[實用新型]應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發電系統

有效

• 申請號: 201320689552.9
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN203626905U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 遲金玲;趙麗鳳;王波;張士杰;肖云漢;李振
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01K11/02
• 分類號: F01K11/02;F01K17/02;F01D15/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本實用新型涉及發電及化工領域，尤其涉及一種應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發電系統。

背景技術

近幾年來，國家為了發展清潔的聯合循環發電產業，同時振興我國的重型燃氣輪機制造業，引進并建設了50多臺天然氣聯合循環機組。而我國天然氣含量較低，天然氣的供應量、價格等都存在著較大的不確定性，現有的聯合循環機組存在著停機的可能性。在已有聯合循環機組的基礎上，將其改造為以煤為原料的整體煤氣化聯合循環(Integrated?Gasification?Combined?Cycle，IGCC)電站，既符合我們的能源結構，也為聯合循環機組的利用提供了一種途徑，同時也是解決IGCC和聯產技術早期投資較大問題的途徑之一。東莞已經開展了聯合循環電站的改造工程，目前在建的120MW級IGCC電站，即是在原有的6B機組上進行改造。

新建IGCC由氣化島和動力島共同組成，兩者之間存在著復雜的物質、能量的耦合和集成。首先，為了利用高溫煤氣冷卻中的熱量，一般采用煤氣余熱鍋爐進行冷卻。新建IGCC中，煤氣余熱鍋爐與動力島中聯合循環底循環進行汽水集成，產生高壓飽和蒸汽送往底循環。其次，氣化爐、煤氣凈化等過程中需要消耗的中低壓蒸汽通常自聯合循環余熱鍋爐底循環抽取。此外，中低溫煤氣冷卻中的熱量回收也往往需與聯合循環底循環進行集成。天然氣聯合循環包含了IGCC動力島中所有的單元，一般自成一個封閉的系統，與外界無物質能量交換。將天然氣聯合循環改造為IGCC時，在前面所述及的氣化島與動力島之間復雜的汽水集成的前提下，如何保持氣化島獨立，是改造IGCC面臨的重要問題。實際上，煤制化學品，如煤制甲醇、二甲醚、乙二醇、天然氣、烯烴等煤化工行業，氣化島也是獨立存在的，同樣面臨以上的問題。

目前國內在建東莞IGCC改造項目，其獨立氣化島中煤氣余熱鍋爐給水由廠區額外配置的燃煤鍋爐供給。其所產蒸汽為約38.5bar的中壓蒸汽，主要用于滿足氣化島其他部分的工藝蒸汽需求。多余的中壓蒸汽配置了中壓蒸汽輪機用于發電。在此IGCC改造項目中，中低溫煤氣冷卻過程的熱量直接被循環冷卻水帶走。

在采用煤氣余熱鍋爐冷卻高溫煤氣的化工廠中，通常煤氣余熱鍋爐給水也是來自于廠區額外配置的燃煤鍋爐的給水。在這些化工廠中，一部分工廠采用煤氣余熱鍋爐產生中壓工藝蒸汽，滿足其他單元的蒸汽需求。另一部分工廠則主要是用于產生高壓過熱蒸汽用于發電，以為廠區提供一部分的電力。在這種工藝流程中，煤氣余熱鍋爐除了包括輻射換熱器及對流換熱器外，還需設置過熱面。煤氣余熱鍋爐的給水首先經輻射和對流換熱器加熱后成為高壓飽和蒸汽，再經過熱面過熱為高壓過熱蒸汽，而后進入汽輪機發電機組進行發電。另外，由于煤化工廠氣化島與IGCC氣化島相比，還包含煤氣的變化、脫碳、合成等單元，煤氣冷卻過程中所釋放的中低溫余熱也更多。然而，目前的煤化工廠中，這些中低溫余熱少數用于產生低壓工藝蒸汽，絕大多數直接通過循環冷卻水帶走。

通過以上對現有IGCC改造工程及煤化工廠中獨立島煤氣冷卻、中低溫煤氣利用工藝及方法的分析可以看出，雖然部分煤氣冷卻工藝中已注意到煤氣余熱的利用，但目前的工藝還存在以下的缺陷：

1)在采用煤氣余熱鍋爐對高溫煤氣進行冷卻時，多以滿足氣化島其他單元的工藝蒸汽需求為目的，煤氣余熱鍋爐產生的蒸汽參數多為中壓蒸汽。從能量梯級利用的角度，產生中壓蒸汽并未對高溫煤氣中所產生的高品位熱量進行有效的利用，從而系統的綜合能量效率較低。以東莞IGCC改造工程為例，其系統供電效率僅為30％左右。在采用煤氣余熱鍋爐產生高壓過熱蒸汽以用于發電時，高壓蒸汽進一步過熱需要在煤氣余熱鍋爐中設置過熱面。由于粗煤氣中含有灰渣等固體雜質，煤氣余熱鍋爐工作條件惡劣，設計過熱面會大大增加設備的安全隱患。在過熱面內傳熱屬于氣體與氣體之間的換熱，傳熱系數小，過熱面需要的面積會大大增加。煤氣余熱鍋爐的材料較為昂貴，從而大大增加了煤氣余熱鍋爐的造價。

2)煤氣余熱鍋爐給水通常由廠區額外配置的燃煤鍋爐提供。一方面，通過燃煤鍋爐產生熱水的方式，煤炭的能量利用率較低；另一方面，燃煤鍋爐與氣化島之間需要額外的管路連接。

3)氣化島中的中低溫熱量直接由循環冷卻水帶走的方式造成了這些能量的浪費，降低了系統的綜合能量利用率。

綜上，無論是天然氣聯合循環電站改造為IGCC電站的新建氣化島，還是煤化工氣化島，獨立氣化島產生的蒸汽如何合理高效地消納和供給，煤氣冷卻過程中的熱量如何得到更有效的利用都是亟待解決的重要問題。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題