一種帶補燃型余熱鍋爐的igcc電站系統的制作方法
【專利摘要】一種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統，該系統包括整體煤氣化聯合循環系統系統原有的空分系統、汽化爐、燃氣輪機系統、余熱鍋爐和蒸汽輪機系統以及新增的安裝在余熱鍋爐的入口處的余熱鍋爐補燃裝置和代替原有驅動空分系統壓縮單元的電動機的小汽輪機；當電站啟動時，余熱鍋爐補燃裝置啟動，為余熱鍋爐提供熱量，產生蒸汽驅動小汽輪機運轉，從而使得空分系統不依靠氣化爐、燃氣輪機系統而啟動運行；本實用新型提出的IGCC電站系統及工作方法相對于原有電動機驅動空分系統壓縮單元的IGCC電站系統，不僅能節省大量的初期投資費用，而且能提高電站的供電效率。
【專利說明】一種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及整體煤氣化聯合循環發電系統的余熱鍋爐【技術領域】以及汽輪機 驅動空分系統壓縮單元的空分系統領域，具體涉及一種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系 統。
【背景技術】
[0002] 整體煤氣化聯合循環發電技術（IGCC技術）因其高效、清潔的特點被認為是最具 發展潛力的潔凈煤技術之一。我國以燃煤發電為主的格局和未來社會對減少煤電污染排放 的現實要求，使得IGCC發電系統將在我國中遠期的燃煤發電中扮演重要的角色。
[0003] 目前IGCC面臨的發展困境主要有兩方面，一是部分技術和工藝還需要進一步優 化和完善；二是建設、運營成本高，發電成本一般為普通火電廠的2?3倍。IGCC電站主要 有五個系統組成，空分系統、汽化爐與合成氣凈化系統，燃氣輪機系統、余熱鍋爐系統、蒸汽 輪機系統。其中在整個IGCC電站中，空分系統投資費用占整個電站投資費用的15%左右， 而且空分系統是耗能最高的單元，空分系統用電占全廠廠用電的70% -85%。可見如果能 降低空分系統的投資成本，而且減少空分系統的能耗，將有效的減少IGCC電站的投資成本 并提尚提尚電站的供電效率。
[0004] 在空分系統中，空氣壓縮機和空氣增壓機作為空分系統的空氣壓縮單元，是能耗 最高的兩個設備，約占整個空分系統功耗的90%。傳統空分系統的空氣壓縮單元多用電動 機驅動，雖然裝置簡單，工作可靠，占地面積小，但是缺點也是非常明顯的。比如某250MW的 IGCC電站，配備了型號為KD0N-46000Nm3/hO2的空分系統。（1)空氣壓縮機和空氣增壓機 需單獨配備電動機，共需兩臺，每臺功率約20麗，供電電壓10KV，而且由于功率較高，需要 增加變壓變頻器啟動裝置。從而投資費用較高。（2)空分的壓縮機電機和增壓機電機屬于 連續工作的電機，在正常工作時，電機的轉速一般恒定不變，空分壓縮單元的負荷調節是僅 通過壓縮機入口的導流片的角度進行調節的，其調節范圍為75%?105%，調節范圍較小， 若繼續調節只能通過空壓機放空調節，這樣是最不經濟的調節方式。（3)由于IGCC電站的 空分系統用電為外接廠用電，所以一旦出現供電事故，將造成整個IGCC電站的生產中斷。
【發明內容】
[0005] 本實用新型的目的在于克服以上傳統IGCC電站采用電動機驅動空分系統壓縮單 元技術存在的問題，提供一種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統，最大限度的降低空分系 統的投資成本并減少空分系統的能耗，而且利于電站的冷態啟動。
[0006] 為達到以上目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0007] -種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統，包括整體煤氣化聯合循環系統中原有 的空分系統、汽化爐4、燃氣輪機系統、余熱鍋爐10和蒸汽輪機系統，還包括新增的安裝在 余熱鍋爐10的入口處的余熱鍋爐補燃裝置9和代替原有驅動空分系統壓縮單元的電動機 的小汽輪機2,所述空分系統包括增壓單元1和精餾單元3,所述燃氣輪機系統包括燃氣輪 壓氣機5、燃氣輪機系統燃燒室6、燃氣輪機系統透平7和燃氣輪機發電機8,所述蒸汽輪機 系統包括蒸汽輪機11、蒸汽輪機發電機12、凝汽器13和給水泵14 ;所述小汽輪機2的轉軸 連接增壓單元1的轉軸，增壓單元1的壓縮空氣輸出口與精餾單元3的輸入口連通，精餾單 元3的氧氣和氮氣出口與汽化爐4的輸入口連接，汽化爐4的產品合成煤氣輸出口與燃氣 輪壓氣機5輸出口一同與燃氣輪機系統燃燒室6輸入口連通，燃氣輪機系統燃燒室6的高 溫燃氣出口連接至燃氣輪機系統透平7的入口，燃氣輪機系統透平7的廢氣輸出口與余熱 鍋爐系統10輸入口連通，余熱鍋爐系統10的蒸汽輸出口依次與蒸汽輪機11的輸入口和小 汽輪機2的輸入口相連，蒸汽輪機11和小汽輪機2的乏氣輸出口通過凝汽器13依次與給 水泵14與余熱鍋爐10相連，保證蒸汽輪機系統的動力循環。
[0008] 在電站啟動時，余熱鍋爐補燃裝置9啟動，使得余熱鍋爐10產生蒸汽驅動小汽輪 機2運轉，從而使得空分系統不依靠氣化爐4和燃氣輪機系統而啟動運行。
[0009] 通過調節小汽輪機2的進口蒸汽量改變其轉速，從而調節空分系統的負荷，相對 于電動機驅動方式，空分系統負荷調節范圍更廣且節約能耗。
[0010] 本實用新型相對于空分壓縮單元電動機驅動方式的IGCC電站系統有以下優點：
[0011] 1)投資成本降低。應用本實用新型裝置需要配備一臺小型汽輪機，對余熱鍋爐增 加補燃裝置，相對于采用常規電動機驅動空分壓縮單元方式除電動機外還需要同時配備啟 動變壓器、變頻器、啟動鍋爐等設備。空分系統投資成本將節省約15%。
[0012] 2)電廠的熱力性能提高。由于小汽輪機直接用蒸汽做功，沒有電動機驅動方式 的發電機、變壓器、電力輸送等設備的電量損耗的中間過程。經計算，電站的供電效率增加 0. 47%，在低負荷工況下增加更多，如50%負荷工況，增加6. 5%
[0013] 3)電站受外接廠用電的影響小。相比于原電站，不需要高電壓、高功率的外接廠用 電，則不易出現供電事故，電站生產中斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型IGCC電站系統示意圖。
[0015] 圖2為現有某IGCC電站系統示意圖。
[0016] 圖3為余熱鍋爐補燃裝置安裝位置示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0018] 如圖1所示，本實用新型一種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統，包括整體煤氣 化聯合循環系統中原有的空分系統、汽化爐4、燃氣輪機系統、余熱鍋爐10和蒸汽輪機系 統，還包括新增的安裝在余熱鍋爐10的入口處的余熱鍋爐補燃裝置9和代替原有驅動空分 系統壓縮單元的電動機的小汽輪機2,所述空分系統包括增壓單元1和精餾單元3,所述燃 氣輪機系統包括燃氣輪壓氣機5、燃氣輪機系統燃燒室6、燃氣輪機系統透平7和燃氣輪機 發電機8,所述蒸汽輪機系統包括蒸汽輪機11、蒸汽輪機發電機12、凝汽器13和給水泵14 ; 所述小汽輪機2的轉軸連接增壓單元1的轉軸，增壓單元1的壓縮空氣輸出口與精餾單元 3的輸入口連通，精餾單元3的氧氣和氮氣出口與汽化爐4的輸入口連接，汽化爐4的產品 合成煤氣輸出口與燃氣輪壓氣機5輸出口一同與燃氣輪機系統燃燒室6輸入口連通，燃氣 輪機系統燃燒室6的高溫燃氣出口連接至燃氣輪機系統透平7的入口做功，燃氣輪機系統 透平7的廢氣輸出口與余熱鍋爐系統10輸入口連通，余熱鍋爐系統10的蒸汽輸出口依次 與蒸汽輪機11的輸入口和小汽輪機2的輸入口相連，蒸汽輪機11和小汽輪機2的乏氣輸 出口通過凝汽器13依次與給水泵14與余熱鍋爐10相連，保證蒸汽輪機系統的動力循環。
[0019] 本實用新型的工作原理為：當電站系統處于運行工況時，所述空分系統的增壓單 元1和精餾單元3用于為氣化爐4提供氧氣和氮氣產品；借助這些氣體產品，氣化爐4將煤 粉顆粒轉化為合成煤氣，并送入燃氣輪機系統燃燒室6與燃氣輪機壓氣機5輸出的壓縮空 氣混合燃燒；燃燒后的高溫煙氣驅動燃氣輪機系統透平7做功并帶動燃氣輪機發電機8發 電；燃氣輪機系統透平7排放的高溫廢氣進入余熱鍋爐10并將余熱鍋爐10中的介質水加 熱成過熱蒸汽；少部分過熱蒸汽進入小汽輪機2膨脹做功，從而帶動空分系統的壓縮單元1 轉軸轉動，其余大部分過熱蒸汽進入蒸汽輪機11膨脹做功，從而帶動蒸汽輪機發電機12發 電；做完功的乏汽進入凝汽器13,經冷凝換熱后變成水，并通過給水泵14送入余熱鍋爐10 完成部分工質的循環；
[0020] 當電站系統處于冷態啟動工況時，余熱鍋爐補燃裝置9首先啟動，使得余熱鍋爐 10在低工況下運行，從而將余熱鍋爐10中的介質水加成過程蒸汽驅動小汽輪機2轉動，帶 動空分系統的壓縮單元1運行，為空分系統的精餾單元3提供壓縮空氣，空分系統啟動完 成；然后汽化爐4、燃氣輪機系統依次啟動，當燃氣輪機系統啟動完成后，排放的高溫廢氣 供給余熱鍋爐10,此時停止余熱鍋爐補燃裝置9 ;余熱鍋爐10產生的過熱蒸汽供給蒸汽輪 機系統和小汽輪機2所需，至此電站啟動完成。
[0021] 如圖3所示，余熱鍋爐補燃裝置9安裝在余熱鍋爐10的入口處，其噴出的燃料直 接燃燒，產生高溫氣體進入余熱鍋爐10,依次通過第一高中低壓汽包16、第二高中低壓汽 包17和第三高中低壓汽包18的盤管，從而產生水蒸汽。
[0022] 下面將本實用新型提出的IGCC電站系統方案與現有某IGCC電站系統做出比較。
[0023] 一、電站系統建設的投資成本。某250MW的IGCC電站，燃氣輪機功率為170MW，蒸 汽輪機的功率為90MW，汽化爐為2000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化技術氣化爐，電站也配 備了型號為KD0N-46000Nm3/h02空氣分離系統。其空分系統的空氣壓縮單元的軸功率共 37麗，采用電動機驅動，其流程如圖2所示。電動機16驅動空分系統中增壓單元1產生壓 縮空氣，壓縮空氣被送入精餾單元3,從而得到氧氣和氮氣產品。小鍋爐15產生一定量水蒸 氣一部分供給給空分系統，另一部分為汽化爐4所用。煤粉、水蒸氣和氧氣被送入汽化爐4 反應產出合成煤氣，合成煤氣進過凈化后連同被燃氣輪機壓氣機5壓縮后的空氣進入燃氣 輪機系統燃燒室6,燃燒后的高溫煙氣驅動燃氣輪機透平做功，從而驅動燃氣輪機發電機8 發電。做功后的廢氣（540°C)被送入余熱鍋爐10,在余熱鍋爐10中，水被加熱成一定壓力 和溫度的水蒸氣，大部分水蒸氣去蒸汽輪機做功，從而帶動蒸汽輪機發電機12發電，做功 后的蒸汽乏汽經汽輪機凝汽器13冷卻后通過給水泵14被送余熱鍋爐循環使用。
[0024] 比較兩種方案的空分系統壓縮單元的投資成本如表1所示。可見采用汽輪機驅動 空分系統壓縮單元將比電動機驅動方式節省約6000萬元。
[0025] 表1兩種空分系統空氣壓縮單元驅動方式的投資成本對比
[0026]
【權利要求】
1. 一種帶補燃型余熱鍋爐的IGCC電站系統，包括整體煤氣化聯合循環系統中原有的 空分系統、汽化爐（4)、燃氣輪機系統、余熱鍋爐（10)和蒸汽輪機系統，其特征在于：還包括 新增的安裝在余熱鍋爐（10)的入口處的余熱鍋爐補燃裝置（9)和代替原有驅動空分系統 壓縮單元的電動機的小汽輪機（2)，所述空分系統包括增壓單元（1)和精餾單元（3)，所述 燃氣輪機系統包括燃氣輪壓氣機（5)、燃氣輪機系統燃燒室（6)、燃氣輪機系統透平（7)和 燃氣輪機發電機（8)，所述蒸汽輪機系統包括蒸汽輪機（11)、蒸汽輪機發電機（12)、凝汽器 (13)和給水泵（14);所述小汽輪機⑵的轉軸連接增壓單元⑴的轉軸，增壓單元⑴的 壓縮空氣輸出口與精餾單元（3)的輸入口連通，精餾單元（3)的氧氣和氮氣出口與汽化爐 (4)的輸入口連接，汽化爐（4)的產品合成煤氣輸出口與燃氣輪壓氣機（5)輸出口一同與燃 氣輪機系統燃燒室（6)輸入口連通，燃氣輪機系統燃燒室（6)的高溫燃氣出口連接至燃氣 輪機系統透平（7)的入口，燃氣輪機系統透平（7)的廢氣輸出口與余熱鍋爐系統（10)輸入 口連通，余熱鍋爐系統（10)的蒸汽輸出口依次與蒸汽輪機（11)的輸入口和小汽輪機（2) 的輸入口相連，蒸汽輪機（11)和小汽輪機（2)的乏氣輸出口通過凝汽器（13)依次與給水 泵（14)與余熱鍋爐（10)相連。
【文檔編號】F01K13/02GK204200288SQ201420675316
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】穆延非, 史紹平, 閆姝, 陳新明, 周賢, 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