电量；
所述调峰调频控制模块，用于控制送变电供电模块调节输送给空分装置的深冷液化工段的电量，以及控制空分装置的深冷液化工段送入液化空气储能罐的液化空气流量，以及控制液化空气储能罐送入液化空气蒸发膨胀机组的液化空气流量。
进一步的，所述IGCC电站发电系统包括除尘脱硫净化装置、燃气轮机、余热锅炉、燃气发电机和蒸汽发电机；
除尘脱硫净化装置的燃料气出口连通燃气轮机的入口，燃气轮机用于带动燃气发电机发电；燃气轮机的尾气出口连通余热锅炉的入口，余热锅炉的高温高压蒸汽出口连通蒸汽发电机的入口；废热锅炉的高压蒸汽出口连通余热锅炉的入口。
进一步的，所述IGCC电站发电系统还包括煤炭预处理装置、气化炉和废热锅炉；
气化炉的煤粉入口连通煤炭预处理装置，气化炉的粗煤气出口依次连通废热锅炉、除尘脱硫净化装置。
进一步的，所述燃气发电机、蒸汽发电机和液化空气发电机的输出侧同时连接发电机出线母线，所述发电机输出母线连接所述送变电供电模块。
进一步的，所述送变电供电模块还连接有：IGCC电站内的厂用变压器、升压站和电网母线，用于为空分装置供电。
进一步的，所述发电机输出母线还与IGCC电站内的厂用变压器、升压站连接，所述升压站连接电网母线和厂用变压器。
进一步的，所述空分装置的氮气管道出口连接至燃气轮机。
进一步的，所述液化空气储能罐为填充床式或者固定床式。
进一步的，所述IGCC电站发电系统内产生的低品位热量包括：除尘脱硫净化装置产生废水的余热、余热锅炉排出的烟气余热。
本发明实施例提供的另一个技术方案是：
一种IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，基于权利要求1所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括如下步骤：
当电网要求IGCC电站或电厂降负荷调峰调频，使上网电量P上降低ΔP上时，调峰调频控制模块控制空分装置的深冷液化工段设备的供电功率增加ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组及液化空气发电机的发电功率减小ΔP液空；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空，式中各电量变化量的值均为绝对值；
当电网要求IGCC电站或电厂升负荷调峰调频，使上网电量P上增加ΔP上时，调峰调频控制模块控制空分装置的深冷液化工段设备的供电功率减小ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组及液化空气发电机的发电功率增加ΔP液空；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空，式中各电量变化量的值均为绝对值。
本发明可以带来的有益效果包括：
1、本发明实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括调峰调频控制模块、送变电供电模块、空分装置、液化空气储能罐、液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机，利用空气液化设备和液化空气蒸发膨胀机组及发电机可随时快速改变供电功率和负荷的特性，满足电网对IGCC电站的调峰调频负荷需求。
2、本发明实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，在需要降负荷时单独增大空气液化设备的负荷并在升负荷时回调空气液化设备负荷，不影响后续空分装置的稳定运行。
3、本发明实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，为短时快速响应调峰调频服务，所需液化空气储能罐容量较小，不占用过多园区土地。
4、本发明实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机在液化空气蒸发、膨胀做功过程中，充分利用IGCC电站系统内部的低品位热量，提高能量利用效率。
5、本发明实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，通过空气液化设备响应电网调峰调频负荷，收取电网调峰调频辅助服务的补贴或服务费，增加IGCC电站的经营效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例IGCC电站耦合空气液化设备系统的结构框图。
图2为本发明实施例中IGCC电站余热为除尘脱硫净化装置产生废水的余热、余热锅炉排出的烟气余热时的示意图。
图3为本发明实施例中调峰调频控制模块控制示意图。
其中：1为煤炭预处理装置；2为气化炉；3为废热锅炉；4为除尘脱硫净化装置；5为燃气轮机；6为余热锅炉；7为燃气发电机；8为蒸汽发电机；9为空分装置；10为液化空气储能罐；11为液化空气蒸发膨胀机组；12为液化空气发电机；100为调峰调频控制模块；200为送变电供电模块。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1和3所示，一种IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块100、送变电供电模块200、空分装置9、液化空气储能罐10、液化空气蒸发膨胀机组11和液化空气发电机12。所述空分装置9包括有深冷液化工段。
所述空分装置9的深冷液化工段作为空气液化设备，其出口连通所述液化空气储能罐10，液化空气储能罐10用于储存液化空气，本发明的优选实施例中，液化空气储能罐10包括但不限于填充床式、固定床式等储能罐。空分装置9的深冷液化工段出口的液化空气一部分进入精馏分离工段制取氮气、氧气、氩气等进行正常空分流程，另一部分进入液化空气储能罐10。所述液化空气储能罐10连通液化空气蒸发膨胀机组11，液化空气发电机12与液化空气蒸发膨胀机组11相连接；所述液化空气蒸发膨胀机组11能够利用IGCC电站发电系统内产生的低品位热量使液化空气进行蒸发、膨胀、做功，推动液化空气发电机12发电。
如图2所示，所述IGCC电站发电系统包括煤炭预处理装置1、气化炉2、废热锅炉3、除尘脱硫净化装置4、燃气轮机5、余热锅炉6、燃气发电机7和蒸汽发电机8。气化炉2的煤粉入口连通煤炭预处理装置1，气化炉2的粗煤气出口依次连通废热锅炉3、除尘脱硫净化装置4，所述气化炉2的氧化剂入口连通空分装置9的氧气出口；除尘脱硫净化装置4的燃料气出口连通燃气轮机5的入口，所述空分装置9的氮气管道出口连通燃气轮机5的燃烧室，燃气轮机5用于带动燃气发电机7发电；燃气轮机5的尾气出口连通余热锅炉6的入口，余热锅炉6的高温高压蒸汽出口连通蒸汽发电机8的入口；废热锅炉3的高压蒸汽出口连通余热锅炉6的入口。所述IGCC电站发电系统内产生的低品位热量包括但不限于：除尘脱硫净化装置4产生废水的余热、余热锅炉6排出的烟气余热。
所述燃气发电机7、蒸汽发电机8和液化空气发电机12的输出侧同时连接发电机出线母线，所述送变电供电模块200分别电性连接：发电机出线母线、IGCC电站内的厂用变压器、升压站和电网母线，上述几个供电方式单独或者组合通过送变电供电模块200为空分装置9供电。所述送变电供电模块200能够调节提供给所述空分装置9的深冷液化工段的电量。
所述调峰调频控制模块100分别电性连接：送变电供电模块200、空分装置9、液化空气储能罐10、液化空气蒸发膨胀机组11与液化空气发电机12。所述调峰调频控制模块100能够控制送变电供电模块200调节输送给空分装置9的电量。所述调峰调频控制模块100能够控制空分装置9的深冷液化工段送入液化空气储能罐10的液化空气流量，该流量最低值为0，送往液化空气储能罐10的液化空气在用电低谷或电力过剩时调高流量，在用电高峰时调低流量，在本发明的优选实施例中，在空分装置9的深冷液化工段送入液化空气储能罐10的管路上设置第一流量调节阀，所述调峰调频控制模块100通过控制该第一流量调节阀进而控制空分装置9的深冷液化工段送入液化空气储能罐10的液化空气流量。所述调峰调频控制模块100能够控制液化空气储能罐10送入液化空气蒸发膨胀机组11的液化空气流量，液化空气流量增大时发电功率增加，液化空气流量减小时发电功率减小，该流量最低值为0，所述调峰调频控制模块100控制液化空气蒸发膨胀机组11与液化空气发电机12在用电低谷或电力过剩时调低功率，在用电高峰时调高功率，在本发明的优选实施例中，在液化空气储能罐10与液化空气蒸发膨胀机组11的连接管路上设置第二流量调节阀，所述调峰调频控制模块100通过控制该第二流量调节阀进而控制液化空气储能罐10送入液化空气蒸发膨胀机组11的液化空气流量。
本发明实施例IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，包括如下步骤：
S1：根据IGCC电站及空分装置的规模与调峰调频的需求，选择液化空气储能罐10的容量。
S2：根据空分设备深冷工段设备功率选择供电来源，其供电来源为发电机出口母线供电、厂用电供电和主升压变压器供电及电网下电供电中的任意一种或组合。
S3：根据液化空气蒸发膨胀机组的需求及液化空气发电机的发电要求选择合适的低品位热源，包括但不限于除尘脱硫净化过程产生的废水、余热锅炉排出的烟气等。
S4：当电网要求IGCC电站或电厂降负荷调峰调频，使上网电量P上降低ΔP上时，调峰调频控制模块100通过送变电模块200控制空分装置9的深冷工段设备的供电功率P深增加ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组11和液化空气发电机12的发电功率P液空减小ΔP液空；使得发电机发电负荷基本稳定不变；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空；式中各电量变化量的值均为绝对值，即为正数。该情况下，进入液化空气储能罐10的液化空气流量增加，从液化空气储能罐10流向液化空气蒸发膨胀机组11的液化空气流量减小，前者大于后者，液化空气储能罐10中储量增加。
S5：当电网要求IGCC电站或电厂升负荷调峰调频，使上网电量P上增加ΔP上时，调峰调频控制模块100通过送变电模块200控制空分装置9的深冷工段设备的供电功率减小ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组11及液化空气发电机12的发电功率P液空增加ΔP液空；使得发电机发电负荷基本稳定不变；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空。式中各电量变化量的值均为绝对值，即为正数。该情况下，进入液化空气储能罐10的液化空气流量减小，从液化空气储能罐10流向液化空气蒸发膨胀机组11的液化空气流量增加，前者小于后者，液化空气储能罐10中储量减少。
以上对本发明所提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统以及运行方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (9)
1.一种IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，基于IGCC电站耦合空气液化设备系统，其特征在于，包括如下步骤：
当电网要求IGCC电站或电厂降负荷调峰调频，使上网电量P上降低ΔP上时，调峰调频控制模块(100)控制空分装置(9)的深冷液化工段设备的供电功率增加ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组(11)及液化空气发电机(12)的发电功率减小ΔP液空；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空，式中各电量变化量的值均为绝对值；
当电网要求IGCC电站或电厂升负荷调峰调频，使上网电量P上增加ΔP上时，调峰调频控制模块(100)控制空分装置(9)的深冷液化工段设备的供电功率减小ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组(11)及液化空气发电机(12)的发电功率增加ΔP液空；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空，式中各电量变化量的值均为绝对值；
所述IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块(100)、送变电供电模块(200)、空分装置(9)、液化空气储能罐(10)、液化空气蒸发膨胀机组(11)和液化空气发电机(12)；所述空分装置(9)包括有深冷液化工段；
所述空分装置(9)的深冷液化工段出口连通所述液化空气储能罐(10)，所述液化空气储能罐(10)连通液化空气蒸发膨胀机组(11)，液化空气发电机(12)与液化空气蒸发膨胀机组(11)相连接；所述液化空气蒸发膨胀机组(11)能够利用IGCC电站发电系统内产生的低品位热量使液化空气进行蒸发、膨胀、做功，推动液化空气发电机(12)发电；
所述送变电供电模块(200)，用于为空分装置(9)的深冷液化工段提供电量并能够调节提供给所述空分装置(9)的深冷液化工段的电量；
所述调峰调频控制模块(100)，用于控制送变电供电模块(200)调节输送给空分装置(9)的深冷液化工段的电量，以及控制空分装置(9)的深冷液化工段送入液化空气储能罐(10)的液化空气流量，以及控制液化空气储能罐(10)送入液化空气蒸发膨胀机组(11)的液化空气流量。
2.根据权利要求1所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述IGCC电站发电系统包括除尘脱硫净化装置(4)、燃气轮机(5)、余热锅炉(6)、燃气发电机(7)和蒸汽发电机(8)；
除尘脱硫净化装置(4)的燃料气出口连通燃气轮机(5)的入口，燃气轮机(5)用于带动燃气发电机(7)发电；燃气轮机(5)的尾气出口连通余热锅炉(6)的入口，余热锅炉(6)的高温高压蒸汽出口连通蒸汽发电机(8)的入口；废热锅炉(3)的高压蒸汽出口连通余热锅炉(6)的入口。
3.根据权利要求2所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述IGCC电站发电系统还包括煤炭预处理装置(1)、气化炉(2)和废热锅炉(3)；
气化炉(2)的煤粉入口连通煤炭预处理装置(1)，气化炉(2)的粗煤气出口依次连通废热锅炉(3)、除尘脱硫净化装置(4)。
4.根据权利要求2所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述燃气发电机(7)、蒸汽发电机(8)和液化空气发电机(12)的输出侧同时连接发电机出线母线，所述发电机输出母线连接所述送变电供电模块(200)。
5.根据权利要求4所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述送变电供电模块(200)还连接有：IGCC电站内的厂用变压器、升压站和电网母线，用于为空分装置(9)供电。
6.根据权利要求5所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述发电机输出母线还与IGCC电站内的厂用变压器、升压站连接，所述升压站连接电网母线和厂用变压器。
7.根据权利要求2所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述空分装置(9)的氮气管道出口连接至燃气轮机(5)。
8.根据权利要求1所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述液化空气储能罐(10)为填充床式或者固定床式。
9.根据权利要求2所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，其特征在于，所述IGCC电站发电系统内产生的低品位热量包括：除尘脱硫净化装置(4)产生废水的余热、余热锅炉(6)排出的烟气余热。
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