CN113899162A - 一种igcc电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法，空分装置整体包括空分装置主体及空分装置储存系统；空分装置主体的氧气出口与下一装置的氧气进口连通设置；空分装置储存系统包括液氧储槽、液氧水浴气化器、液氧泵及回流阀，用于将空分装置储存系统中的液氧气化后输送至下一装置内；其中，设置的空分装置储存系统，可以在空分装置整体升负荷过程中按差额将液氧气化为氧气提供空分装置主体1％/min变负荷能力以外的氧气缺口，以实现空分装置整体以2％/min的升负荷速度将氧气送至下一装置；本发明的快速变负荷的空分装置可根据电网对IGCC机组发电负荷的指令进行快速自动响应。

Description

一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及IGCC电站空分装置技术领域，尤其涉及一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法。
背景技术
全社会用电量有明显的峰谷特征，由于电能无法大规模储存只能用多少发多少，发电量由用电量确定，所以发电厂要在电网的统一调度下进行变负荷调整，要求发电厂具备2％/min变负荷的能力。
IGCC电站，即整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。利用深冷空分装置产出的纯氧和煤粉在气化炉内进行不完全燃烧反应生成合成气，合成气经过净化后作为燃料气在燃气轮机中燃烧做功驱动发电机，燃烧后高温的气体进入余热锅炉给水加热产生蒸汽在蒸汽轮机中做功驱动发电机。
IGCC电站主要由空分装置、气化装置、净化装置、联合循环发电装置组成，除空分装置外的其他装置均具备2％/min变负荷能力，空分装置变负荷能力只有1％/min，是制约IGCC电站变负荷的关键，需要通过提高空分装置变负荷能力使IGCC电站具备2％/min变负荷能力，满足电网调峰的要求。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法。
本发明提供的一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法，空分装置整体包括空分装置主体及空分装置储存系统；其中，
所述空分装置主体，其氧气出口通过第一管道与下一装置的氧气进口连通设置；
所述空分装置储存系统，包括液氧储槽，所述空分装置主体的液氧出口通过第二管道与所述液氧储槽的进口连通设置，所述液氧储槽的出口的一侧设置有液氧水浴气化器，所述液氧储槽的出口与所述液氧水浴气化器的进口通过第三管道连通设置；所述第三管道上固定的设置有液氧泵，所述液氧水浴气化器的出口通过第四管道与所述第一管道连通设置；所述第三管道上设置有流量控制机构，用于控制所述空分装置储存系统进入所述下一装置的氧气的流量。
优选的，所述流量控制机构包括回流管道，所述回流管道的一端连通的设置于所述第三管道上位于所述液氧泵与所述液氧水浴气化器之间，另一端与所述液氧储槽的液氧回流口连通设置；所述回流管道上固定的设置有回流阀。
优选的，所述空分装置整体的特征为深冷空分装置。
一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，电网发出指令让IGCC机组按2％/min进行变负荷，所述空分装置主体及空分装置储存系统自动升负荷运行。
优选的，所述IGCC机组按2％/min进行变负荷，从X％负荷升至100％负荷需要的时间为T＝(100-X)/2分钟；所述空分装置整体从X％负荷升至100％负荷需要的时间为2T分钟，所述空分装置整体提供的氧气量需要提高QNm3/h；在所述空分装置整体升负荷的2T分钟过程中，氧气量缺口由所述空分装置储存系统提供；所述空分装置储存系统提供的氧气量为同一时刻所述空分装置整体提供的氧气量与所述空分装置主体提供的氧气量的差值Qy，在升负荷过程中第0分钟氧气量缺口为0Nm3/h，至第T分钟时氧气量缺口增至最大量Q/2Nm3/h，第2T分钟氧气量缺口为0Nm3/h。
优选的，所述空分装置储存系统提供的氧气量呈现先增大再减小的过程，所述液氧泵以Q1＝Q/2Nm3/h恒流量运行，所述回流阀按照Q1-QyNm3/h的流量进行回流自动控制，按QyNm3/h送入所述液氧水浴气化器加热变为氧气后与所述空分装置主体的氧气一同输送至所述下一装置。
优选的，所述电网发出指令让所述IGCC机组以1％/min及以下的速度升负荷，所述空分装置主体进行自动升负荷即可，所述空分装置储存系统无需启动介入。
优选的，所述电网发出指令让所述IGCC机组以1～2％/min范围内任意速度Y％/min升负荷，所述空分装置主体进行自动升负荷即可，所述液氧泵以Q2＝Q(Y-1)/2Nm3/h恒流量运行；所述回流阀按照Q2-QyNm3/h的流量进行回流自动控制，按QyNm3/h输送至所述液氧水浴气化器加热变为氧气后与所述空分装置主体的氧气一同输送至所述下一装置。
优选的，所述电网发出指令让所述IGCC机组以1～2％/min范围内任意速度降负荷，所述空分装置主体以1％/min速度降负荷，在降负荷过程中多余的氧气放空。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：
本发明的适用于IGCC电站快速变负荷的空分装置，设置的空分装置储存系统通过将空分装置主体的产物液氧储存起来，并将液氧气化后同空分装置主体的氧气一同输送至下一装置，再通过回流阀控制液氧输送至下一装置中的流量，可将空分装置的变负荷能力由1％/min提高到2％/min，以满足IGCC机组2％/min的变负荷能力来适应电网调度的要求。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法的结构图；
图2为空分装置整体、空分装置主体及空分装置储存系统的氧气需求量与时间关系的折线图；
图中标号：1、空分装置主体；2、第一管道；3、下一装置；4、空分装置储存系统；41、液氧储槽；42、第二管道；43、液氧水浴气化器；44、第三管道；45、液氧泵；46、第四管道；47、回流管道；48、回流阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置及其控制方法，空分装置整体包括空分装置主体1及空分装置储存系统4；其中，
空分装置主体1，其氧气出口通过第一管道2与下一装置3的氧气进口连通设置；
空分装置储存系统4，包括液氧储槽41，空分装置主体1的液氧出口通过第二管道42与液氧储槽41的进口连通设置，液氧储槽41的出口的一侧设置有液氧水浴气化器43，液氧储槽41的出口与液氧水浴气化器43的进口通过第三管道44连通设置；第三管道44上固定的设置有液氧泵45，液氧水浴气化器43的出口通过第四管道46与第一管道2连通设置；第三管道44上设置有流量控制机构，用于控制空分装置储存系统4进入下一装置3的氧气的流量。
在一优选实施例中，流量控制机构包括回流管道46，回流管道46的一端连通的设置于第三管道44上位于液氧泵45与液氧水浴气化器43之间，另一端与液氧储槽41的液氧回流口连通设置；回流管道47上固定的设置有回流阀48。
在一优选实施例中，空分装置整体的特征为深冷空分装置。
一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，电网发出指令让IGCC机组按2％/min进行变负荷，空分装置主体1及空分装置储存系统4自动升负荷运行。
在一优选实施例中，IGCC机组按2％/min进行变负荷，从X％负荷升至100％负荷需要的时间为T＝(100-X)/2分钟；空分装置整体从X％负荷升至100％负荷需要的时间为2T分钟，空分装置整体提供的氧气量需要提高Q Nm3/h；在空分装置整体升负荷的2T分钟过程中，氧气量缺口由空分装置储存系统4提供；空分装置储存系统4提供的氧气量为同一时刻空分装置整体提供的氧气量与空分装置主体1提供的氧气量的差值Qy，在升负荷过程中第0分钟氧气量缺口为0Nm3/h，至第T分钟时氧气量缺口增至最大量Q/2Nm3/h，第2T分钟氧气量缺口为0Nm3/h。请参考图2，图中位于上面的折线为空分装置整体提高的流量，位于下面的斜直线为空分装置主体提高的流量，在同一时刻空分装置整体提高的流量减去空分装置主体提高的流量为空分装置储存系统提供的流量Qy。
在一优选实施例中，空分装置储存系统4提供的氧气量呈现先增大再减小的过程，液氧泵45以Q1＝Q/2Nm3/h恒流量运行，回流阀48按照Q1-QyNm3/h的流量进行回流自动控制，按QyNm3/h送入液氧水浴气化器43加热变为氧气后与空分装置主体1的氧气一同输送至下一装置3。
在一优选实施例中，电网发出指令让IGCC机组以1％/min及以下的速度升负荷，空分装置主体1进行自动升负荷即可，空分装置储存系统4无需启动介入。
在一优选实施例中，电网发出指令让IGCC机组以1～2％/min范围内任意速度Y％/min升负荷，空分装置主体1进行自动升负荷即可，液氧泵45以Q2＝Q(Y-1)/2Nm3/h恒流量运行；回流阀48按照Q2-QyNm3/h的流量进行回流自动控制，按QyNm3/h输送至液氧水浴气化器43加热变为氧气后与空分装置主体1的氧气一同输送至下一装置3。
在一优选实施例中，电网发出指令让IGCC机组以1～2％/min范围内任意速度降负荷，空分装置主体1以1％/min速度降负荷，在降负荷过程中多余的氧气放空。
空分装置主体1本身具备1％/min的变负荷能力，调度要求发电机组以2％/min的速度进行升负荷时空分装置储存系统4供1％/min的速度缺口以外的氧气汇入第一管道2，实现2％/min的升负荷速度；调度要求发电机组以2％/min的速度进行降负荷时空分装置主体1以1％/min的速度降负荷，剩余氧气放空。
其中，IGCC机组运行期间，空分装置主体1生产液氧储存至液氧储槽41，电网发出指令，IGCC机组按2％/min的速度升负荷时，液氧泵45启动，从液氧储槽41抽液氧加压，在液氧水浴气化器43中气化成氧气，与空分装置主体1所生产的氧气一起汇入第一管道2输送至下一装置3。
通过回流阀48控制输送至液氧水浴气化器43中的液氧流量，液氧泵45以恒流量运行，一部分液氧送入液氧水浴气化器43，另一部分液氧经液氧泵45后通过回流管道47回流至液氧储槽41。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置，其特征在于，空分装置整体包括空分装置主体及空分装置储存系统；其中，
所述空分装置主体，其氧气出口通过第一管道与下一装置的氧气进口连通设置；
所述空分装置储存系统，包括液氧储槽，所述空分装置主体的液氧出口通过第二管道与所述液氧储槽的进口连通设置，所述液氧储槽的出口的一侧设置有液氧水浴气化器，所述液氧储槽的出口与所述液氧水浴气化器的进口通过第三管道连通设置；所述第三管道上固定的设置有液氧泵，所述液氧水浴气化器的出口通过第四管道与所述第一管道连通设置；所述第三管道上设置有流量控制机构，用于控制所述空分装置储存系统进入所述下一装置的氧气的流量。
2.根据权利要求1所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置，其特征在于，所述流量控制机构包括回流管道，所述回流管道的一端连通的设置于所述第三管道上位于所述液氧泵与所述液氧水浴气化器之间，另一端与所述液氧储槽的液氧回流口连通设置；所述回流管道上固定的设置有回流阀。
3.根据权利要求2所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置，其特征在于，所述空分装置整体的特征为深冷空分装置。
4.一种IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，电网发出指令让IGCC机组按2％/min进行变负荷，所述空分装置主体及空分装置储存系统自动升负荷运行。
5.根据权利要求4所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，所述IGCC机组按2％/min进行变负荷，从X％负荷升至100％负荷需要的时间为T＝(100-X)/2分钟；所述空分装置整体从X％负荷升至100％负荷需要的时间为2T分钟，所述空分装置整体提供的氧气量需要提高Q Nm3/h；在所述空分装置整体升负荷的2T分钟过程中，氧气量缺口由所述空分装置储存系统提供；所述空分装置储存系统提供的氧气量为同一时刻所述空分装置整体提供的氧气量与所述空分装置主体提供的氧气量的差值Qy，在升负荷过程中第0分钟氧气量缺口为0Nm3/h，至第T分钟时氧气量缺口增至最大量Q/2Nm3/h，第2T分钟氧气量缺口为0Nm3/h。
6.根据权利要求5所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，所述空分装置储存系统提供的氧气量呈现先增大再减小的过程，所述液氧泵以Q1＝Q/2Nm3/h恒流量运行，所述回流阀按照Q1-QyNm3/h的流量进行回流自动控制，按QyNm3/h送入所述液氧水浴气化器加热变为氧气后与所述空分装置主体的氧气一同输送至所述下一装置。
7.根据权利要求6所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，所述电网发出指令让所述IGCC机组以1％/min及以下的速度升负荷，所述空分装置主体进行自动升负荷即可，所述空分装置储存系统无需启动介入。
8.根据权利要求7所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，所述电网发出指令让所述IGCC机组以1～2％/min范围内任意速度Y％/min升负荷，所述空分装置主体进行自动升负荷即可，所述液氧泵以Q2＝Q(Y-1)/2Nm3/h恒流量运行；所述回流阀按照Q2-QyNm3/h的流量进行回流自动控制，按QyNm3/h输送至所述液氧水浴气化器加热变为氧气后与所述空分装置主体的氧气一同输送至所述下一装置。
9.根据权利要求8所述的IGCC电站用快速变负荷的空分装置的控制方法，其特征在于，所述电网发出指令让所述IGCC机组以1～2％/min范围内任意速度降负荷，所述空分装置主体以1％/min速度降负荷，在降负荷过程中多余的氧气放空。
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