整体煤气化联合循环三压再热底循环系统变工况特性

采用ThermoFlex软件建立了200MW级整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)系统模型,研究三压再热流程的IGCC底循环系统变工况特性。详细讨论了燃气轮机负荷、大气温度和整体空分系数对底循环系统性能的影响。结果表明:燃气轮机采用调节压气机进口可转导叶角度–等燃气透平初温的调节方式降负荷时,随燃气轮机负荷降低,主蒸汽温度和再热蒸汽温度先升高后降低,关小压气机进口导叶角度可抑制高压汽包压力的下降,同时使汽轮机低压缸排汽干度上升,有利于提高底循环系统的变工况性能。随大气温度升高,高压汽包压力、高压缸进汽量和底循环功率均降低,而主蒸汽温度和汽轮机低压缸排汽干度升高。降低整体空分系数可以大幅度提高底循环系统功率,但导致汽轮机低压缸排汽干度缓慢降低。     

基于两段式水煤浆气化的IGCC系统变工况特性

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)机组在一定情况下处于非设计工况运行。为了研究IGCC系统变工况特性,采用ThermoFlex软件建立基于两段式水煤浆气化技术的200 MW级整体煤气化联合循环系统模型,主要考查燃气轮机负荷、整体空分系数Xas、大气温度、大气压力对系统性能的影响。研究结果表明,降低燃气轮机负荷或者提高大气温度系统效率均呈先升高而后降低的趋势。整体空分系数Xas增加,机组发电效率降低。大气压力对系统效率影响较小。上述条件下采用两段水煤浆气化技术,系统性能可以得到有效改善。研究结果可为采用两段式水煤浆气化技术的IGCC系统的设计、运行提供参考。     

空分装置操作参数对IGCC系统性能的影响

空分装置(ASU)是整体煤气化联合循环(integratedgasification combined cycle,IGCC)系统的重要组成单元,其参数的选取直接影响整个系统性能。为了优化空分装置运行参数,采用ThermoFlex软件建立200 MW级IGCC系统模型,基于空分装置在不同操作压力pasu条件下,研究氮气回注系数Xgn、整体空分系数Xas、氧气浓度、回注氮气温度Trn对系统性能的影响。研究结果表明,提高Xgn,系统的供电、发电效率先升高后降低;增加pasu,系统效率呈降低趋势。Xas增大,系统供电效率增加,在Xas较高(>60%)时供电效率随pasu的升高而增大。氧浓度对系统效率影响较小。提高Trn可以改善系统性能。在氧气浓度(或者Trn)不变条件下,增大pasu,供电效率随之增加。研究结果将为IGCC电站的设计提供参考。     

200MW级整体煤气化联合循环系统中燃气轮机的通流匹配特性

解决燃气轮机的通流问题,确定燃用中低热值合成气燃气轮机的最佳运行工况是研究整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle,IGCC）系统的重点内容之一。该文对一台200 MW级IGCC机组进行研究,从系统的角度出发提出燃气轮机通流的3种调整方案,并分析方案变化对燃气轮机特性和IGCC系统性能的影响。结果表明,在一定范围内减小压气机入口空气流量或增大透平通流面积,有利于提高燃用中低热值合成气的燃气轮机特性与IGCC系统性能。合理搭配压气机抽气比例和氮气回注量可提高IGCC的系统效率。3种调节方案都存在最佳值,使燃气轮机和IGCC系统获得最大功率与最高效率。研究结果为燃用中低热值合成气燃气轮机的最佳运行工况的确定以及IGCC电站系统的设计和运行提供参考。     

整体煤气化联合循环系统空分单元集成特性

研究整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统空气分离单元(air separation unit,ASU)的集成特性。对ASU主要操作参数分析结果表明,提高空气压缩机压比会导致空气精馏分离过程困难,消耗的空气压力能有所增加,但是提高空气压缩机压比有利于降低ASU的制氧功耗及提高IGCC系统供电效率。综合考虑IGCC系统NOx排放限制以及制氧比功耗,推荐适合IGCC系统的ASU出口氧气纯度为0.85。对ASU与燃气轮机集成度分析表明,IGCC系统供电效率随着集成度的增加先提高后降低,集成度在0.80时,IGCC系统供电效率最高。另外,与独立空分方案相比,采用整体空分方案的IGCC系统通过开发利用燃气轮机抽气显热,其供电效率有进一步提高的潜力。     

两段式水煤浆气化炉负荷变化对IGCC系统性能的影响

采用ThermoFlex软件建立了基于两段式水煤浆气化技术的200MW级整体煤气化联合循环(IGCC)系统模型,研究了气化炉负荷变化对燃气轮机组、汽轮机组和IGCC系统性能的影响。结果表明,气化炉在较高负荷(100%、90%)工况下运行时,提高其二段给煤率γsc可以提高主蒸汽和再热蒸汽温度,降低厂用电率,使系统发电效率和供电效率得到提高;气化炉在低负荷(80%、70%、60%)工况下运行时,其γsc的变化对燃汽轮机(燃机)入口温度、排气温度、燃机发电率的影响较小,IGCC系统发电效率和供电效率随二段给煤率的升高呈先升高后降低的趋势,此时系统性能优势不明显。     

空分系统降低氧气纯度对IGCC运行影响

空分系统的优化及高效运行对提高IGCC电站整体效率具有重要意义。本文基于华能(天津)煤气化发电有限公司装机容量为250 MW级IGCC示范电站的运行情况,依据最小分离功理论、等温可逆压缩功理论,在空分氧气(纯氧)产量41.7 km~3/h负荷下,研究了降低氧气纯度对空分系统、气化炉及动力岛的影响。结果表明,随空气压缩机出口压力由0.525 MPa降低至0.485 MPa,空分系统氧气纯度由99.5%降低至96.5%;氧气纯度的降低可显著降低系统功耗,实验条件下空分系统功耗降低约4.35%,IGCC厂用电率降低约0.75%;氧气纯度的降低对气化炉运行无显著影响;随着氧气纯度降低,合成气中含氮量增加,可降低燃气轮机注入蒸汽量,提高机组的发电效率。建议新建IGCC电站进一步降低氧气纯度。     

整体煤气化联合循环系统气化岛特性模拟研究

气化岛是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统中较为复杂的关键单元,对整个系统性能有较大的影响。利用Thermoflex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统角度出发,对直接激冷式、除尘系统前带有气/气热交换器和取消气/气热交换器的3种IGCC系统进行比较,结果表明取消气/气热交换器的IGCC系统同样具有较高的效率,且系统更加安全可靠。对此系统中空分单元的氮气回注系数、气化炉单元的氧煤质量比,以及对流废锅出口粗合成气温度进行计算。计算结果表明:在空分系数为30%时,系统最佳氮气回注系数为70%;综合多种因素考虑,所研究煤种的最佳的氧煤质量比约为0.91;系统效率随着对流废锅(convective syngas cooler,CSC)合成气出口温度的增加而下降,当辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)粗合成气出口温度为700℃,对流废锅出口合成气温度取350℃,系统效率较高。     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

400 MW整体煤气化联合循环机组脱硝方案比较

整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle,IGCC）电厂是我国洁净煤发电的主要方向之一.为了合理选择NOx排放方案,基于流程模拟软件Thermoflex建立了400 MW级IGCC系统模型,采用回注氮气或蒸汽法降低燃气轮机燃烧温度以减少热力型NOx排放,回注所需稀释剂不足时结合余热锅炉＋选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）法,保证各脱硝方案下排烟中NOx含量均为50 mg/m3;在燃气轮机功率为286 MW工况下比较各系统的热力性能,并结合工程实际计算各方案初始投资.结果表明：回注氮气脱硝效果不如注蒸汽,但回收利用来自气化岛氮气可提高能量利用效率,增加燃气轮机出力,系统效率有所提高;在目前IGCC电厂关键设备的技术水平下,增大SCR脱硝比例可改善ICCC系统热力性能,而IGCC电厂单位投资和运行成本也将增加.随着IGCC系统关键技术的提升,回注氮气法将会是最具环保节能潜力的脱硝方案.     

整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统性能计算与分析

针对整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统在技术、经济、环保综合性能上具有较大的优势,阐述了IGCC发电系统分类,对4种采用空气气化型的IGCC发电系统进行了性能计算和参数分析,得到了供电效率与燃气轮机压比、入口温度之间的关系.     

IGCC中气化系统显热回收优化研究

气化系统显热回收量的多少直接影响着废锅所生成的饱和蒸汽热能和进入到蒸汽轮机的主蒸汽热能,从而影响着IGCC系统供电效率。为提高IGCC系统效率,本着能量梯级利用的目的,对气化系统的显热回收方式和回收程度进行优化研究。研究表明,采用全热回收方式和降低对流废锅出口合成气温度,都有利于提高系统净功率和供电效率。     

基于烟煤、褐煤的IGCC系统技术经济性对比

近年来,褐煤提质技术的发展使得褐煤的高效利用成为可能。基于一种先进的褐煤干燥技术—内部废热利用流化床干燥(wirbelschicht-trocknung mit interner abw rmenu-tzung,WTA),采用ASPEN Plus软件及美国电力研究协会(electric power research institute,EPRI)的技术评价准则(technical assessment guide,TAG),分别对烟煤整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)电站和褐煤IGCC电站进行技术经济性分析。详细介绍了WTA单元及燃气轮机变工况的建模方法。计算结果表明,引入WTA技术后,褐煤IGCC电站的发电效率比采用传统干燥方式时约提高4.6个百分点,整体性能与烟煤IGCC电站相差不大;而褐煤IGCC电站的发电成本比烟煤IGCC电站低24.4%。高效的褐煤干燥技术能显著提高褐煤IGCC电站的效率,而褐煤低廉的价格又对降低发电成本十分有利,褐煤很可能成为比烟煤更适合IGCC的燃料。     

整体煤气化联合循环发电系统理论优化分析研究

整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术是煤气化技术和联合循环发电技术有机结合的先进动力系统,具有效率高、环保性能好等优点,是世界上具有良好发展前途的先进洁净煤发电技术之一。通过分析IGCC系统的供电效率,提出了优化目标函数,通过研究气化岛系统、燃气岛系统和常规岛系统的质量和能量平衡,提出了IGCC系统的理论优化模型,从而得出了IGCC系统的优化内容,并给出了优化思路。