[发明专利]应用于独立气化岛的饱和蒸汽轮机发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电及化工领域，尤其涉及一种应用于独立气化岛的饱和蒸汽轮机发电系统。

背景技术

近几年来，国家为了发展清洁的联合循环发电产业，同时振兴我国的重型燃气轮机制造业，引进并建设了50多台天然气联合循环机组。而我国天然气含量较低，天然气的供应量、价格等都存在着较大的不确定性，现有的联合循环机组存在着停机的可能性。在已有联合循环机组的基础上，将其改造为以煤为原料的整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)电站，既符合我们的能源结构，也为联合循环机组的利用提供了一种途径，同时也是解决IGCC和联产技术早期投资较大问题的途径之一。东莞已经开展了联合循环电站的改造工程，目前在建的120MW级IGCC电站，即是在原有的6B机组上进行改造。

新建IGCC由气化岛和动力岛共同组成，两者之间存在着复杂的物质、能量的耦合和集成。首先，为了利用高温煤气冷却中的热量，一般采用煤气余热锅炉进行冷却。新建IGCC中，煤气余热锅炉与动力岛中联合循环底循环进行汽水集成，产生高压饱和蒸汽送往底循环。其次，气化炉、煤气净化等过程中需要消耗的中低压蒸汽通常自联合循环余热锅炉底循环抽取。此外，中低温煤气冷却中的热量回收也往往需与联合循环底循环进行集成。天然气联合循环包含了IGCC动力岛中所有的单元，一般自成一个封闭的系统，与外界无物质能量交换。将天然气联合循环改造为IGCC时，在前面所述及的气化岛与动力岛之间复杂的汽水集成的前提下，如何保持气化岛独立，是改造IGCC面临的重要问题。实际上，煤制化学品，如煤制甲醇、二甲醚、乙二醇、天然气、烯烃等煤化工行业，气化岛也是独立存在的，同样面临以上的问题。

目前国内在建东莞IGCC改造项目，其独立气化岛中煤气余热锅炉给水由厂区额外配置的燃煤锅炉供给。其所产蒸汽为约38.5bar的中压蒸汽，主要用于满足气化岛其他部分的工艺蒸汽需求。多余的中压蒸汽配置了中压蒸汽轮机用于发电。在此IGCC改造项目中，中低温煤气冷却过程的热量直接被循环冷却水带走。

在采用煤气余热锅炉冷却高温煤气的化工厂中，通常煤气余热锅炉给水也是来自于厂区额外配置的燃煤锅炉的给水。在这些化工厂中，一部分工厂采用煤气余热锅炉产生中压工艺蒸汽，满足其他单元的蒸汽需求。另一部分工厂则主要是用于产生高压过热蒸汽用于发电，以为厂区提供一部分的电力。在这种工艺流程中，煤气余热锅炉除了包括辐射换热器及对流换热器外，还需设置过热面。煤气余热锅炉的给水首先经辐射和对流换热器加热后成为高压饱和蒸汽，再经过热面过热为高压过热蒸汽，而后进入汽轮机发电机组进行发电。另外，由于煤化工厂气化岛与IGCC气化岛相比，还包含煤气的变化、脱碳、合成等单元，煤气冷却过程中所释放的中低温余热也更多。然而，目前的煤化工厂中，这些中低温余热少数用于产生低压工艺蒸汽，绝大多数直接通过循环冷却水带走。

通过以上对现有IGCC改造工程及煤化工厂中独立岛煤气冷却、中低温煤气利用工艺及方法的分析可以看出，虽然部分煤气冷却工艺中已注意到煤气余热的利用，但目前的工艺还存在以下的缺陷：

1)在采用煤气余热锅炉对高温煤气进行冷却时，多以满足气化岛其他单元的工艺蒸汽需求为目的，煤气余热锅炉产生的蒸汽参数多为中压蒸汽。从能量梯级利用的角度，产生中压蒸汽并未对高温煤气中所产生的高品位热量进行有效的利用，从而系统的综合能量效率较低。以东莞IGCC改造工程为例，其系统供电效率仅为30％左右。在采用煤气余热锅炉产生高压过热蒸汽以用于发电时，高压蒸汽进一步过热需要在煤气余热锅炉中设置过热面。由于粗煤气中含有灰渣等固体杂质，煤气余热锅炉工作条件恶劣，设计过热面会大大增加设备的安全隐患。在过热面内传热属于气体与气体之间的换热，传热系数小，过热面需要的面积会大大增加。煤气余热锅炉的材料较为昂贵，从而大大增加了煤气余热锅炉的造价。

2)煤气余热锅炉给水通常由厂区额外配置的燃煤锅炉提供。一方面，通过燃煤锅炉产生热水的方式，煤炭的能量利用率较低；另一方面，燃煤锅炉与气化岛之间需要额外的管路连接。

3)气化岛中的中低温热量直接由循环冷却水带走的方式造成了这些能量的浪费，降低了系统的综合能量利用率。

综上，无论是天然气联合循环电站改造为IGCC电站的新建气化岛，还是煤化工气化岛，独立气化岛产生的蒸汽如何合理高效地消纳和供给，煤气冷却过程中的热量如何得到更有效的利用都是亟待解决的重要问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题