CN207297115U - 一种igcc电站节能型启动装置 - Google Patents
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Abstract
一种IGCC电站节能型启动装置，由煤气化单元、空分单元、燃气轮机、燃气轮发电机、补燃风机、补燃器、余热锅炉、汽轮机、汽轮发电机和火炬塔连接组成；电站启动时，首先启动空分单元和煤气化单元，然后利用煤气化单元产生的合成气送入补燃装置来启动余热锅炉和汽轮机发电系统，等到燃气轮机启动并切换成合成气燃料以后，再将补燃装置切除运行；解除了常规启动过程中，余热锅炉和汽轮机必须等待燃气轮机首先启动的顺序限制，汽轮机可以提前于燃气轮机启动，缩短了全厂启动时间，而且燃气轮机点火后升负荷过程中省去了等待汽轮机暖机、冲转和并网的环节，燃气轮机可以迅速升负荷并进行燃料切换，节能效果显著。
Description
技术领域
本实用新型型涉及清洁燃煤发电技术领域，特别涉及一种IGCC电站节能型启动装置。
背景技术
IGCC(整体煤气化联合循环)发电技术经过了多年的技术积累与实践，运行技术逐渐完善，可靠性得到大幅提升，年发电可利用小时数已经可以与常规燃煤发电厂相媲美。但是，现有的IGCC电站的启动方法还不够完善，启动过程消耗时间长，能量浪费和启动成本偏高是IGCC电站启动过程中的突出问题。
一方面，为确保IGCC电站的可靠性，并增加整体系统的灵活性，IGCC电站中很多采用独立的电动驱动空分单元，其中电动空分系统的空压机和增压机是IGCC电站的最主要的耗电大户。而IGCC电站启动过程中，必须先启动空分系统，当IGCC电厂尚未发电的时候，电厂必须从电网购电以满足空分单元的耗电，等到整厂发电系统稳定以后，才可以把空分单元的电源切换为厂用电。因此，如果全厂启动过程太慢，会造成空分系统的耗电量上升，增加购电成本。另一方面，在IGCC系统中，燃气轮机、余热锅炉和汽轮机组成联合循环系统，余热锅炉利用燃气轮机排烟的余热产生蒸汽送往汽轮机发电，若要启动汽轮机，必须先要启动燃气轮机，汽轮机暖机、冲转和并网的速度较慢，该过程要求燃气轮机保持在低负荷等待，而燃气轮机需要利用轻质柴油启动，等到燃机负荷升至约55％～70％额定负荷以后才可以切换成合成气燃料，燃用轻质柴油的成本很高，而在燃气轮机配合汽轮机启动的过程中，因为燃气轮机保持在较低的负荷，必须持续燃用轻质柴油，持续时间长，燃油成本很大。此外，由于燃气轮机配合汽轮机启动，在低负荷持续的时间较长，造成燃气轮机迟迟不能切换成合成气燃料，气化炉产生的合成气燃料只能送去火炬塔白白放空烧掉，造成能量的浪费。综合看来，现有的IGCC电站的典型启动方法存在启动时间长，耗电、耗油量大以及能量浪费严重和启动成本过高的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提出了一种IGCC电站节能型启动装置，缩短整厂的启动时间以及启动过程的耗电量、耗油量和合成气火炬放空量，降低启动费用。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种IGCC电站节能型启动装置，包括煤气化单元2，煤气化单元2的一煤粉入口和煤粉1连接，煤气化单元2的氧气入口和空分单元3的氧气出口连接，空分单元3的空压机4入口吸入第一空气5，煤气化单元2的合成气出口分成三路，第一路与火炬塔20连接，第二路与补燃器11连接，第三路与燃气轮机7的燃烧室连接；燃气轮机7的空压机入口吸入第二空气6，燃气轮机7的燃烧室入口输入轻质柴油8，燃气轮机7刚性轴与燃气轮发电机13连接，燃气轮机7的第一排烟12与余热锅炉14的烟道入口连通，余热锅炉14的第二排烟19排入大气；
补燃器11空气入口与补燃风机10出口连接，补燃风机10的入口吸入第三空气9，补燃器11出口与余热锅炉14烟道入口连接，余热锅炉14的给水入口与给水管15连接，余热锅炉14过热蒸汽出口与汽轮机17蒸汽入口连接，汽轮机17乏汽出口16连接至凝汽系统，汽轮机17刚性轴与汽轮发电机18连接。
所述的空分单元3为采用电动驱动的独立空压机。
所述的燃气轮机7为适用于燃用合成气的低热值燃气轮机，需要利用轻质柴油8启动并升负荷至55％～70％额定负荷才能切换至合成气燃料。
所述的余热锅炉14为带补燃型的余热锅炉，采用外置式补燃装置。
所述的补燃风机10和补燃器11组成余热锅炉14的补燃装置，补燃装置采用煤气化单元2产的合成气作为补燃燃料，补燃装置只在IGCC电站启动过程中使用，在IGCC电站正常稳定运行以后补燃装置退出运行。
所述的余热锅炉14在煤气化单元2启动完成以后随即利用合成气补燃进行启动，余热锅炉14产生蒸汽带动汽轮机17启动，并带动汽轮发电机18发电。
所述的空分单元3的耗电，在最开始启动时采用电网购电，等到汽轮发电机发电以后，空分单元3的耗电切换为厂用电。
所述的一种IGCC电站节能型启动装置的启动方法为：首先从电网取电启动空分单元3，空分单元3的空压机4利用电网的电力驱动，等到空分单元3稳定产氧后，向煤气化单元2提供氧气启动煤气化单元2；煤气化单元2利用煤粉1和空分单元3送来的氧气产生合成气，煤气化单元2启动的初始阶段合成气产量不稳定，合成气送火炬塔20做放空燃烧处理；待煤气化单元2运行稳定以后合成气送补燃器11，与此同时启动补燃风机10，补燃风机吸入第三空气9并向补燃器11提供助燃空气，合成气在燃烧器11内燃烧产生高温烟气送余热锅炉14，与此同时，给水管15向余热锅炉14持续提供给水；余热锅炉14利用补燃器11来的高温烟气加热给水产生蒸汽送往汽轮机17；汽轮机17利用余热锅炉14产生的蒸汽进行冲转并带动汽轮发电机18发电并网，并带初始负荷暖机；暖机结束后，根据合成气产量，逐步提高补燃风机10、补燃器11以及余热锅炉14的负荷，增加蒸汽产量，以逐步提升汽轮机17的负荷，汽轮发电机18发电负荷同步提升；空分单元3的供电源由从电网取电切换至厂用电；启动燃气轮机7，燃气轮机7启动冲转阶段燃气轮发电机13作为电动机使用，利用厂用电带动燃气轮机7的空压机转动，燃气轮机7空压机吸入第二空气6送入燃烧室，投入轻质柴油8送至燃烧室，燃气轮机7点火后燃烧室产生的高温高压烟气经燃气轮机7的透平室膨胀做功后作为燃气轮机7的第一排烟12送至余热锅炉14的烟道；燃气轮机7点火成功后，通过调节轻质柴油8供给量来调节燃气轮机7转数稳定至3000r/min，随后将燃气轮发电机13转变为发电机使用进行发电并网，然后通过提升轻质柴油8供给量逐渐提升燃气轮机7负荷至可以进行燃料切换的负荷；在燃气轮机7负荷逐渐上升的过程中，燃气轮机7送往余热锅炉14的第一排烟12流量逐渐增大，这时逐渐减小补燃器11的负荷，以使余热锅炉14和汽轮机17负荷维持稳定，煤气化单元2产的多余合成气通过火炬塔20放空燃烧；当燃气轮机7负荷升至能够进行燃料切换的负荷以后，进行燃气轮机7燃料切换操作，将燃气轮机7的燃料由轻质柴油8切换为合成气，并逐渐关小送往补燃器11和火炬塔20的合成气直至全关；停补燃风机10，补燃器11退出运行，此时余热锅炉14完全由燃气轮机的第一排烟12带动，IGCC电站完成全厂的启动。
本实用新型的有益效果为：
由于先利用煤气化单元2产生的合成气进行余热锅炉14补燃来启动汽轮机17发电，再启动燃气轮机7的启动过程，相比于传统的先启动燃气轮机7再启动余热锅炉14和汽轮机7发电的过程，具有整体启动时长缩短，节省电厂购电量、减少轻质柴油使用量以及减少合成气火炬放空量的特点，节能效果显著，极大的节省了IGCC电站的启动费用，提升了电厂的经济效益。以一座300MW容量的IGCC电站为例，每次全厂冷态启动，可整体缩短启动时间3小时，减少合成气火炬塔放空约40万Nm3，减少燃气轮机消耗轻质柴油约30t，节省启动费用约53万元。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2本实用新型实施例的启动流程图。
具体实施方式
下面结合附图，以一座总发电容量为260MW的IGCC电站为实施例对本实用新型做详细叙述，该IGCC电站的主要配置和设备参数见表1。
表1 IGCC电站主要设备配置
参照图1，一种IGCC电站节能型启动装置，包括煤气化单元2，煤气化单元2的一煤粉入口和煤粉1连接，煤气化单元2的氧气入口和空分单元3的氧气出口连接，空分单元3的空压机4入口吸入第一空气5，煤气化单元2的合成气出口分成三路，第一路与火炬塔20连接，第二路与补燃器11连接，第三路与燃气轮机7的燃烧室连接；燃气轮机7的空压机入口吸入第二空气6，燃气轮机7的燃烧室入口输入轻质柴油8，燃气轮机7刚性轴与燃气轮发电机13连接，燃气轮机7带动燃气轮发电机13发电，燃气轮机7的第一排烟12与余热锅炉14的烟道入口连通，余热锅炉14的第二排烟19排入大气；
补燃器11空气入口与补燃风机10出口连接，补燃风机10的入口吸入第三空气9，补燃器11出口与余热锅炉14烟道入口连接，余热锅炉14的给水入口与给水管15连接，余热锅炉14过热蒸汽出口与汽轮机17蒸汽入口连接，汽轮机17乏汽出口16连接至凝汽系统，汽轮机17刚性轴与汽轮发电机18连接，汽轮机17带动汽轮发电机18发电。
所述的空分单元3为采用电动驱动的独立空压机。
所述的燃气轮机7为适用于燃用合成气的低热值燃气轮机，需要利用轻质柴油8启动并升负荷至55％～70％额定负荷才能切换至合成气燃料。
所述的余热锅炉14为带补燃型的余热锅炉，采用外置式补燃装置。
所述的补燃风机10和补燃器11组成余热锅炉14的补燃装置，补燃装置采用煤气化单元2产的合成气作为补燃燃料，补燃装置只在IGCC电站启动过程中使用，以提高余热锅炉和汽轮机系统的启动速度，在IGCC正常稳定运行以后补燃装置退出运行。
所述的余热锅炉14在煤气化单元2启动完成以后随即利用合成气补燃进行启动，余热锅炉14产生蒸汽带动汽轮机17启动，并带动汽轮发电机18发电，而不必等待燃气轮机7优先启动。
所述的空分单元3的耗电，在最开始启动时采用电网购电，等到汽轮发电机发电以后，空分单元3的耗电切换为厂用电。
所述的一种IGCC电站节能型启动装置的启动方法为：首先从电网取电启动空分单元3，空分单元3的空压机4等主要耗电设备利用电网的电力驱动，等到空分单元3稳定产氧后，向煤气化单元2提供氧气启动煤气化单元2；煤气化单元2利用煤粉1和空分单元2送来的氧气产生合成气，煤气化单元2启动的初始阶段合成气产量不稳定，合成气送火炬塔20做放空燃烧处理；待煤气化单元2运行比较稳定以后合成气送补燃器11，与此同时启动启动补燃风机10，补燃风机吸入第三空气9并向补燃器11提供助燃空气，合成气在燃烧器11内燃烧产生高温烟气送余热锅炉14，与此同时，给水管15向余热锅炉14持续提供一定压力的给水；余热锅炉14利用补燃器11来的高温烟气加热给水产生蒸汽送往汽轮机17；汽轮机17利用余热锅炉14产生的蒸汽进行冲转并带动汽轮发电机18发电并网，并带初始负荷10MW进行暖机；暖机结束后，根据合成气产量，逐步提高补燃风机10、补燃器11以及余热锅炉14的负荷，增加蒸汽产量，以逐步提升汽轮机17的负荷，汽轮发电机18发电负荷同步提升；在本实施实例中，由于采用的煤气化单元2中的气化炉还可以产生约150t/h流量的中压饱和蒸汽，这部分蒸汽在汽轮机17启动之前除了供应厂用辅助蒸汽以外，多余分放空，在汽轮机17启动并带发电负荷至约50MW以后，可以根据负荷情况将该部分蒸汽送至余热锅炉14的中压蒸汽系统进行过热，然后送汽轮机17发电；汽轮机17带动汽轮发电机18发电以后，空分单元3的供电源由从电网取电切换至厂用电；启动燃气轮机7，燃气轮机7启动冲转阶段燃气轮发电机13作为电动机使用，利用厂用电带动燃气轮机7的空压机转动，燃气轮机7空压机吸入第二空气6送入燃烧室，投入轻质柴油8送至燃烧室，燃气轮机7点火后燃烧室产生的高温高压烟气经燃气轮机7的透平室膨胀做功后作为燃气轮机7的第一排烟12送至余热锅炉14的烟道；燃气轮机7点火成功后，通过调节轻质柴油8供给量来调节燃气轮机7转数稳定至3000r/min，随后将燃气轮发电机13转变为发电机使用进行发电并网，然后通过提升轻质柴油8供给量逐渐提升燃气轮机负荷至110MW；在燃气轮机7负荷逐渐上升的过程中，燃气轮机7送往余热锅炉14的第一排烟12流量逐渐增大，这时逐渐减小补燃器11的负荷，以使余热锅炉14和汽轮机17负荷维持稳定，煤气化单元2产的多余合成气通过火炬塔20放空燃烧；当燃气轮机7负荷升至110MW以后，进行燃气轮机7燃料切换操作，将燃气轮机7的燃料由轻质柴油8切换为合成气，并逐渐关小送往补燃器11和火炬塔20的合成气直至全关；停补燃风机10，补燃器11退出运行，此时余热锅炉14完全由燃气轮机的第一排烟12带动；根据电网负荷需求进行发电负荷调整，空分单元3、煤气化单元2、燃气轮机7以及汽轮机17等协调配合，IGCC电站完成全厂的启动。各单元的启动顺序及所需要的时间如图2所示，表2给出了采用本实用新型方法进行IGCC电站冷态启动与目前通用方法之间的成本对比，可以看出，本实用新型方法可以减少启动时间，节约能耗，降低启动费用。
表2采用本实用新型方法进行IGCC电站冷态启动与目前通用方法的成本对比
Claims (7)
1.一种IGCC电站节能型启动装置，包括煤气化单元(2)，其特征在于：煤气化单元(2)的煤粉入口和煤粉(1)连接，煤气化单元(2)的氧气入口和空分单元(3)的氧气出口连接，空分单元(3)的空压机(4)入口吸入第一空气(5)，煤气化单元(2)的合成气出口分成三路，第一路与火炬塔(20)连接，第二路与补燃器(11)连接，第三路与燃气轮机(7)的燃烧室连接；燃气轮机(7)的空压机入口吸入第二空气(6)，燃气轮机(7)的燃烧室入口输入轻质柴油(8)，燃气轮机(7)刚性轴与燃气轮发电机(13)连接，燃气轮机(7)的第一排烟(12)与余热锅炉(14)的烟道入口连通，余热锅炉(14)的第二排烟(19)排入大气；
补燃器(11)空气入口与补燃风机(10)出口连接，补燃风机(10)的入口吸入第三空气(9)，补燃器(11)出口与余热锅炉(14)烟道入口连接，余热锅炉(14)的给水入口与给水管(15)连接，余热锅炉(14)过热蒸汽出口与汽轮机(17)蒸汽入口连接，汽轮机(17)乏汽出口(16)连接至凝汽系统，汽轮机(17)刚性轴与汽轮发电机(18)连接。
2.根据权利要求1所述的一种IGCC电站节能型启动装置，其特征在于：所述的空分单元(3)为采用电动驱动的独立空压机。
3.根据权利要求1所述的一种IGCC电站节能型启动装置，其特征在于：所述的燃气轮机(7)为适用于燃用合成气的低热值燃气轮机，需要利用轻质柴油(8)启动并升负荷至55％～70％额定负荷才能切换至合成气燃料。
4.根据权利要求1所述的一种IGCC电站节能型启动装置，其特征在于：所述的余热锅炉(14)为带补燃型的余热锅炉，采用外置式补燃装置。
5.根据权利要求1所述的一种IGCC电站节能型启动装置，其特征在于：所述的补燃风机(10)和补燃器(11)组成余热锅炉(14)的补燃装置，补燃装置采用煤气化单元(2)产的合成气作为补燃燃料，补燃装置只在IGCC电站启动过程中使用，在IGCC电站正常稳定运行以后补燃装置退出运行。
6.根据权利要求1所述的一种IGCC电站节能型启动装置，其特征在于：所述的余热锅炉(14)在煤气化单元(2)启动完成以后随即利用合成气补燃进行启动，余热锅炉(14)产生蒸汽带动汽轮机(17)启动，并带动汽轮发电机(18)发电。
7.根据权利要求1所述的一种IGCC电站节能型启动装置，其特征在于：所述的空分单元(3)的耗电，在最开始启动时采用电网购电，等到汽轮发电机(18)发电以后，空分单元(3)的耗电切换为厂用电。
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Cited By (2)
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| CN114060114A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-02-18 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种igcc电站一键启停控制方法 |
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| CN107664046B (zh) * | 2017-09-22 | 2023-05-30 | 中国华能集团公司 | 一种igcc电站节能型启动系统 |
| CN114060114A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-02-18 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种igcc电站一键启停控制方法 |
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