[发明专利]用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气方法及系统，属于电力发电技术领域。

背景技术

整体气化联合循环(IGCC)发电设施是将固体或液体燃料转化为可供燃烧的合成气(Syngas)、再利用合成气在燃气-蒸汽联合循环系统发电产生功率的装置。IGCC发电设施可包括气化岛和动力岛两大部分。气化岛的作用包括制取粗合成气、回收高温粗合成气的热量以产生水蒸汽、对粗合成气进行除尘和净化处理，然后对净化后的清洁合成气进行预热。动力岛的作用是接收来自气化岛的清洁合成气并利用燃气-蒸汽联合循环系统发电产生功率。动力岛通常可包括一个或多个燃气轮机装置和热回收蒸汽发生器(HRSG)、蒸汽轮机装置、凝汽器以及冷却塔。

在IGCC发电设施中，动力岛中的燃气轮机装置和蒸汽轮机装置都可发电产生动力。根据IGCC发电设施的系统能量平衡分析，向燃气轮机装置和蒸汽轮机装置所输入能量的比值可影响IGCC发电设施的整体效率。提高输入燃气轮机装置能量与输入蒸汽轮机装置能量的比值，IGCC发电设施可获得更高的整体效率。根据燃气轮机装置能量平衡分析，燃气轮机装置主要接收来自气化岛的清洁合成气以产生功率。提高清洁合成气携带的能量是增加输入燃气轮机装置能量的最重要方式，其对提高IGCC发电设施的整体效率具有重要意义。

进入燃气轮机装置的清洁合成气所具有的能量可分为两部分：一部分为合成气具有的化学能，这部分能量通过合成气在燃气轮机燃烧器中的燃烧而释放；另一部分为合成气的物理显热，合成气温度越高，其具有的物理显热越多。为提高清洁合成气携带的物理显热，可对清洁合成气进行预热以提高其进入燃气轮机装置时的温度，利于提高IGCC发电设施的整体效率。

目前采用的两种对清洁合成气进行预热的方法如下：

方法一采用高温粗合成气预热清洁合成气。IGCC发电设施气化岛产生的粗合成气首先经过辐射冷却器和对流冷却器进行初步降温，随后经过粗合成气-清洁合成气换热器，在其中粗合成气的热量传递给清洁合成气。经过以上过程，粗合成气的温度进一步降低，粗合成气随后进入除尘净化单元并最终得到清洁合成气。被粗合成气加热的清洁合成气温度升高，随后进入燃气轮机装置以产生功率。

但该方法的不足之处是采用高温粗合成气预热清洁合成气时，IGCC发电设施运行的安全性降低，其原因是粗合成气-清洁合成气换热器容易发生腐蚀故障，会使未经脱硫的粗合成气混入清洁合成气从而进到燃气轮机装置中，最终导致燃气轮机装置透平发生高温硫化腐蚀问题。

方法二采用IGCC发电设施的高温水或者水蒸汽加热清洁合成气。气化岛制取的粗合成气经过辐射冷却器和对流冷却器时，可在辐射冷却器和对流冷却器内加热给水并产生高温高压的水蒸汽，这些水蒸汽除了被直接送往HRSG的换热器之外，其中一部分水蒸汽可先进入清洁合成气加热器以预热清洁合成气，然后再被送往HRSG的换热器。加热后的清洁合成气温度升高并被送入燃气轮机装置的燃烧室。在IGCC发电设施中，辐射冷却器和对流冷却器所产生的高温高压水蒸汽可送往蒸汽轮机装置中发电产生功率，以上所述方法存在不足之处，即当采用高温水或者水蒸汽预热清洁合成气时，由于高温水或者水蒸汽的温度在经过清洁合成气换热器后显著降低，因此其携带进入HRSG换热器和蒸汽轮机装置中的能量减少，这会导致蒸汽轮机发电量、IGCC发电设施总发电量的降低，同时造成IGCC发电设施的整体效率下降。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有清洁合成气预热方法中存在的不足，提供一种用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气方法，该方法能够利用现有空气分离机构中压缩氧气产生的热量来预热清洁合成气，节约了能源；而且避免了粗合成气混入清洁合成气造成燃气轮机装置透平的高温硫化腐蚀，同时还避免传统方法因高温水或者水蒸汽参数降低造成IGCC发电设施性能的降低。

本发明的目的之二是为了提供一种用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，该系统配置合理，能够有效提高IGCC发电性能。

本发明的目的之一可以通过以下技术方案实现：

用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气方法，其特征在于：

1）设置改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气装置，该预热清洁合成气装置设置在IGCC发电设施中的空气分离机构，利用空气分离机构的氧气增压单元将IGCC发电设施中空气分离机构产生的氧气压缩形成高温高压氧气，预热清洁合成气装置包括换热器，将氧气增压单元产生的高温高压氧气通过管道输送至换热器；