用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，包括至少一组及以上的预热清洁合成气装置，氧气增压单元与预热清洁合成气装置的高温入口相连，或者氧气增压单元通过高温吸热介质的管道与预热清洁合成气装置的高温入口相连，清洁合成气通过清洁合成气管道与预热清洁合成气装置的低温入口相连，清洁合成气利用预热清洁合成气装置直接或间接吸收氧气增压单元产生的高温高压氧气热量，预热后的清洁合成气被送往燃气轮机装置。本实用新型专利技术有效利用了空气分离机构中压缩O2的热量用来预热IGCC发电设施的清洁合成气。不仅提高了IGCC发电设施的整体效率等性能，还避免了粗合成气混入清洁合成气腐蚀燃气轮机装置，保障IGCC发电设施的安全运行。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统
本专利技术涉及一种用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，属于电力发电
。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的，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系统，该系统配置合理，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。本专利技术的目的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系统，包括空气分离机构、清洁合成气、热回收蒸汽发生器及燃气轮机装置，所述空气分离机构内设有氧气增压单元，其特征在于:还包括至少一组及以上的预热清洁合成气装置，氧气增压单元与预热清洁合成气装置的高温入口相连，或者氧气增压单元通过高温吸热介质的管道与预热清洁合成气装置的高温入口相连，清洁合成气通过清洁合成气管道与预热清洁合成气装置的低温入口相连，清洁合成气利用预热清洁合成气装置直接或间接吸收氧气增压单元产生的高温高压氧气热量，预热后的清洁合成气被送往燃气轮机装置。本专利技术的进一步方案:所述氧气增压单元包括至少一台氧气压缩机，氧气增压单元的每台氧气压缩机与一组预热清洁合成气装置相配合。本专利技术的进一步方案:所述预热清洁合成气装置包括换热器、温度检测仪、流量控制仪和合成气阀门，换热器的高温入口与高温高压氧气或者高温吸热介质管道相连，换热器的低温入口与清洁合成气管道相连，合成气阀门设置在清洁合成气管道上，通过流量控制仪控制合成气阀门的开度，温度检测仪设置在换热器的合成气出气端，用于检测预热后清洁合成气的温度。氧气压缩机提供的高温压缩氧气的热量通过换热器直接或间接传递给清洁合成气，使清洁合成气的温度提高。温度检测仪用于监测换热后的清洁合成气的温度，该温度信号传递到合成气流量控制仪，通过合成气流量控制仪控制合成气阀门的开度以调节进入换热器的合成气流量。温度检测仪、合成气流量控制仪、合成气阀门的相互配合作用可实现清洁合成气预热终温的调节和控制。本专利技术的进一步方案:当包含两组或两组以上的预热清洁合成气装置时，各组预热清洁合成气装置通过管道串联，串联管道上设有总温度检测仪。本专利技术的进一步方案:所述空气分离机构米用氧传输膜空气分离机构或深冷空气分离机构。本专利技术的进一步方案:所述高温吸热介质的管道内装载有水、水蒸气或其他适合的吸热介质。本专利技术可具有如下突出的有益效果:1、由于本专利技术在IGCC发电设施空气分离机构中设置预热清洁合成气装置，预热清洁合成气装置，将高温压缩氧气的热量传递到清洁合成气，有效利用了 IGCC发电设施空气分离机构中压缩氧气的热量，预热后的清洁合成气中不会混入含有硫分的污染气体，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，保障IGCC发电设施的安全运行。2、采用本专利技术预热清洁合成气时，不需要从IGCC发电设施的热回收蒸汽发生器或其他单元抽取高温水或者水蒸汽，使高温水或者水蒸汽的热量尽可能地在蒸汽轮机装置中得以利用，避免了采用高温水或者水蒸汽预热清洁合成气时蒸汽轮机装置、IGCC发电设施发电量减少和IGCC发电设施整体效率降低的问题。与采用高温水或者水蒸汽加热清洁合成气的现有技术方案相比，在相同条件下本专利技术所述的技术方案可使IGCC发电设施蒸汽轮机装置发电量、总发电量、供电效率分别提高13-18丽、6-12丽、0.17%-0.28%。3、本专利技术涉及的空气分离机构中压缩氧气的热量传递到清洁合成气中，避免了传统的水间冷氧气压缩技术中压缩氧气热量无法回收的缺点，氧气压缩过程的热量可得到合理利用，有利于提高IGCC发电设施的整体性能。与采用高温水或者水蒸汽预热清洁合成气、同时采用传统的水间冷氧气压缩技术相比，在相同条件下本专利技术所述的技术方案可使本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，包括空气分离机构（6）、清洁合成气（7）及燃气轮机装置（21），所述空气分离机构（6）内设有氧气增压单元（5），其特征在于：还包括至少一组及以上的预热清洁合成气装置（30），氧气增压单元（5）与预热清洁合成气装置（30）的高温入口相连，或者氧气增压单元（5）通过高温吸热介质的管道与预热清洁合成气装置（30）的高温入口相连，清洁合成气（7）通过清洁合成气管道（7?1）与预热清洁合成气装置（30）的低温入口相连，清洁合成气（7）利用预热清洁合成气装置（30）直接或间接吸收氧气增压单元（5）产生的高温高压氧气热量，预热后的清洁合成气被送往燃气轮机装置（21）。

【技术特征摘要】
1.用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，包括空气分离机构(6)、清洁合成气(7 )及燃气轮机装置(21)，所述空气分离机构(6 )内设有氧气增压单元(5 )，其特征在于:还包括至少一组及以上的预热清洁合成气装置(30)，氧气增压单元(5)与预热清洁合成气装置(30)的高温入口相连，或者氧气增压单元(5)通过高温吸热介质的管道与预热清洁合成气装置(30)的高温入口相连，清洁合成气(7)通过清洁合成气管道(7-1)与预热清洁合成气装置(30 )的低温入口相连，清洁合成气(7 )利用预热清洁合成气装置(30 )直接或间接吸收氧气增压单元(5)产生的高温高压氧气热量，预热后的清洁合成气被送往燃气轮机装置(21)。2.根据权利要求1所述的用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，其特征在于:所述氧气增压单元(5)包括至少一台氧气压缩机(5-1)，氧气增压单元(5)的每台氧气压缩机(5-1)与一组预热清洁合成气装置(30)相配合。3.根据权利要求1所述的用于改进IGCC发电设施性能的预热清洁合成气系统，其特征在于:所述预热清洁合成气装置(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩龙，邓广义，范永春，杨晖，马雪松，吴家凯，王晓东，鲁皓，彭娜，郑赟，章正传，吕小兰，徐翔，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院，
类型：实用新型
国别省市：