捕集系統供應蒸汽的裝置及方法
【專利摘要】一種為燃燒前CO2捕集系統供應蒸汽的裝置及方法，從氣化爐汽包抽取飽和蒸汽作為水-氣變換反應的加濕蒸汽，蒸汽供應穩定，蒸汽壓力和溫度等參數與煤氣參數匹配性好，避免了從汽輪機抽取較高壓力的過熱蒸汽，且變工況下蒸汽流量調節方便；利用余熱鍋爐低壓過熱蒸汽和從汽輪機低壓缸抽取的低壓蒸汽經過噴水減溫后作為吸收劑熱再生用加熱蒸汽，蒸汽參數穩定，可有效利用蒸汽凝結潛熱，減少抽汽量；本發明可減少因CO2捕集造成的IGCC電廠蒸汽輪機功率的下降，提高全廠的發電效率。
【專利說明】一種為燃燒前002捕集系統供應蒸汽的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于潔凈煤發電和(?捕集【技術領域】，具體涉及一種為燃燒前(^^捕集系統供應蒸汽的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]采取實際行動削減⑶2等溫室氣體的排放已經在國際社會達成共識。在眾多的002減排方案中，在燃煤火電廠進行(?捕集和封存是最具有潛力的大規模減排(1) 2技術。目前的(?捕集技術路線主要包括燃燒后捕集、富氧燃燒和燃燒前捕集技術。其中燃燒前捕集技術是一種基于整體煤氣化聯合循環)的新型(?捕集技術。叩⑶集成了煤氣化和燃氣一蒸汽聯合循環，是一種新型的清潔高效的發電技術。在叩⑶電廠中進行燃燒前002捕集具有三方面的優勢:第一，叩⑶發電系統本身具有很高的發電效率，并且隨著技術的進步，發電效率仍然有很大的提升空間，因此叩⑶電廠對(?捕集帶來的系統發電效率下降的承受力較強；第二，在叩⑶發電系統中，首先要將煤轉化成合成氣，這就可以進而通過水-氣變換反應將合成氣中的(?轉化成(?，方便于進行燃燒前(?捕集。由于在燃燒前就將(?分離，避免了由于燃燒而參入大量空氣，進行⑶2分離時，所需處理的工藝氣中的⑶2濃度大，可達35-45%，整體流量大大減小，有利于降低分離系統的熱再生能耗；第三，1600電廠中通常包含一個氣化爐蒸汽系統和一個三壓再熱余熱鍋爐蒸汽系統，可以抽取蒸汽的點較多，這就方便于為(?捕集系統所需蒸汽進行參數匹配和優化，提高全廠的熱能利用效率。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種為燃燒前⑶滿集系統供應蒸汽的裝置及方法，該裝置可為燃燒前(?捕集系統提供充足和參數穩定的中壓和低壓蒸汽，蒸汽參數匹配合理，跟隨(?捕集系統的不同負荷，蒸汽流量調節靈活方便，對于降低(?捕集能耗，實現潔凈煤發電裝置的低碳排放具有重要意義。
[0004]為達到以上目的，本發明采用如下技術方案:
[0005]一種為燃燒前(?捕集系統供應蒸汽的裝置，所述裝置為叩⑶發電系統中增加的(?捕集旁路提供水-氣變換反應所需的加濕蒸汽和吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽；包括氣化爐1，氣化爐1煤氣出口與煤氣冷卻器3相連，煤氣冷卻器3出口與燃氣輪機系統21相連，燃氣輪機系統21排氣出口與余熱鍋爐7煙氣進口相連，余熱鍋爐煙氣出口連通大氣；汽輪機中低壓缸9排汽口與凝汽器10相連，凝汽器10出口連接凝結水泵11入口，凝結水泵11出口與低壓蒸汽系統6連接，低壓蒸汽系統6蒸汽出口與汽輪機中低壓缸9補汽口相連；中壓給水泵17入口與低壓蒸汽系統6相連，出口與中壓蒸汽系統5相連，中壓蒸汽系統5蒸汽出口連接蒸汽輪機中低壓缸9入口，高壓給水泵18入口與低壓蒸汽系統6相連，出口與高壓蒸汽系統4相連，高壓蒸汽系統4蒸汽出口連接汽輪機高壓缸8入口，汽輪機高壓缸8出口連接中壓蒸汽系統5 ；氣化爐給水泵19入口與低壓蒸汽系統6相連，出口連接氣化爐汽包2，氣化爐汽包2連接氣化爐1內受熱管道和煤氣冷卻器3 ；氣化爐汽包2蒸汽出口連接中壓蒸汽系統5 ；煤氣冷卻器3煤氣出口旁路連接水-氣變換反應裝置22，水-氣變換反應裝置22反應氣出口連接酸氣脫除和后處理裝置23，酸氣脫除和后處理裝置23脫碳氣出口連接燃氣輪機系統21 ；氣化爐汽包2出口通過支路管道20與水-氣變換反應裝置22的加濕入口相連；在低壓蒸汽系統6與汽輪機中低壓缸9相連的低壓過熱蒸汽管道上，設置支路低壓抽汽管道12連接至噴水減溫器13，噴水減溫器13出口與低壓輔助蒸汽聯箱14連接，低壓輔助蒸汽聯箱14與酸氣脫除和后處理裝置23中的加熱器連接，酸氣脫除和后處理裝置23中的加熱器出口連接引射器16，引射器16出口連接回水泵15，回水泵15出口連接低壓蒸汽系統6。
[0006]所述供水-氣變換反應所需的加濕蒸汽為利用氣化爐1的汽水系統產生飽和蒸汽作為燃燒前002捕集流程中的水-氣變換反應環節加濕蒸汽。
[0007]所述吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽為利用余熱鍋爐低壓過熱蒸汽和從汽輪機抽取的低壓蒸汽經過噴水減溫后作為吸收劑熱再生用加熱蒸汽。
[0008]所述支路管道20上設置蒸汽流量調節閥，根據(1)2捕集系統的運行負荷來調節加濕蒸汽流量。
[0009]上述所述裝置為燃燒前(?捕集系統供應蒸汽的方法，當整體煤氣化聯合循環系統運行時，煤在氣化爐1中經過氣化反應產生煤氣，經過煤氣冷卻器3冷卻以后送往燃氣輪機系統21發電，燃氣輪機系統21的高溫排氣送往余熱鍋爐7，在余熱鍋爐7內經過高壓蒸汽系統4、中壓蒸汽系統5和低壓蒸汽系統6回收煙氣余熱后排到大氣；氣化爐汽包2出來的中壓飽和蒸汽送往余熱鍋爐7的中壓蒸汽系統5中；余熱鍋爐7的高壓蒸汽系統4、中壓蒸汽系統5和低壓蒸汽系統6產生的不同壓力的蒸汽分別送往汽輪機高壓缸8和汽輪機中低壓缸9做功，汽輪機高壓缸8排汽送回中壓蒸汽系統5中進行再熱；汽輪機排汽經凝汽器10凝結后由凝結水泵11送往低壓蒸汽系統6，中壓給水泵17、高壓給水泵18和氣化爐給水泵19的給水由低壓蒸汽系統6抽取；
[0010](?捕集旁路是從煤氣冷卻器3之后抽取部分合成氣通過旁路管道送至水-氣變換反應裝置22，經過水-氣變換反應后，煤氣中的(1)轉化成002和2，變換氣送往酸氣脫除和后處理裝置23，在酸氣脫除和后處理裝置23中，(^、陽酸性氣體被分離和回收，潔凈煤氣(主要有效成分為取)送往燃氣輪機系統21發電；
[0011]氣化爐汽包2抽取部分中壓飽和蒸汽送至水-氣變換反應裝置22的加濕器，為水-氣變換反應提供必要的反應蒸汽，氣化爐汽包2剩余的中壓飽和蒸汽送至余熱鍋爐7的中壓蒸汽系統5；氣化爐中壓飽和蒸汽的產量巨大，能夠滿足不同水-氣變換反應工況加濕蒸汽需求量；
[0012]余熱鍋爐7中低壓蒸汽系統6的低壓過熱蒸汽管道連接至汽輪機中低壓缸9的低壓補汽口，從低壓過熱蒸汽管道上設低壓抽汽管道12連接至噴水減溫器13，減溫水從中壓給水泵17出口引出，噴水減溫器13出口連接至低壓輔助蒸汽聯箱14，低壓輔助蒸汽聯箱14供應全廠低壓輔助蒸汽用汽；從低壓輔助蒸汽聯箱14設蒸汽管道連接至解吸塔再沸器；加熱蒸汽在解吸塔再沸器放熱的同時凝結液化而變成飽和水，飽和水經過引射器16初步升壓再經過回水泵15加壓后送回余熱鍋爐7低壓汽包，引射器16所用的高壓水從回水泵15出口引出。
[0013]當電廠處于發電工況時，低壓輔助蒸汽聯箱14的汽源由余熱鍋爐7的低壓蒸汽系統6提供，低壓蒸汽系統6汽量不足時，從汽輪機中低壓缸9的中低壓補汽口抽取低壓蒸汽補充。
[0014]本發明加濕蒸汽作用是為了向工藝氣中注入充足反應元素！！20；加熱蒸汽作用是為了向吸收劑的熱再生過程提供熱能，蒸汽加熱吸收劑的同時本身放熱凝結為液態，形成低壓飽和水，經回水泵送回低壓汽水系統。與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0015]1、加濕蒸汽汽源充足。由于氣化爐中壓飽和蒸汽產量巨大，完全可以滿足變換反應在各種工況的加濕所需。本裝置可以為燃燒前(?捕集系統中的水-氣變換反應提供充足的加濕蒸汽，為解吸塔熱再生提供足量的低壓加熱蒸汽，從而保證(?捕集系統穩定運行。
[0016]2、加濕蒸汽壓力匹配性好。該加濕蒸汽參數與煤氣壓力進行了良好匹配。蒸汽壓力比煤氣壓力略高，適合向工藝氣中注入。加濕蒸汽為飽和蒸汽，沒有過熱度，攜帶高品質熱能較少，以這樣參數的蒸汽作為加濕蒸汽，減少了高品質熱能的損失，有利于全廠效率的
[0017]3、加熱蒸汽供應靈活可靠。吸收劑熱再生用加熱蒸汽從低壓輔助蒸汽聯箱獲取，保證了吸收劑熱再生用加熱蒸汽源的可靠性。當電廠處于發電工況時，低壓輔助蒸汽聯箱的汽源可由余熱鍋爐低壓過熱蒸汽系統提供，低壓過熱蒸汽系統汽量不足時，從汽輪機中低壓補汽口抽取低壓蒸汽補充，抽汽量可以根據(?捕集系統的運行負荷靈活調節。
[0018]4、加熱蒸汽溫度壓力適宜。這種低壓加熱蒸汽供應方式為吸收劑熱再生提供的蒸汽溫度適宜，不會因為過熱導致吸收劑超溫降解。另外，加熱吸收劑時利用的主要是飽和蒸汽的凝結放熱，放熱量大，蒸汽過熱度低，熱損失小，利于全廠效率的提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明裝置結構示意圖。
[0020]圖2為余熱鍋爐低壓蒸汽產量與(?捕集旁路低壓加熱蒸汽需求量的關系。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0022]如圖1所示，本發明包括從氣化爐汽包2抽取中壓飽和蒸汽用于水-氣變換反應和從余熱鍋爐低壓蒸汽系統和汽輪機低壓缸抽取低壓加熱蒸汽用于吸收劑熱再生的蒸汽供應系統。
[0023]在叩⑶電力生產流程中，如圖1所示，首先煤在氣化爐1中經過氣化反應產生高溫的煤氣，煤氣經過煤氣冷卻器3冷卻和煤氣凈化以后送去燃氣輪機發電系統發電，燃氣輪機的高溫排氣送入余熱鍋爐7回收熱量后排空。氣化爐汽水系統包括一個氣化爐汽包2和氣化爐內部與煤氣冷卻器3內部的一系列受熱面，用于回收氣化過程中的廢熱以生產中壓飽和蒸汽，該中壓飽和蒸汽通常送至余熱鍋爐7的中壓汽包并在余熱鍋爐7中進一步加熱最終送去蒸汽輪機膨脹做功。余熱鍋爐高、中、低壓蒸汽系統由高、中、低壓汽包和一系列受熱面組成，用于回收燃機排氣余熱以生產高、中、低壓蒸汽用于蒸汽輪機做功發電。
[0024]在叩⑶電廠中進行燃燒前(?捕集，則是建立一支旁路，在煤氣凈化之前，從旁路抽出部分合成氣，首先進行水-氣變換反應，反應方程式如下:
[0025]00+^0 = ?:02十只2
[0026]由于煤氣中的40成分含量很低，不能滿足變換反應的元素需求，故需要向工藝氣中注入相應壓力的蒸汽來加濕，以提高反應氣中的含量。如果從汽輪機壓力級抽取對應壓力的蒸汽，則抽出的蒸汽過熱度太高，汽輪機功率下降極大，熱能損失太多，如果從中壓汽包抽取中壓飽和蒸汽，則當(?捕集旁路處理合成氣的流量較大時，中壓飽和蒸汽產量將不能滿足要求，當蒸汽動力系統滑壓運行時，蒸汽壓力下降，也不能滿足加濕蒸汽的要求。本發明通過熱力計算，對叩⑶電廠全廠的蒸汽產耗量進行核算，確定氣化爐汽包中壓飽和蒸汽產量可以滿足最大(?捕集負荷(100%合成氣送去變換反應)時的加濕蒸汽需求量。本發明水-氣變換反應加濕蒸汽從氣化爐汽包抽取，氣化爐汽包剩余蒸汽送去余熱鍋爐中壓蒸汽系統。
[0027]通過水-氣變換反應，煤氣中的⑶就轉化成了(^，⑶所攜帶的化學能大部分轉化成4的化學能。變換氣送去酸氣脫除和后處理裝置。本實施實例采用硫碳共脫的酸氣脫除工藝，可以把43和(^兩種酸氣一起從變換氣中分離出來，目前可選用的吸收劑包括10私、腿八、順0和5616X01等，本實例的吸收劑選用10私。吸收了酸性氣體的吸收劑需要經過減壓再生和熱再生。其中熱再生過程熱源由加熱蒸汽提供，加熱溫度控制在約1201。加熱蒸汽在再沸器放熱凝結，回水送至余熱鍋爐低壓汽水系統。
[0028]本發明吸收劑熱再生用加熱蒸汽從低壓輔助蒸汽聯箱14獲取。低壓過熱蒸汽管道連接至汽輪機低壓缸補汽口，從低壓過熱蒸汽管道抽取蒸汽并經過噴水減溫器13調溫后送入低壓輔助蒸汽聯箱14。噴水減溫器13所需減溫水從中壓給水泵17出口抽取。從低壓輔助蒸汽聯箱14引出低壓蒸汽送至酸氣脫除和后處理裝置23中的加熱器，在加熱器內蒸汽等壓放熱凝結液化成飽和水，經引射器16和回水泵15加壓后送回至低壓蒸汽系統6。
[0029]本發明工作過程如下:
[0030]進行燃燒前(?捕集的叩⑶電廠的⑶2捕集率通過控制送入⑶2捕集旁路的煤氣比例來調節，這一比例稱之為煤氣處理率。水-氣變換反應所需的注蒸汽量可以根據煤氣處理率進行靈活調節，隨著煤氣處理率的增大，注蒸汽量增大。當煤氣處理率達到100%，即煤氣全部經燃燒前(?捕集系統處理，氣化爐蒸汽系統產生的飽和蒸汽仍然可以輕松滿足水-氣變換反應注蒸汽需求。
[0031]當運行無(?捕集工況時，部分低壓過熱蒸汽經過支路送去噴水減溫器13，經調溫后送至低壓輔助蒸汽聯箱14，其余送至汽輪機低壓缸，在汽輪機內膨脹做功。如圖2所示，當運行低負荷(?捕集工況時，吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽量較少，隨著煤氣處理率的增大，吸收劑熱再生用加熱蒸汽需求量逐漸增大。此時余熱鍋爐7生產的低壓過熱蒸汽送至低壓輔助蒸汽聯箱14的比例逐漸增大，送入汽輪機做功的蒸汽量逐漸減少。由于還有其它廠用蒸汽約201/?的低壓蒸汽需求，實際余熱鍋爐可提供002捕集旁路的蒸汽量如圖2中虛線所示。當煤氣處理率增加到約20-25%時，余熱鍋爐7產生的低壓過熱蒸汽全部送往低壓輔助蒸汽聯箱14才能滿足吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽流量，此時低壓過熱蒸汽管道向蒸汽輪機供應的蒸汽量降為零。當煤氣處理率進一步增加時，吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽流量進一步增加，此時，連接汽輪機低壓缸補汽口的低壓過熱蒸汽管道由向汽輪機供汽轉換為從汽輪機向外抽汽，抽取的蒸汽與余熱鍋爐生產的低壓過熱蒸汽一起，經過噴水減溫器減溫后送入低壓輔助蒸汽聯箱，以滿足高(?捕集負荷工況時的吸收劑熱再生加熱蒸汽消耗。
【權利要求】
1.一種為燃燒前CO 2捕集系統供應蒸汽的裝置，其特征在于:所述裝置為IGCC發電系統中增加的0)2捕集旁路提供水-氣變換反應所需的加濕蒸汽和吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽；包括氣化爐(1)，氣化爐(I)煤氣出口與煤氣冷卻器(3)相連，煤氣冷卻器(3)出口與燃氣輪機系統(21)相連，燃氣輪機系統(21)排氣出口與余熱鍋爐(7)煙氣進口相連，余熱鍋爐煙氣出口連通大氣；汽輪機中低壓缸(9)排汽口與凝汽器(10)相連，凝汽器(10)出口連接凝結水泵(11)入口，凝結水泵(11)出口與低壓蒸汽系統(6)連接，低壓蒸汽系統(6)蒸汽出口與汽輪機中低壓缸(9)補汽口相連；中壓給水泵(17)入口與低壓蒸汽系統(6)相連，出口與中壓蒸汽系統(5)相連，中壓蒸汽系統(5)蒸汽出口連接蒸汽輪機中低壓缸(9)入口，高壓給水泵(18)入口與低壓蒸汽系統(6)相連，出口與高壓蒸汽系統⑷相連，高壓蒸汽系統(4)蒸汽出口連接汽輪機高壓缸(8)入口，汽輪機高壓缸(8)出口連接中壓蒸汽系統(5);氣化爐給水泵(19)入口與低壓蒸汽系統(6)相連，出口連接氣化爐汽包(2)，氣化爐汽包(2)連接氣化爐(I)內受熱管道和煤氣冷卻器(3);氣化爐汽包(2)蒸汽出口連接中壓蒸汽系統(5);煤氣冷卻器(3)煤氣出口旁路連接水-氣變換反應裝置(22)，水-氣變換反應裝置(22)反應氣出口連接酸氣脫除和后處理裝置(23)，酸氣脫除和后處理裝置(23)脫碳氣出口連接燃氣輪機系統(21);氣化爐汽包(2)出口通過支路管道(20)與水-氣變換反應裝置(22)的加濕入口相連；在低壓蒸汽系統(6)與汽輪機中低壓缸(9)相連的低壓過熱蒸汽管道上，設置支路低壓抽汽管道(12)連接至噴水減溫器(13)，噴水減溫器(13)出口與低壓輔助蒸汽聯箱(14)連接，低壓輔助蒸汽聯箱(14)與酸氣脫除和后處理裝置(23)中的加熱器連接，酸氣脫除和后處理裝置(23)中的加熱器出口連接引射器(16)，引射器(16)出口連接回水泵(15)，回水泵(15)出口連接低壓蒸汽系統(6)。
2.根據權利要求1所述的一種為燃燒前CO2捕集系統供應蒸汽的裝置，其特征在于:所述供水-氣變換反應所需的加濕蒸汽為利用氣化爐(I)的汽水系統產生飽和蒸汽作為燃燒前0)2捕集流程中的水-氣變換反應環節加濕蒸汽。
3.根據權利要求1所述的一種為燃燒前CO2捕集系統供應蒸汽的裝置，其特征在于:所述吸收劑熱再生所需的加熱蒸汽為利用余熱鍋爐低壓過熱蒸汽和從汽輪機抽取的低壓蒸汽經過噴水減溫后作為吸收劑熱再生用加熱蒸汽。
4.根據權利要求1所述的一種為燃燒前CO2捕集系統供應蒸汽的裝置，其特征在于:所述支路管道(20)上設置蒸汽流量調節閥。
5.權利要求1所述裝置為燃燒前CO2捕集系統供應蒸汽的方法，其特征在于:當整體煤氣化聯合循環系統運行時，煤在氣化爐(I)中經過氣化反應產生煤氣，經過煤氣冷卻器(3)冷卻以后送往燃氣輪機系統(21)發電，燃氣輪機系統(21)的高溫排氣送往余熱鍋爐(7)，在余熱鍋爐(7)內經過高壓蒸汽系統(4)、中壓蒸汽系統(5)和低壓蒸汽系統(6)回收煙氣余熱后排到大氣；氣化爐汽包(2)出來的中壓飽和蒸汽送往余熱鍋爐(7)的中壓蒸汽系統(5)中；余熱鍋爐(7)的高壓蒸汽系統(4)、中壓蒸汽系統(5)和低壓蒸汽系統(6)產生的不同壓力的蒸汽分別送往汽輪機高壓缸(8)和汽輪機中低壓缸(9)做功，汽輪機高壓缸(8)排汽送回中壓蒸汽系統(5)中進行再熱；汽輪機排汽經凝汽器(10)凝結后由凝結水泵(11)送往低壓蒸汽系統(6)，中壓給水泵(17)、高壓給水泵(18)和氣化爐給水泵(19)的給水由低壓蒸汽系統(6)抽取； CO2捕集旁路是從煤氣冷卻器(3)之后抽取部分合成氣通過旁路管道送至水-氣變換反應裝置(22)，經過水-氣變換反應后，煤氣中的CO轉化成0)2和H 2，變換氣送往酸氣脫除和后處理裝置(23)，在酸氣脫除和后處理裝置(23)中，C02、H2S酸性氣體被分離和回收，潔凈煤氣送往燃氣輪機系統(21)發電； 氣化爐汽包(2)抽取部分中壓飽和蒸汽送至水-氣變換反應裝置(22)的加濕器，為水-氣變換反應提供必要的反應蒸汽，氣化爐汽包(2)剩余的中壓飽和蒸汽送至余熱鍋爐(7)的中壓蒸汽系統(5);氣化爐中壓飽和蒸汽的產量巨大，能夠滿足不同水-氣變換反應工況加濕蒸汽需求量； 余熱鍋爐(7)中低壓蒸汽系統(6)的低壓過熱蒸汽管道連接至汽輪機中低壓缸(9)的低壓補汽口，從低壓過熱蒸汽管道上設低壓抽汽管道(12)連接至噴水減溫器(13)，減溫水從中壓給水泵(17)出口引出，噴水減溫器(13)出口連接至低壓輔助蒸汽聯箱(14)，低壓輔助蒸汽聯箱(14)供應全廠低壓輔助蒸汽用汽；從低壓輔助蒸汽聯箱(14)設蒸汽管道連接至解吸塔再沸器；加熱蒸汽在解吸塔再沸器放熱的同時凝結液化而變成飽和水，飽和水經過引射器(16)初步升壓再經過回水泵(15)加壓后送回余熱鍋爐7低壓汽包，引射器(16)所用的高壓水從回水泵(15)出口引出。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:當電廠處于發電工況時，低壓輔助蒸汽聯箱(14)的汽源由余熱鍋爐(7)的低壓蒸汽系統(6)提供，低壓蒸汽系統(6)汽量不足時，從汽輪機中低壓缸(9)的中低壓補汽口抽取低壓蒸汽補充。
【文檔編號】F01K11/02GK104474851SQ201410637599
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】陳新明, 閆姝, 史紹平, 穆延非, 方芳 申請人:中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司, 中國華能集團公司