整体煤气化联合循环(IGCC)损分布结构研究 整体煤气化联合循环(IGCC)损分布结构研究

整体煤气化联合循环(IGCC)损分布结构研究

  • 期刊名字:工程热物理学报
  • 文件大小:190kb
  • 论文作者:刘泽龙,金红光,林汝谋
  • 作者单位:中国科学院工程热物理研究所
  • 更新时间:2020-07-12
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论文简介

第21卷第6期工程热物理学报Vol.21, No.62000年11月JOURNAL OF EXGINEERING THERMOPHYSICSNov., 2000整体煤气化联合循环(IGCC)拥损分布结构研究刘泽龙金红光林汝谋(中国科学院工程热物理研究所,北京 100080 )摘要整体煤气化联 合循环是一种先进的洁净煤发电技术.本文应用烟分析方法,研究IGCC中七个子系统(空分、气化、净化、压气机、燃烧室、透平、余热锅炉及汽机}的烟损失分布,指出系统中最大棚损失过程为煤气化、燃气轮机燃烧和空分过程,同时,揭示了系统随不同空气整体化和氮气回注的规律。这些研究可以指导下一代IGCC系统的改进,关键词IGCC; 拥分析;棚损失分布;整体化中图分类号: TK472文献标识码: A文章编号: 0253 231X(2000)060677-031前言整体煤气化联合循环IGCC)技术是一种备受关注的先进洁净煤发电技术。如何将其各子系统有机的联合,即通过系统的综合和优化,以获得最优的总系统,是IGCC系统设计中的一个关键。对此国内外已经开展了许多工作[1-31,多是从热力学第定律 的观点出发,其优化的目标是系统热效率的极大值。文献[4-6] 应用炯分析方法研究IGCC系统,但多侧重于有关特殊流程的研究。本文的重点是研究IGCC在不同的设计条件下的拥损分布结构模型,以探讨集成子系统的热力学完善程度和改进潜力。2IGCC能量转换利用系统流程与概念图1为IGCC系统的流程示意图,煤高压蒸汽rwm煤|余热锅炉,首先在气化炉中气化产生可燃的煤气;煤气的显热在净化系统中转化,燃气轮气化净化机口机排气在HRSG中传递转化,产生高温净煤气废锅给木高压蒸汽,空气在空分系统中经深冷分氧气凤气离产生氧气和氮气;净煤气在燃气轮机空分燃烧室燃烧室中燃烧,产生高温燃气;燃气透空气平中燃气工质热能转换为有效功输出和中国煤化工蒸汽透平中蒸汽工质热能转换为有效功输出,IGCC系统整体化概念为空气侧MHECNMHG与蒸气侧一体化。图1IGCC系统流程示意图收稿日期: 2000-05- 15;修订日期:2000-08-08基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.59925615) 及国家重点基础研究计划(No.G1999022302)作者简介:油泽龙(1965-),男,黑龙江人,中国科学院工程热物理所助理研究员,硕土,主要从事能源动力总能系统的研究.678工程热物星学报21着3 IGCC 系统炯损模型和基本假设3.1炯的计算公式固体燃料,Ef= Qr(1.0064 + 0.1519H/C t 0.006160/C + 0.0429N/C)(1)其中,C、H、O、N为无水固体燃料中的碳,氢,氧,氮的质量成份,混合气体燃料或燃气,E'm= Eph,m + Ech, m(2)其中,Eph,m 和Ech, m为相对于完全平衡状态系统的物理烟和化学佣,3.2基本假设本文实例研究为典型商业等级IGCC发电系统的七个过程的佣损失: 1) 煤气化过程: 2) 煤气净化过程: 3) 燃气轮机压气机; 4) 燃气轮机燃烧空; 5) 燃气轮机透平;6)余热锅炉与蒸汽轮机过程; 7) 空气分离过程,4结果分析典型IGCC系统拥损失分布如图2所示,IGCC 空气分离半性体化。空分系统的氮气全部回注燃气轮机燃烧室。此时IGCC的低净化5气机位热效率在45%左右,发电功率在400 MW。从器32选绕室图中看出,拥损失率从大到小依次为燃烧室、气32%化、透平,空分,余热锅炉,净化。压气机。图3为独立空分下子系统堋损失分布随氮气空分国注变化规律。从图中可以看出,独立室分下,11%主要的烟损失仍然是气化和燃烧室。当氮气回注小,洁净气化煤气的热值较高,透平的流量小,冷气化却主要依靠空气冷却,因而透平的烟损失较人:26%当氮气大量回注,流过透平的燃气流量大,有大图2丰整体化组气全邮同注相损失分布量氮气成份,诱平冷却用空气挣混量较少,因而拥损相应减小,图4为完全整体化下各子系统堋损失分布随氮气网注变化规律。从图中可以看由,IGCC完全整体化下,并8无论氮气回注多少,透平的圳损失比例都较小,原因是在完全整体化下,由于空分的所用空气全部从压气机出口抽取,因血在整个遇平的质0.391--气化一←净化一5气机一燃烧室0.40-燃烧宣035←透平→←余热锅护+审分◆_◆0.30).300.25现0.25 ;第0.20收0.15.中国煤化工0.10.:1114+MHCNMHGiE0.050.05 10.000.0 0.2 0.4 06 0.8 1.0000+000294060.x1.0氮气同注(独市空分)氢气回i (腔体化)图3子系统烟榀失分布变化规律阳4完全整体化时各 了系统娟损失分布变化规律6期刘泽龙等整体煤气化联合循环(IGCO)佣损分布结构研究679量流量中,冷却空气的比例相应减小。同化一小气机一叁烧室时随氮气回注的增加,透平的拥损失率减透平一↓余热锅炉一 ,空分效率小,燃烧室的拥损失率增加。0.60.480.510.44图5为不同整体化程度对各子系统i 0.40讲0.3610.32拥损失分布的影响。从图中可以看出,随0.3空分整体化程度的提高,透平的炯损失率减小,燃烧室的烟损失率增加,其余拥损0.10.0J0.00失率基本变化很小。0.2 0.4 0.6 0.8 1.0整体化程度5结论本文工作指出IGCC系统的主要能图5整体化程度对各子系统烟损失分布的影响量品位损失所在,为改进系统提供理论依据和努力方向,即通过系统综合和从热力学的观点开发新的工艺过程,改进燃气轮机燃烧过程、煤气化过程和空气分离过程的内部不可逆性,将全面提高IGCC系统的性能,实现IGCC发电系统在能源利用和改善煤污染上的新突破。参考文献川刘泽龙,林汝谋IGCC 空气侧整体综合优化的研究,工程热物理学报,1998, 19(6)[2] A K Anand, CS Cook, J C Corman et al. New Technology Trends for Improved IGCC SystemPerformance. J. of Engineering for Gas Turbine and Power, 1996, 118(4)[3] CS Cook, J C Corman, D M Tood. System Evaluation and LBTU Fuel Combustion Studies for IGCCPower Generation. J. of Engineering for Gas Turbines and Power, 117(3)4] M Ishida, H Jin, M Yamamoto. Graphica] Exergy Analysis of an IGCO System with Hot Gas CleanupProcess. Second Law Analysis of Energy System: Towards the 21-st Centure, ISBN 8-8662-00-9[5] R L Corelissen, G G Hirs. Exergy Analysis of Cryogenic Air Separation. Energy Convers. Mgnt,1998, 39(16- 18); 1821- 1826[6) Marie Anheden, Gunnar Svedberg. Exergy Analysis of Chemnical Looping Combustion Systems. Energ:Convers. Mgnt, 1998, 39(16- 18): 1967- L980STUDY ON EXERGY DESTRUCTION DISTRIBUTIONOF THE IGCC SYSTEMLIU Zelong JIN Hongguang LIN Rumou(Institute of Engineering Thermophysics, Academy Sinica, Bejing 100080, China)A bstractIntegrated Gasification Combined Cycle is considered as one of the advancedclean coal power technologies. Here, we have investigated an IGCC on the basis of exergyanalysis, and clarified the distribution of exergy destruction in sub-systems including airseparation unit, coal gasifier: coal gas clean-u中国煤化工bustor of gas turbine,gas turbine, heat recovery steam generationYHC N M H Gstudy also points outthat larger exergy destruction take place in the processes of gasification, combustion in GT.and air separation, and So does the change of exergy destruction distribution with the airintegration degree and the nitrogen injection ratio. This investigation will be valuable forthe synthesis of next generation IGCC.Key words IGCC; exergy analysis; exergy destruction distribution; integration

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