IGCC整体煤气化联合循环

第45卷第4期汽轮机技术Vol.45 No.42003年8月.TURBINE TECHNOLOGYAug, 2003IGCC整体煤气化联合循环柴伟东',韩万金',林公舒2(1哈尔滨工业大学,哈尔滨150001; 2哈尔滨汽轮机厂有限责任公司哈尔滨150046)摘要:论述ICCC总体设计及主要指导思想，提出在IGCC社设计中应该重点考虑蒸汽系统的优化。关键词1CC;总体设计;余热锅炉;汽轮机分类号:TKI4文献标识码:A文章编号:1001 5884{2003 )04-0196-02Integrated Coal Gasification Combined CycleCHAI Wei-dong' , HAN Wan-jn' , IIN CGong-shu2(1 Harbin Instiute of Technobogy, Harbin 15001 ,China; 2 Harbin Tubine Company Limited, Harbin 150046, China)Abstract:ICCC Integrated design and main guide for general design project is discussed. For IGCC design it emphasizeasteam system optimum.Key words :IGCC; integrated design; HRSG; steam turbine从大型化和商业化的发展进程看,目前更多的资金是投0前言在ICCC上。现在,美国、德国、日本、英国、荷兰、瑞典、意大整体煤气化联合循环( Integrated Coal Gasificarion Com-利芬兰以及印度等国都加入到IGCC的开发行列,取得重大binedCycle简称ICCC)是把高效的联合循环总能系统和洁进展,已达到大型商业化验证阶段。目前全世界正在建设或计划建设的ICCC工程有24项，总功率8200MW。但我国对净的燃煤技术结合起来的先进的发电系统为当今世界能源ICCC 项目还停留在研究阶段。随着国家“九五”科技攻关计关注的一一个热点。它将逐步取代现有的汽轮机电站,成为火划项目“整体煤气化联合循环关键项目”的建立和完成,一系电动力的主要发展方向。ICCC发电系统为多种高技术的集成，它包括:先进的煤列重大基础研究课题及示范工程正在规划和实施中。气化技术高温净化技术高性能的燃气轮机、匹配协调的余1 ICCC 总体设计原则.热锅炉和汽轮机以及系统-体化技术等。ICCC首先是将煤在汽化炉中进行气化产生煤气,然后经过净化处理后通到燃在ICCC总体设计中应该采用系统工程的方法,综合研气轮机的燃烧室中燃烧,经燃气轮机作功后再排入余热锅炉究系统中的能量传递、转换和利用的全部过程,按照能量品中产生蒸汽供给汽轮机作功。简单系统如图1所示。位的高低,安排好功、热和物料内能等各种能量之间的配合气化四卤一国关系和转换使用。在热力系统整体上,按总能系统概念进行匹配优化,安排好不同品位能的合理利用,以取得最佳的系统整体性能，而不是追求提高单-一生 产设备的能源利用率等个别性能指标。首先,ICCC总体设计的任务就是从装置的总体出发使毒t GT设计满足用户或上一级总体设计者的要求。与总体相对应tcy的是部件,总体是由部件组成的，但它又不是机械的组合。如果说第n个部件在设计时有n个要决定的变量,则总体就HRSC有N= En(i=1,m)个变量(m为部件的个数) ,每个部件七ST-的设计都要确定它的n个设计变量,使它的性能满足总体的要求，但部件性能的最优选择并不等于总体性能的最优。区卢上因此,总体设计时不能只满足于用有限的最佳性能方案的组图1 ICCC 原则性系统图合来谋求总体的最优设计方案，而要将n;个变量统- -考虑以求装置的最优。但在ICCC总体设计中目前还达不到或较ST--汽轮机;y- -压气机;R-燃烧室;GT -燃气透平;HRSC一余热锅炉;KF-空分装置;A- -除尘装置:S-除硫装置难达到这种优化选择。IGCC总体设计是在部件外特性基础上进行的。部件的收稿日期:2003403-25作者简介:柴伟东(1967-) ,男,高级工程师.哈尔滨工业大学在读工程硕士。第4期柴伟东等:IGCC整体煤气化联合循环外特性:是总体和部件接口的参数,包括热力、結构、系统等。.3 与总体设计有关热力参数总体确定了,相应的外特性就是部件设计中技术条件的主要总体设计就是规定总体需要的参数,我们仅从热力角度部分。总体设计不能脱离部件本身的规律和水平,但在部件说明1CCC设计中几个关键参数。的具体设计时常常会对总体提出一些修改和补充,从而改变1.3.1 燃气轮机效率了总体参数。包括燃料气的燃烧化学热值与显热两部分,设计时要使总的来说,部件要服从总休设计,总体和部件的关系不它和烧天然气时的燃料燃烧化学热值与显热之和相等作为能颠倒,为了给部件的设计提供方便而超过了总体的设计要初值,但实际的效率值与燃用天然气时不同。若在ICCC系求将造成总体设计上的重大缺陷。但不同部件它的设计在统应用时要经-一系列修正。进排气压损变化引起的功率、效总体设计中的强弱不同。比如，在-般粉煤电站的设计中，率和透平排气温度的修正;烧低热值煤气引起燃料量变化与总体的基本性能是由主要部件汽轮机,锅炉来决定的,这就不同空分系统和不同N2回注量引起的燃气热物性、设计点是总体设计中的“强“项。-一个工程设计时首先要判断该工工况等修正。为了进行这些修正计算,先要根据已知参数，程总体的“强弱”的基础上把好总体设计的程序关。如果是推算各主要部件在燃用燃气时的性能,并假定部件效率维持“强”的,原则上就应该首先做总体设计再向部件提出它的设不变。计技术条件。ICCC中最影响性能的部件是燃气轮机,不可1.3.2余热锅炉和汽轮机的效率能脱离燃气轮机的基本水平而由总体决定它的参数,而只能在ICCC联合循环中汽轮机给水温度参数点(汽轮机装以燃气轮机为基础组成总体。从这个意义上说，它还不够置的给水出口端也即锅炉给水的人口端)不位于汽轮机装置“强",但由于它在系统上:的复杂性和多样性,汽轮机、余热锅部件的界面上，而是位于余热锅炉中,属于循环总体的参数，炉净化器、空分装置等等目前还有相当大的活动余地,故总因此热耗的计算不能按 习惯以给水温度参数点作为基础,为体上:仍然存在自由度很大的系统方案选择问题。了便于考核汽轮机的热耗，用冷凝器的冷凝水出口(或冷凝1.1总体设计的基础水泵出口)参数作为冷端参数。总体设计的第一步是划分部件,总体中的部件与一般概在选定燃气轮机机型后,蒸汽系统是影响ICCC性能的念的部件不完全相同,汽轮机在-般概念中可以是一一个部最重要因素之-,系统优化的重点是充分回收各系统的余件,但在ICC联合循环总体中就不是一-个独 立的一-级部件。热,废热(燃气轮机排气余热产生蒸汽,还有煤气炉和煤气冷对于IGCC总体,整个热力系统应分为两个部分:气化岛却、净化系统中各种热能可利用来产生蒸汽)。和动力岛。气化岛部分可分为3个子部件,汽化炉本体、净这个子系统需要进行优化设计,在燃气排气温度和余热化器和空分装置:动力岛部分又可分为2个子部件,燃气轮锅炉排烟温度确定之后,蒸汽系统形式和蒸汽参数的选择还机和燕汽系统(余热锅炉和汽轮机分别为蒸汽系统的子部有优化的余地。它主要要考虑余热锅炉的受热面布置形式、件)余热锅炉与汽轮机应首先参加蒸汽系统的优化设计,决换热元件形式(端差)、余热锅炉的金属消耗量汽轮机的结定蒸汽参数后在分别进行本部件的设计。构形式及其系列化设计的模块。在蒸汽系统优化设计中将决定燕汽系统的形式(如单对燃机采用CE公司的9FA,进行蒸汽系统一体化设计。压双压、是否再热等)和新蒸汽参数(如温度、压力、流量当采用三压再热系统时汽轮机功率为175.82MW;采用双压等),因此,汽轮机的参数应在这个子系统的优化设计中选再热系统时,功率为173.64MW。计算结果表明,1CCC采用定。装置效率取决于气化炉、燃气轮机和汽轮机的效率,气三压系统并不比双压系统好多少,但它的系统却复杂许多，化炉效率对总体产生正比的影响;燃气轮机与汽轮机效率则这是由于ICCC中蒸汽系统不但要回收燃气轮机排气的余热,而且要尽址回收煤气净化,冷却系统中排气潜热,低温段通过加权系数产生正比的影响。蒸汽和热水比较富裕。所以，在实际优化设计中,要综合考气化炉和燃气轮机在按现实的先进设备原则选用时它虑,即在满足技术可行性、可靠性等的前提下,ICCC最优化的效率值基本已确定,因此只能考愿余热锅炉和汽轮机的优为整体效率与投资的折中。化设计。1.2设计的主要指导思想2结论(1)关键设备采用国外先进技术,其它设备立足于国内开发生产。研制ICCC是-项投资大、难点多、涉及面广、开(1)提出IGCC总体设计原则,对部件进行了划分。部发周期长的系统工程,国外工业先进国家开发出许多有使用件设计要服从总体设计,但在部件的具体设计时也会对总体价值的技术，我们应以最小的代价获得关键技术,缩短我国提出一-些修改和补充，从而改变了总体参数;再对总体重新1CCC达到商业应用的过程。设计后,对部件提出新的要求。(2)功率等级(2) ICCC中最影响性能的部件是燃气轮机,不可能脱在ICCC中,由于燃气轮机总是处于变工况运行,追求圖离燃气轮机的基本水平而由总体总体决定它的参数，而只能整的功率是没有实际意义的。在方案设计时，先应选择合适以燃气轮机为基础组成总体。在选定燃气轮机机型后,蒸汽的燃气轮机机型，以其性能参数为基准,经系统匹配优化得系统是影响ICCC性能的最重要因素之一。出总的输出功率作为额定功率。(3)经过理论分析和实例认为在蒸汽- -体 化设计中,采(3)方案设计时要全面权衡效率、环保性能、经济性、先用三压系统并不比双压系统好多少,但它的系统却复杂。所进性和可靠性等,在满足技术可行性.可靠性等的前提下，以,在实际优化设计中,要综合考虑即在满足技术可行性、IGCC最优化为整体效率与投资的折中。可靠性等的前提下,GCC最优化为整体效率与投资的折中。