本发明专利技术公开一种整体气化联合循环电能产生系统（１００）。在一个实施方式中，如图１所示，气化器（１０８）构造成由碳质材料（１０６）和氧气源（１０９）产生合成气（１１７），并且清洁站（１２０）定位成从气化器（１０８）接收合成气（１１７）并从合成气中去除杂质。包括涡轮机（１２３）的燃气涡轮机燃烧系统（２）构造成接收来自气化器（１０８）的燃料和来自第一空气压缩机（１３０）的第一空气源（１３１）。蒸汽涡轮机系统（４）构造成通过从燃气涡轮机系统（２）产生的排放物（１４０）回收的热量来产生动力，并且离子迁移膜空气分离单元（１１０）包括用于产生第二空气源（１１３）的第二空气压缩机（１１４）。第一热交换器（１１８）构造成：在清洁站（１２０）中去除杂质之前，通过使第二空气源（１１３）流过第一热交换器（１１８）而使第二空气源（１１３）从合成气（１１７）中接收热量，从而冷却合成气（１１７）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及电能产生系统，更具体地涉及整体气化联合循 环系统。
技术介绍
作为传统化石燃料发电站的替代方案，整体气化联合循环("IGCC")系统在经济性方面是有吸引力的，它们提供了以经济且清洁的方式开发利用煤---种充沛的资源的机会，带来了比传统的煤燃烧蒸汽涡轮机发电更高的效率。在IGCC系统中，诸如煤的碳质燃料被转化为称作合成气的合成气 体燃料， 一种在高温下通过部分氧化而形成的混合物.合成气包括一 氧化碳、氢气以及其它气体组分。吹氧气化器通常从低温空气分离单 元(ASU)或者从离子迁移膜(ITM)空气分离单元中获取氧气。低温 ASU采用压缩机、热交换器、阀门以及蒸馏塔的组合，以便在非常低的 温度下实现从空气中分离氧气的操作。低温空气分离过程消耗大量电 能，从而减小了发电站的净输出并降低了效率。在ITM空气分离过程中，大致在M00下-1700下(760 - 927C)范 围内的高温空气中的氧分子在膜的阴极侧被转化为氧离子，并且在施 加的电压或相对于膜的阳极侧的压力差的作用下被传输通过所述膜。 氧离子在阳极侧失去电子，重整为氧分子，电子移动到膜的阴极侧从 而再次电离氧气。由陶瓷材料制成的膜元件在高温下允许氧离子通过。附图说明当结合附图参阅下文的详细描述时，本专利技术的特征将会被最好地 理解，其中，图1-5中的每个都示出了结合有根据本专利技术实施方式的ITM ASU的IGCC。在所有视图中相同的附图标记用于表示相同的特征.具体实施方式本专利技术包括IGCC系统，该IGCC系统集成有具有显热(sensible heat)回收功能的空气分离单元。在一个实施方式中，图l中示出的电 能产生系统100包括气化系统1、燃气涡轮机系统2、热量回收蒸汽发生 器(HRSG) 3和蒸汽涡轮机系统4,每个系统都以常规方式构造而成。 气化系统1包括诸如煤浆的烃类燃料源106、气化器108、 ITM空气分离 单元IIO、空气压缩机114、合成气冷却器118以及气体清洁站120,燃 气涡轮机系统2包括空气压缩机130、燃烧器132、燃气涡轮机134以及 发电机136。 HRSG3包括节约器(economizer) 172、蒸汽鼓174、蒸发 器176和过热器178。蒸汽涡轮机系统4包括蒸汽室152、蒸汽涡轮机160、 发电才几162、冷凝器164和送水泵166。氧气109从ITM ASU110提供给气化器108, ITM ASU110从合成气冷 却器118接收高温高压空气113。由马达116驱动的压缩机114吸入环境 空气115,以便给合成气冷却器118提供高压空气113的来源。压缩空气 113可以从图1中示出的独立压缩机114输送，或者从燃气涡轮机系统2 的压缩机130输送，或者从其它空气源输送。ITM ASU110产生高纯度氧 气109，同时在大约1400 - 1700°F ( 760 - 927C)的温度范围内运行， 并且膜两侧的氧气分压差为200至400psia ( 1378. 6kPa - 2757. 2kPa )。 膜的工作温度通过如下方式获得使空气流113流过合成气冷却器118， 使得从气化器108排出的热合成气117中所含的显热对空气流113进行 加热。氧气109在ASU110中与空气113分离以后，氧气109被输送到气化 器108，并且如图所示，脱氧空气127可输送到燃料管线125，用于添加 到燃料混合物128中。尽管没有示出，合成气冷却器118可包括附加的 热交换器，以便由蒸汽涡轮机系统4排出的馈送水167的一部分产生蒸 汽。在气化器108中，烃类燃料106发生部分氧化，从而在放热反应中 主要产生一氧化碳和氢气，通常在大约2000 - 2800°F ( 1093 - 1538C) 温度范围内的热合成气117从气化器108中排出。为了满足空气质量要 求，诸如硫磺、亚硝 酸化合物和灰尘颗粒的杂质在气体清洁站120中被 去除。合成气冷却器118在合成气117被引入气体清洁站120之前降低合 成气的温度。清洁的合成气124与来自蒸汽室152的蒸汽126混合。通过 改变蒸汽流率，蒸汽126可用于调节燃烧过程温度、内部燃烧器温度分 布和燃烧器排放温 。蒸汽126和合成气124的混合物128通过燃料供给6管线125流向燃料歧管123并进入燃气涡轮机系统2的燃烧器132中。混 合物128也可包括来自空气分离单元110的氮气或脱氧空气127以减小 火焰温度和氮氧化合物的形成。在发电站100的工作过程中，压缩机130吸入环境空气129,产生被 导向燃烧器132的压缩空气131。压缩空气131可以是富含氧气的。燃料 混合物128进入歧管123并穿过其多个端口133而进入燃烧器132中，在 燃烧器132中燃料混合物U8与压缩空气131发生反应以产生进入燃气 涡轮机134的热加压气体135，热加压气体135在燃气涡轮机134中膨胀， 从而在转子轴138上产生动力以驱动压缩机130和发电机136。由于已经 在渴轮机134中膨胀，低温低压气体140从涡轮机134中排出。从涡轮机 134中排出的通常在850下-IIOO下(454 - 593C)范围内的已膨胀气体 140被导向HRSG3，用于进一步回收热量。由泵166从蒸汽涡轮机系统4后，离开HRSG3的受冷却的膨胀气体140经由烟囱;56排放至大气。'馈i 水167首先流过节约器172的热量转移管，在所述热量转移管中馈送水 167的温度升高至接近沸点，然后馈送水167被导向蒸汽鼓174。然后经 过加热的水流过蒸发器176的热量转移管，在所述热量转移管中水被转 化为饱和蒸汽177。当蒸汽在进入蒸汽室152之前流过过热器178时，蒸 汽的温度进一步升高。来自蒸汽室152的蒸汽153被导向蒸汽涡轮机 160。来自蒸汽室152的蒸汽126被注入燃料供给管线125，以便进入燃 料歧管123，作为燃料混合物128的组分。在蒸汽涡轮机160中，蒸汽153膨胀，从而在转子轴161上产生能量 以驱动发电机162。在其它设计中，蒸汽涡轮机160可联接到燃气涡轮 机系统2的转子轴138和发电机136。在穿过涡轮机160之后，已冷却且 已膨胀的蒸汽163进入冷凝器164以便作为馈送水167循环。新鲜水165 被供给冷凝器164以补偿系统100中的水损失。在图2的实施方式中，电能产生系统200包括气化系统5以及参照图 l描述的燃气涡轮机系统2、 HRSG3和蒸汽涡轮机系统4。在系统200中， 导向ITM ASU的压缩空气分两个阶段被预先加热。气化系统5包括气化器208，气化器208接收燃料源206和来自ITM ASU210的氧气源209，以产生合成气217。合成气217在冷却器218中被 降低温度，然后进入气体清洁站220以去除诸如硫磺、亚硝酸化合物和灰尘颗粒等杂质。清洁燃气224与来自蒸汽室152的蒸汽126混合以形成 燃料混合物228，燃料混合物228通过燃料供给管线225流向歧管123, 并进入燃气涡轮机系统2的燃气燃烧器132中。在气化系统5中，由马达216驱动的压缩机214通过环境空气源215 提供压缩空气213。压缩空气213可以从图2中示出的独立压缩机214输 送，或者从燃气涡轮机系统2的压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种整体气化联合循环电能产生系统，包括： 气化器，其构造成由碳质材料和氧气源产生合成气； 清洁站，其定位成从所述气化器接收合成气并从合成气中去除杂质； 燃气涡轮机燃烧系统，其包括涡轮机并构造成接收来自所述气化器的燃料和来自 第一空气压缩机的第一空气源； 蒸汽涡轮机系统，其构造成利用从所述燃气涡轮机系统产生的排放物回收的热量来产生动力； 离子迁移膜空气分离单元，其包括用于产生第二空气源的第二空气压缩机；以及 第一热交换器，其构造成：在所述清洁站 中去除杂质之前，通过使所述第二空气源流过所述第一热交换器而使所述第二空气源从合成气中接收热量，从而冷却合成气。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：TB萨利文，DJ休伯，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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