[其他]煤气化装置和具有空气放气及蒸气注入的联合循环系统的综合设备

说明书

一套联合循环系统与煤气化工厂结合在一起的综合系统，该系统将从燃气轮机的空气压缩机放出的部分压缩空气供应与煤气化工厂有关的制氧工厂，从燃气轮机的涡轮部分排出的高温排气被利用来在回热式蒸汽发生器中产生蒸汽，该水蒸气驱动一个蒸汽涡轮以产生附加的机械功率输出，为了平衡被放掉的压缩空气，蒸汽涡轮使用后的水蒸汽被注入燃汽轮机的燃烧室，由燃汽轮机的涡轮部分及回热式蒸汽发生器加以利用。利用本发明使得可以采用非冷凝式蒸汽涡轮系统。

本发明是关于能量转换的装置，具体地讲是关于一套燃气-蒸汽涡轮系统的联合循环与煤的气化装置组合在一起的综合设备。

在发电装置中经常采用的燃气轮机，其主要优点是它的起动和关车过程非常迅速。例如一个燃气轮机从静止状态起动加速到全载荷状态或从全载荷状态减速到停车状态只需要几分钟的时间。燃气轮机能快速起动及关车所提供的简便性是和那种长期（例如好几年）而经济地工作的大的作基本负荷运行的蒸汽涡轮的特性是正相反的，这种大的作基本负荷运行的蒸汽涡轮其起动及关车过程相对地就慢而复杂。虽然燃气涡轮在起动、关车方面是很灵活的，但它的热效率不高，原因是燃料在燃气轮机燃烧所产生的热量中相当大一部分在排气中排走了而没有被利用。例如通常民用的燃气轮机其排气温度高达1030华氏度。在一般情况下，燃气涡轮发生器的热效率约为31%，相反一套作基本负荷运行用的蒸汽涡轮动力装置的热效率大约为38%这样的量级。这个效率上的差别决定了用于电网发电的燃气轮机通常是相对的短时间工作的，主要是当作基本负荷运行的发电动力装置在电负荷高峰期间不能满足电网的能量需要时作为一种相对较贵的峰期发电辅机而起动起来，一旦峰期过去燃机就关车。

联合循环系统采用了某种技术措施以回收燃气轮机排气中的可用有效能量使进一步利用有的联合循环系统采用了一个回热式蒸汽发生器，这个蒸汽发生器利用燃气轮机排气中的余热来加热并生产蒸汽，接着蒸汽就可以在使用过程中被利用，例如在蒸汽涡轮中利用这些蒸汽。一个采用了具有高压蒸汽涡轮后接一个中压蒸汽涡轮的回热式蒸汽发生器的联合循环系统，其热效率可高达约46%。

燃气轮机必需采用纯净的燃料例如液态或气态碳氢燃料，但这些液态或气态碳氢燃料已日益变得稀缺而昂贵。虽然我们在能源方面有大量的煤可供使用，但由于直接使用煤时会有未燃尽的碳、灰及其它杂质存在，所以煤在燃气轮机中直接应用是不行的。可以采用煤的气化技术来转换煤中的相当大部分的碳氢物质为干净的低热值或中热值气体燃料，这些低或中热值的气体燃料是适宜用于燃气轮机的。较好的煤气化过程采用制氧工厂以生产纯氧。在煤气化工厂中使用氧气而不使用空气就能避免在生产出来的煤的气体燃料中含有氮气。这些氮气不仅会减少煤气化燃料的热值，而且会导致各种氮氧化物污染物质的生成。在清理并处理掉颗粒物质及污染物质之后，这些煤气化燃料就可以用于燃气轮机中了。

一个煤的气化工厂可以和联合循环合在一起而形成一个综合工厂，在那里由煤气化工厂生产出来的燃料气体直接供给联合循环系统，它可以连续供给并即刻烧掉也可以把这气态燃料储存起来以后再在联合循环系统中烧掉。连续供给燃料气体并立即烧掉可以在热效率方面取得好处，例如至少可以利用煤气化过程中的废热能量的一部分来预热供入到燃气轮机中的燃料气体。

对于了解这方面技术的专家来说这是很明显的要在联合循环系统中得到热效率方面的提高必需在增加投资上付出代价。在联合循环耗资上的主要环节是冷凝器及冷却塔，而为了冷凝由蒸汽涡轮出来的使用后的蒸汽这些设备通常是必需的，虽然可以采用非冷凝式蒸汽循环，但这样的循环，其效率是相对的低的，因为它需要把大量经过蒸汽涡轮的用过的蒸汽排走以便再循环那些在用过的蒸汽中所含的水。排走这些蒸汽就一起排走了大量的未曾被利用的热能，这就显著地降低了热效率。

相应地说本发明的一个目的的：要提供一套联合循环系统与气体工厂合在一起的综合系统而这套系统能克服以往所采用技术的缺点。