CN201810401U - 煤炭地下气化联合循环发电系统中的煤气热值调配装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及煤炭地下气化联合循环发电中煤气热值调配装置。包括煤气储柜，煤气储柜连接有一条来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路，所述地下气化煤气供气管路还分别连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路和汽轮机发电机组燃气供气管路；煤气储柜输出口连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路和汽轮机发电机组燃气供气管路；所述各供气管路中设置有防爆电控调节阀煤气热值测试仪，一个煤气热值调配控制器接收来自煤气热值测试仪的热值信号，煤气热值调配控制器的控制信号输出到所述的各个防爆电控调节阀。本实用新型的有益效果是：使得煤气热值很不稳定并且热值很低的煤炭地下气化过程与高效率的CCPP系统稳定可靠地结合在一起，解决了地下气化煤气的应用难题。
Description
技术领域
本实用新型属于煤炭地下气化煤气利用领域，涉及的是一种煤炭地下气化联合循环发电中煤气热值调配装置。
背景技术
煤炭地下气化（简称UCG，为英文Underground Coal Gasification的缩写）是就地把地下煤炭转变成可燃气体的技术，变传统的物理采煤为化学采煤，具有安全性高，环境友好等特点。但是，煤炭地下气化过程的稳定性较差，煤气产量波动大，热值不稳定，并且煤气热值低，当利用空气作为气化剂时，较稳定的煤气热值范围是600～1000kcal/Nm3。因此，产量波动大、热值低且不稳定的地下气化煤气利用是个难题。
低热值煤气燃气—蒸汽联合循环发电装置（简称CCPP，为英文Combined Cycle Power Plant的缩写），可利用低热值煤气发电、供热，热电转换效率在40～46％，世界上最高的CCPP热电转换效率达58％以上，具有显著的高效节能和环保效果，以50MW规模机组为例，CCPP发电效率可达40～46％，而同规模锅炉蒸汽发电效率为23～30％左右，CCPP的热效率高出80％以上。在我国，钢铁厂利用低热值高炉煤气（热值约750～850kcal/Nm3）进行燃气—蒸汽联合循环发电取得了很好的效果。
另外，低热值煤气燃气—蒸汽联合循环发电装置中的燃气轮机对低热值煤气流量波动的适应非常强，其负荷调节范围可达30～100％，而锅炉对低热值煤气波动变化的适应能力较慢，常规蒸汽发电厂负荷调节范围70～100％。
此外，高炉煤气除热值低外，另一特点是含H2含量特别低，一般只有0.2%左右，这使高炉煤气的CCPP系统燃烧不稳定，容易熄火。但是煤炭地下气化生产的煤气尽管热值低，但其中的H2含量较高，一般在10%以上。
可以看出，低热值煤气燃气—蒸汽联合循环发电装置（简称CCPP，为英文Combined Cycle Power Plant的缩写）能很好地适应煤炭地下气化（简称UCG，为英文Underground Coal Gasification的缩写）的生产特点，两者相结合将是地下气化煤气的最佳利用途径。
UCG和CCPP相结合的系统，我们称之为煤炭地下气化联合循环发电系统，英文为Underground Gasified Combined Cycle Power Plant System，简称UGCC系统。
但是，CCPP系统中燃气轮机对燃气的热值稳定性要求很高，以太原钢铁厂引进的日本三菱CCPP为例，其设计点的热值为754 kcal/Nm3，高炉煤气热值高时加N2调节，热值低时加焦炉煤气进行调整；当高炉煤气的热值为815 kcal/Nm3时，需加N2的量为10000Nm3/h,当高炉煤气的热值为896 kcal/Nm3时，需加N2量22400Nm3/h，当高炉煤气的热值为730 kcal/Nm3时，需加焦炉煤气1400 Nm3/h。
煤炭地下气化项目与钢铁厂不同，没有类似焦炉煤气的高热值燃气，同时，N2也难以获得；因而，要保证UGCC系统稳定可靠运行，必须解决地下气化煤气热值的稳定性问题。
煤炭地下气化过程的特点决定了所生产的煤气热值波动大，因而，通过改变地下气化工艺使煤气的热值满足CCPP燃气轮机的要求，在现在的技术条件下难以实现。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种煤炭地下气化联合循环发电系统中的煤气热值调配装置技术方案，该方案采用设置监测点，将仓储和控制阀门结合，使得煤气热值很不稳定并且热值很低的煤炭地下气化过程与高效率的CCPP系统稳定可靠地结合在一起，解决了地下气化煤气的应用难题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是，煤炭地下气化联合循环发电系统中的煤气热值调配装置，包括煤气储柜，在煤气储柜有一个煤气输入口，在煤气输入口上连接有一条来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路，所述地下气化煤气供气管路还分别连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路和汽轮机发电机组燃气供气管路；所述煤气储柜连接到地下气化系统的地下气化煤气供气管路中设置有防爆电控调节阀，所述地下气化系统连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路中设置有防爆电控调节阀，所述地下气化系统连接至汽轮机发电机组燃气供气管路中设置有防爆电控调节阀，同时，所述煤气储柜有一个煤气输出口，煤气输出口连接煤气压缩机输入口，煤气压缩机的输出连接两个防爆电控调节阀，所述两个防爆电控调节阀中的一个连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路，所述两个防爆电控调节阀另一个连接至汽轮机发电机组燃气供气管路；在煤气储柜连接的地下气化煤气供气管路上设置有煤气热值测试仪A，在燃气轮机发电机组燃气供气管路上设置有煤气热值测试仪B，在煤气储柜煤气输出口设置有煤气热值测试仪C；一个煤气热值调配控制器接收来自煤气热值测试仪的热值信号，煤气热值调配控制器的控制信号输出到所述的各个防爆电控调节阀。
所述来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路上连接有一个煤气压缩机，所述来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路上还设置有管路去火炬燃烧器，在去火炬燃烧器的管路上设置有防爆电控调节阀。
本实用新型的有益效果是：使得煤气热值很不稳定并且热值很低的煤炭地下气化过程与高效率的CCPP系统稳定可靠地结合在一起，解决了地下气化煤气的应用难题。
下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。
附图说明
图1为煤炭地下气化联合循环发电系统图；
图2为煤气热值调配控制装置结构示意图；
图3为煤气热值范围示意图；
图4为控制程序框图。
具体实施方式
实施例
煤炭地下气化联合循环发电系统中的煤气热值调配装置实施例，参见图1至图5，所述调配装置包括煤气储柜1，在煤气储柜有一个煤气输入口1-1，在煤气输入口上连接有一条来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路2，所述地下气化煤气供气管路还分别连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路3和汽轮机发电机组燃气供气管路4；所述煤气储柜连接到地下气化系统的地下气化煤气供气管路中设置有防爆电控调节阀FV-2，所述地下气化系统连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路中设置有防爆电控调节阀FV-3，所述地下气化系统连接至汽轮机发电机组燃气供气管路中设置有防爆电控调节阀FV-4，同时，所述煤气储柜有一个煤气输出口1-2，煤气输出口连接煤气压缩机J2输入口，煤气压缩机的输出连接两个防爆电控调节阀FV-5和FV-6，所述防爆电控阀门FV-5连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路，所述防爆电控阀门FV-6连接至汽轮机发电机组燃气供气管路；在煤气储柜连接的地下气化煤气供气管路上设置有煤气热值测试仪A，在燃气轮机发电机组燃气供气管路上设置有煤气热值测试仪B，在煤气储柜煤气输出口设置有煤气热值测试仪C；一个煤气热值调配控制器5接收来自煤气热值测试仪的热值信号，煤气热值调配控制器的控制信号输出到所述的各个防爆电控调节阀。
所述来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路上连接有一个煤气压缩机J1，其管路上还设置有防爆电控调节阀FV-1去火炬燃烧器。
结合图1和图2，简述UGCC系统的工艺流程：
UGCC系统由五大部分组成，分别是空气压缩系统、煤炭地下气化工作面系统、煤气净化系统、煤气热值调配系统以及燃气—蒸汽联合循环发电（CCPP）系统。
空气压缩系统的高压空气以及来自CCPP系统的水蒸汽作为气化剂进入地下煤层，在可控的热作用下，煤层被气化成煤气排至地面，然后煤气进入净化系统降温除尘、除焦油以及脱硫脱氰，粗煤气转变成了净煤气；净化后的煤气进入热值调配系统，然后进入CCPP系统。
CCPP系统的基本工艺流程为：地下气化系统的煤气经煤气净化系统净化后的煤气进入压缩机压缩J1（一般经两级压缩）至1.4MPa，350℃，其管路上设置防爆电控调节阀FV-1去火炬燃烧，经压缩的煤气进入燃气轮机燃烧器燃烧。燃气轮机燃烧所需要的空气、冷却空气从大气吸入后经空气过滤器过滤，进入压气机压缩至1.4MPa，300℃进入燃烧器掺与燃烧和冷却。燃烧后的高温烟气约1600℃再与压气机出口的空气混和（二次掺冷）使烟气温度降至约1100℃，压力约1.3MPa，然后进入燃气轮机启动涡轮机做功带动发电机发电。做完功后的烟气温度降至540℃左右，压力为5000～6000Pa，后进入余热锅炉生产蒸汽。余热锅炉产生的蒸汽压力为3.82～6.5MPa，温度为450～520℃，高压蒸汽再送入汽轮机发电。余热锅炉排出的约130℃的烟气经烟囱排入大气。
如图2所示，三个煤气热值测点A、B、C；其中：A：地下气化煤气的热值；B：调配后进入CCPP燃气轮机的煤气热值；C：煤气柜内储存的煤气热值； 6个调节阀FV-1、FV-2、FV-3、FV-4、FV-5和FV-6；煤气压缩机J1和J2；煤气储柜以及监测煤气柜容量高低的两个报警参数，高报HI和低报LO，HI和LO均为开关量，当值为1时，表示正在报警，当值为0时，表示没有报警。
图3定义了煤气的热值边界值，其中：C1和C5是地下气化煤气热值的下边界和上边界，由于地下气化过程的不稳定性，煤气热值的波动非常大，这里取的热值下边界值C1和上边界值C5是较稳定生产过程中的煤气热值范围；C2和C4是CCPP系统中燃气轮机允许的煤气热值下限和上限；C3是进入煤气储柜的煤气的最低热值，因为煤气储柜中煤气的作用是，当地下气化煤气的热值A低于C2时，就需要用煤气柜中的煤气掺混，提高进入燃气轮机煤气的热值B，使得热值B介于C2和C3之间，达到燃气轮机所要求的煤气热值；当地下气化煤气的热值A高于C4时，也要利用储柜中的煤气进行掺混，降低进入燃气轮机煤气的热值B，使得热值B介于C2和C3之间，达到燃气轮机所要求的煤气热值。
因而，进入煤气储柜的煤气的最低热值C3的大小选取很关键，一般应把C3值选为C1和C5的中间点附近，同时，接近燃气轮机所允许煤气热值的上限C4值；当然，C3的取值也要和不同地下气化项目的生产实际相结合。
图4是煤气热值调配控制程序框图，简述如下：
1、注意：程序框图中对各阀门的表述打开或关闭，实际均为稳定调节开或稳定调节关，系统中的6个FV阀均为调节阀，不是非全开即全关的电磁阀，程序框图中的开关表述是为了叙述方便；当系统出现紧急状况时，需要立即切断或全开流体通路，电磁阀必不可少，但为了简化控制流程的叙述，本实施例中不提及电磁阀，但这并不会影响对煤气热值调配控制系统的说明；
2、当地下气化煤气的热值A<C1时，阀FV-1打开，其他阀均为关闭状态，煤气不进入热值调配系统以及后续的CCPP系统，进入火炬系统焚毁；
3、当地下气化煤气的热值C1<A<C2时，如果这时煤气储柜中有足够的高热值调配煤气，即煤气柜的容量下限报警LO=0，打开阀FV-3和阀FV-5，掺混煤气，提高进入燃气轮机的煤气热值B，使得C2≤B≤C4；如果煤气掺混后的热值B仍然不能满足燃气轮机的要求或者煤气柜的容量下限报警LO=1，即煤气柜中的煤气量很少，依然要打开阀FV-1，其他阀均为关闭状态，煤气不得进入热值调配系统以及后续的CCPP系统，而是进入火炬系统焚毁；
4、当地下气化煤气的热值C2≤B<C3时，打开阀FV-3，煤气进入CCPP系统燃气轮机发电；这时，阀FV-1关闭，煤气不再进入火炬焚毁；
5、当地下气化煤气的热值C3≤B≤C4时，维持阀FV-3的开启状态，煤气进入燃气轮机发电；这时，判断煤气柜的容量上限报警HI值是否等于1，如果不等1而是HI=0，即煤气柜还可以储存煤气，这时，应打开阀FV-2，向煤气柜充入热值较高的煤气；
6、当地下气化煤气的热值B>C4时，如果这时煤气柜中有足够容量的掺混煤气的话，即LO=0，打开阀FV-5，掺混煤气，降低进入燃气轮机的煤气热值B，使得C2≤B≤C4；如果煤气掺混后的热值B仍然不能满足燃气轮机的要求或者煤气柜的容量下限报警LO=1，即煤气柜中的煤气量很少，那么这时需要打开阀FV-4，关闭阀FV-3，使得过高热值的地下气化煤气进入燃气锅炉，生产高压蒸汽推动汽轮机发电，而不是进入燃气轮机；
同时，判断煤气柜的容量上限报警HI值是否等于1，如果不等1，而是HI=0，即煤气柜还可以储存煤气，这时，应打开阀FV-2，向煤气柜充入高热值的煤气；
7、热值调配系统中阀FV-6的主要作用是维持燃气锅炉的持续运行；由于阀FV-6的状态几乎不变，因而在图4的程序框图中没有FV-6的说明。更详细的程序控制流程见图4。
本装置最主要的优点是，使得煤气热值很不稳定并且热值很低的煤炭地下气化过程与高效率的CCPP系统稳定可靠地结合在一起，解决了地下气化煤气的应用难题。
Claims (2)
1.煤炭地下气化联合循环发电系统中的煤气热值调配装置，其特征在于，所述调配装置包括煤气储柜，在煤气储柜有一个煤气输入口，在煤气输入口上连接有一条来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路，所述地下气化煤气供气管路还分别连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路和汽轮机发电机组燃气供气管路；所述煤气储柜连接到地下气化系统的地下气化煤气供气管路中设置有防爆电控调节阀，所述地下气化系统连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路中设置有防爆电控调节阀，所述地下气化系统连接至汽轮机发电机组燃气供气管路中设置有防爆电控调节阀，同时，所述煤气储柜有一个煤气输出口，煤气输出口连接煤气压缩机输入口，煤气压缩机的输出连接两个防爆电控调节阀，所述两个防爆电控调节阀中的一个连接至燃气轮机发电机组燃气供气管路，所述两个防爆电控调节阀另一个连接至汽轮机发电机组燃气供气管路；在煤气储柜连接的地下气化煤气供气管路上设置有煤气热值测试仪A，在燃气轮机发电机组燃气供气管路上设置有煤气热值测试仪B，在煤气储柜煤气输出口设置有煤气热值测试仪C；一个煤气热值调配控制器接收来自煤气热值测试仪的热值信号，煤气热值调配控制器的控制信号输出到所述的各个防爆电控调节阀。
2.根据权利要求1所述煤炭地下气化联合循环发电系统中的煤气热值调配装置，其特征在于，所述来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路上连接有一个煤气压缩机，所述来自地下气化系统的地下气化煤气供气管路上还设置有管路去火炬燃烧器，在去火炬燃烧器的管路上设置有防爆电控调节阀。
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Owner name: BEIJING ZHONGKUANG TIANSHENG ENERGY TECHNOLOGY CO. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING ZHONGKUANG KE NENG RESEARCH CENTER FOR UNDERGROUND COAL GASIFICATION TECHNOLOGY Effective date: 20121108 |
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Effective date of registration: 20121108 Address after: 100027 Beijing city Chaoyang District Chaowai Street No. 6 B 9 layer 1005 Patentee after: Beijing Zhongkuang Tiansheng Energy Technology Co Ltd Address before: 100077 No. 3 West Third Ring Road, Beijing, Fengtai District Patentee before: Beijing Zhongkuang Keneng Underground Coal Gasification Technology Research Center |
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