一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其运行方法，该系统包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块、送变电供电模块、空分装置、液化空气储能罐、液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机；本发明专利技术实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，利用空气液化设备和液化空气储能罐可随时快速改变供电功率和负荷的特性，满足电网对IGCC电站的调峰调频负荷需求。

【技术实现步骤摘要】
一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其工作方法
本专利技术属于IGCC发电领域，具体涉及一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其工作方法。
技术介绍
全球气候问题越来越引起人们的高度关注，以低能耗、低排放、低污染为特征的“低碳经济”成为全球政治经济博弈的热点。我国电力供应主要以煤电为主，为降低煤烟型污染，大力发展燃煤技术是提高煤炭使用效率、减少污染、经济可行的研究方向。IGCC发电技术既具有联合循环的高效率，又解决了燃煤发电带来的环境污染问题。IGCC是把煤气化和燃气蒸汽联合循环系统有机集成的一种洁净煤发电技术。在IGCC系统中，煤炭经过气化变成中低热值煤气，经净化处理后，通过除掉煤气所含有的硫化物、氮化物、粉尘等杂质，变成干净的气体燃料，送入燃气轮机中，在燃烧室里进行燃烧，煤气燃烧后驱动燃气透平做功发电，利用高温排气在余热锅炉中产生的蒸汽驱动汽轮机做功发电。IGCC发电机组在变负荷运行工况下，系统将会受到气化装置、空分装置等设备安全稳定运行能力的限制，特别是现有的空分装置的变负荷能力非常有限，造成IGCC发电机组无法响应电网的调峰调频辅助服务的要求，调峰的深度和响应速率满足不了电网要求，调频的响应速率和调频深度都十分有限。因此，急需找到一个能够增加IGCC发电厂及机组变负荷适应性的技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种IGCC电站耦合空气液化设备系统及其工作方法，以解决现有技术中，IGCC发电机组响应电网的调峰调频辅助服务要求效率差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块、送变电供电模块、空分装置、液化空气储能罐、液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机；所述空分装置包括有深冷液化工段；所述空分装置的深冷液化工段出口连通所述液化空气储能罐，所述液化空气储能罐连通液化空气蒸发膨胀机组，液化空气发电机与液化空气蒸发膨胀机组相连接；所述液化空气蒸发膨胀机组能够利用IGCC电站发电系统内产生的低品位热量使液化空气进行蒸发、膨胀、做功，推动液化空气发电机发电；所述送变电供电模块，用于为空分装置的深冷液化工段提供电量并能够调节提供给所述空分装置的深冷液化工段的电量；所述调峰调频控制模块，用于控制送变电供电模块调节输送给空分装置的深冷液化工段的电量，以及控制空分装置的深冷液化工段送入液化空气储能罐的液化空气流量，以及控制液化空气储能罐送入液化空气蒸发膨胀机组的液化空气流量。进一步的，所述IGCC电站发电系统包括除尘脱硫净化装置、燃气轮机、余热锅炉、燃气发电机和蒸汽发电机；除尘脱硫净化装置的燃料气出口连通燃气轮机的入口，燃气轮机用于带动燃气发电机发电；燃气轮机的尾气出口连通余热锅炉的入口，余热锅炉的高温高压蒸汽出口连通蒸汽发电机的入口；废热锅炉的高压蒸汽出口连通余热锅炉的入口。进一步的，所述IGCC电站发电系统还包括煤炭预处理装置、气化炉和废热锅炉；气化炉的煤粉入口连通煤炭预处理装置，气化炉的粗煤气出口依次连通废热锅炉、除尘脱硫净化装置。进一步的，所述燃气发电机、蒸汽发电机和液化空气发电机的输出侧同时连接发电机出线母线，所述发电机输出母线连接所述送变电供电模块。进一步的，所述送变电供电模块还连接有：IGCC电站内的厂用变压器、升压站和电网母线，用于为空分装置供电。进一步的，所述发电机输出母线还与IGCC电站内的厂用变压器、升压站连接，所述升压站连接电网母线和厂用变压器。进一步的，所述空分装置的氮气管道出口连接至燃气轮机。进一步的，所述液化空气储能罐为填充床式或者固定床式。进一步的，所述IGCC电站发电系统内产生的低品位热量包括：除尘脱硫净化装置产生废水的余热、余热锅炉排出的烟气余热。本专利技术实施例提供的另一个技术方案是：一种IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，基于权利要求1所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括如下步骤：当电网要求IGCC电站或电厂降负荷调峰调频，使上网电量P上降低ΔP上时，调峰调频控制模块控制空分装置的深冷液化工段设备的供电功率增加ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组及液化空气发电机的发电功率减小ΔP液空；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空，式中各电量变化量的值均为绝对值；当电网要求IGCC电站或电厂升负荷调峰调频，使上网电量P上增加ΔP上时，调峰调频控制模块控制空分装置的深冷液化工段设备的供电功率减小ΔP深并控制液化空气蒸发膨胀机组及液化空气发电机的发电功率增加ΔP液空；使上述电量的变化量满足等式：ΔP上＝ΔP深+ΔP液空，式中各电量变化量的值均为绝对值。本专利技术可以带来的有益效果包括：1、本专利技术实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，包括调峰调频控制模块、送变电供电模块、空分装置、液化空气储能罐、液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机，利用空气液化设备和液化空气蒸发膨胀机组及发电机可随时快速改变供电功率和负荷的特性，满足电网对IGCC电站的调峰调频负荷需求。2、本专利技术实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统的运行方法，在需要降负荷时单独增大空气液化设备的负荷并在升负荷时回调空气液化设备负荷，不影响后续空分装置的稳定运行。3、本专利技术实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，为短时快速响应调峰调频服务，所需液化空气储能罐容量较小，不占用过多园区土地。4、本专利技术实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，液化空气蒸发膨胀机组和液化空气发电机在液化空气蒸发、膨胀做功过程中，充分利用IGCC电站系统内部的低品位热量，提高能量利用效率。5、本专利技术实施例提供的IGCC电站耦合空气液化设备系统，通过空气液化设备响应电网调峰调频负荷，收取电网调峰调频辅助服务的补贴或服务费，增加IGCC电站的经营效益。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例IGCC电站耦合空气液化设备系统的结构框图。图2为本专利技术实施例中IGCC电站余热为除尘脱硫净化装置产生废水的余热、余热锅炉排出的烟气余热时的示意图。图3为本专利技术实施例中调峰调频控制模块控制示意图。其中：1为煤炭预处理装置；2为气化炉；3为废热锅炉；4为除尘脱硫净化装置；5为燃气轮机；6为余热锅炉；7为燃气发电机；8为蒸汽发电机；9为空分装置；10为液化空气储能罐；11为液化空气蒸发膨胀机组；12为液化空气发电机；100为调峰调频控制模块；200为送变电供电模块。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGCC电站耦合空气液化设备系统，其特征在于，包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块(100)、送变电供电模块(200)、空分装置(9)、液化空气储能罐(10)、液化空气蒸发膨胀机组(11)和液化空气发电机(12)；所述空分装置(9)包括有深冷液化工段；/n所述空分装置(9)的深冷液化工段出口连通所述液化空气储能罐(10)，所述液化空气储能罐(10)连通液化空气蒸发膨胀机组(11)，液化空气发电机(12)与液化空气蒸发膨胀机组(11)相连接；所述液化空气蒸发膨胀机组(11)能够利用IGCC电站发电系统内产生的低品位热量使液化空气进行蒸发、膨胀、做功，推动液化空气发电机(12)发电；/n所述送变电供电模块(200)，用于为空分装置(9)的深冷液化工段提供电量并能够调节提供给所述空分装置(9)的深冷液化工段的电量；/n所述调峰调频控制模块(100)，用于控制送变电供电模块(200)调节输送给空分装置(9)的深冷液化工段的电量，以及控制空分装置(9)的深冷液化工段送入液化空气储能罐(10)的液化空气流量，以及控制液化空气储能罐(10)送入液化空气蒸发膨胀机组(11)的液化空气流量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种IGCC电站耦合空气液化设备系统，其特征在于，包括IGCC电站发电系统、调峰调频控制模块(100)、送变电供电模块(200)、空分装置(9)、液化空气储能罐(10)、液化空气蒸发膨胀机组(11)和液化空气发电机(12)；所述空分装置(9)包括有深冷液化工段；
所述空分装置(9)的深冷液化工段出口连通所述液化空气储能罐(10)，所述液化空气储能罐(10)连通液化空气蒸发膨胀机组(11)，液化空气发电机(12)与液化空气蒸发膨胀机组(11)相连接；所述液化空气蒸发膨胀机组(11)能够利用IGCC电站发电系统内产生的低品位热量使液化空气进行蒸发、膨胀、做功，推动液化空气发电机(12)发电；
所述送变电供电模块(200)，用于为空分装置(9)的深冷液化工段提供电量并能够调节提供给所述空分装置(9)的深冷液化工段的电量；
所述调峰调频控制模块(100)，用于控制送变电供电模块(200)调节输送给空分装置(9)的深冷液化工段的电量，以及控制空分装置(9)的深冷液化工段送入液化空气储能罐(10)的液化空气流量，以及控制液化空气储能罐(10)送入液化空气蒸发膨胀机组(11)的液化空气流量。


2.根据权利要求1所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统，其特征在于，所述IGCC电站发电系统包括除尘脱硫净化装置(4)、燃气轮机(5)、余热锅炉(6)、燃气发电机(7)和蒸汽发电机(8)；
除尘脱硫净化装置(4)的燃料气出口连通燃气轮机(5)的入口，燃气轮机(5)用于带动燃气发电机(7)发电；燃气轮机(5)的尾气出口连通余热锅炉(6)的入口，余热锅炉(6)的高温高压蒸汽出口连通蒸汽发电机(8)的入口；废热锅炉(3)的高压蒸汽出口连通余热锅炉(6)的入口。


3.根据权利要求2所述的IGCC电站耦合空气液化设备系统，其特征在于，所述IGCC电站发电系统还包括煤炭预处理装置(1)、气化炉(2)和废热锅炉(3)；
气化炉(2)的煤粉入口连通煤炭预处理装置(1)，气化炉(2)的粗煤气出口依次连通废热锅炉(3)、除尘脱硫净化装置(4)。


4.根据权利要求2所述的IGCC电站耦合空气液化设...

【专利技术属性】
技术研发人员：安航，杨豫森，周贤，彭烁，钟迪，王保民，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11