[發(fā)明專利]用于滿足可變功率需量的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580038454.7
• 申請日: 2005-10-18
• 公開（公告）號: CN101056963A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·D·巴尼基;N·W·莫克;W·L·特拉普
• 申請（專利權(quán)）人: 伊斯曼化學(xué)公司
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉鍇;范赤

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于由合成氣產(chǎn)生有規(guī)律地變化的量的電能和化學(xué)品的方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種用于間歇地產(chǎn)生電能和化學(xué)品的方法，其中在峰值外的功率需量的階段期間關(guān)停一個或多個燃氣渦輪機，并且將供給這些渦輪機的合成氣轉(zhuǎn)向化學(xué)品的生產(chǎn)。

發(fā)明背景

電能生產(chǎn)和分布網(wǎng)絡(luò)通常可以特別在于需要對隨時間變化的功率需量模式作出反應(yīng)。這種需求模式通常要每天、每周和甚至每年階段循環(huán)地升高和降低，其中變化的精確程度在各個地區(qū)是截然不同的。最大負荷下產(chǎn)生的電能值經(jīng)常可以是峰值外產(chǎn)生的兩倍或更高倍。對于電力公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本負荷和最大負荷設(shè)施來說不尋常的是使用不同技術(shù)和或燃料。

為了使經(jīng)濟潛力最大化，當(dāng)體系負載系數(shù)隨時間變化時，在單元的給定網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)各種電能產(chǎn)生單元經(jīng)常以最低邊際成本的要求被分派、即被指派可變的負載系數(shù)。以分派模式操作產(chǎn)生單元的網(wǎng)絡(luò)能使生產(chǎn)者使整個體系的生產(chǎn)成本最小化。最有價值的產(chǎn)生單元為具有低邊際成本和顯著地、快速地改變?nèi)萘肯禂?shù)的能力且不具有實質(zhì)的成本損失的那些。

本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的是，現(xiàn)有的常規(guī)電力產(chǎn)生工廠經(jīng)常利用天然氣、燃料油、和烴液體作為用于產(chǎn)生電力的能量源。熱動力學(xué)上最有效的現(xiàn)代發(fā)電廠將高溫燃燒產(chǎn)生的渦輪機(Brayton)循環(huán)與較低溫度水/蒸汽產(chǎn)生的渦輪機(Carnot)循環(huán)結(jié)合。當(dāng)將燃燒和蒸汽渦輪機設(shè)計用于頻繁開關(guān)操作時，這種所謂的結(jié)合型循環(huán)工廠特別適用于分派模式的循環(huán)發(fā)電。烴燃料和油料為液體且在峰值外或不發(fā)電的階段期間是容易儲存的。替換地對于天然氣來說，現(xiàn)有的且大量的長范圍分布和管線系統(tǒng)提供了用于滿足需量變化的蓄積。

但是，這些燃料，其對于在峰值需量階段期間提供增加的電能來說是特別有吸引力的，不再是如它們過去那樣的便宜和這種充分的供給。現(xiàn)在，由于原油、精制石油產(chǎn)品和天然氣的高成本，以及來源的不可靠性和這些燃料的有限儲量，因此探索不同的能源和開發(fā)用于有效利用全部能量源的新技術(shù)已變?yōu)楸匾摹?/p>

煤和其它碳質(zhì)燃料(例如石油焦、生物物質(zhì)、紙漿廢料)非常豐富且相對便宜，并且對于研究作為發(fā)電的主要能量源的領(lǐng)域來說是合理的材料。煤，用于產(chǎn)生電能和機械能的熱量的主要原料，最初由于處理、運輸和儲存中涉及的問題和由于其可以產(chǎn)生環(huán)境與其它排放控制問題的灰分、硫與其它雜質(zhì)的含量而失去了關(guān)注。但是現(xiàn)在，由于其較低的成本和更可靠的國內(nèi)供給，煤又得到關(guān)注，并且正在研究更有效的和更清潔的利用方式。

煤經(jīng)常與空氣一起燃燒并且利用產(chǎn)生的熱量形成在渦輪機中被膨脹的高壓蒸汽，由此產(chǎn)生機械或電能。電力工業(yè)已開發(fā)出多種范圍的、高效的可以通過膨脹蒸汽驅(qū)動的發(fā)電機。但是，煤燃燒的蒸汽發(fā)電機不是非常適用于提供顯著變化量的電力，而是經(jīng)常設(shè)計用于更多的基礎(chǔ)(即基本上恒定的)負荷。煤燃燒器也不適用于中斷的需求。通常，它們由于較低的燃料成本而優(yōu)選用于基礎(chǔ)負荷操作。

如上所述，煤和其它固體碳質(zhì)材料進一步含有大量的硫化合物，其燃燒產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問題。由于在這些含硫的煤的燃燒中產(chǎn)生了大量的低壓氣體，燃燒之后除去污染性硫化物如SO₂和SO₃是昂貴的。這些和其它問題由此刺激了對于將產(chǎn)生清潔燃料氣的煤氣化工藝的研究，其中在燃燒之前已從燃料中除去了硫化合物。

煤和其它固體碳質(zhì)材料可以被氣化，將獲得的氣化產(chǎn)物(合成氣)清潔并且用于以混合循環(huán)操作方式發(fā)電。所謂的集成氣化混合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠由燃料(經(jīng)常為煤或pet?coke)氣化段和混合循環(huán)能源段。這種混合循環(huán)基本上等同于利用天然氣燃料時所用的循環(huán)。但是，合成氣的生成更復(fù)雜且從天然氣管線中取出。使用IGCC時，固體研磨與制備、氣化、灰分處理、氣體冷卻、和脫硫步驟是投資昂貴的，且難以和代價高地經(jīng)常關(guān)停和啟動。將它們設(shè)計以采用有限的關(guān)閉容量來連續(xù)操作，并且本質(zhì)上有利于基本上連續(xù)的基礎(chǔ)負荷操作。即使氣化段可以如基于管線的天然氣那樣容易地關(guān)停，汽化器段的空轉(zhuǎn)和隨后在資產(chǎn)的利用下導(dǎo)致對于能源產(chǎn)生的禁止性經(jīng)濟懲罰。由此，存在混合循環(huán)段的可變能量產(chǎn)生能力與氣化段的所需基礎(chǔ)負荷操作之間的不匹配。IGCC在本領(lǐng)域中被認為是基礎(chǔ)負荷單元，但是不具有派遣中間負荷系數(shù)的能力。