第45卷第4期汽輪機(jī)技術(shù)2003年8月TURBINE TECHNOLOGYIGCC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)柴偉東,韓萬金!,林公舒2(1哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱150001;2哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司,哈爾濱150046)摘要:論述IGCC總體設(shè)計(jì)及主要指導(dǎo)思想提出在IGCC社設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化關(guān)鍵詞:1GCC;總體設(shè)計(jì);余熱鍋爐;汽輪機(jī)分類號(hào):TK14文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-5884(2003)04019602Integrated Coal Gasification Combined CycleCHAI Wei-dong, HAN Wan-jin', LIN Gong-shu2(1 Harbin Institute of Technology, Harbin 15001, China; 2 Harbin Turbine Company Limited, Harbin 150046, China)Abstract: IGCC Integrated design and main guide for general design project is discussed. For IGCC design it emphasizeseam system optimumKey words: IGCC; integrated design; HRSG; steam turbine從大型化和商業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程看,目前更多的資金是投前言在GC上?，F(xiàn)在美國(guó)德國(guó)、日本英國(guó)荷蘭、瑞典、意大利、芬蘭以及印度等國(guó)都加入到IGCC的開發(fā)行列取得重大整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( Integrated Coal Gasification Com進(jìn)展已達(dá)到大型商業(yè)化驗(yàn)證階段。目前全世界正在建設(shè)或bined Cycle簡(jiǎn)稱lGC)是把高效的聯(lián)合循環(huán)總能系統(tǒng)和潔計(jì)劃建設(shè)的ICC工程有24項(xiàng),總功率8200MW。但我國(guó)對(duì)的燃煤技術(shù)結(jié)合起來的先進(jìn)的發(fā)電系統(tǒng),為當(dāng)今世界能源CCc項(xiàng)目還停留在研究階段。隨著國(guó)家“九五”科技攻關(guān)計(jì)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。它將逐步取代現(xiàn)有的汽輪機(jī)電站成為火劃項(xiàng)目“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)關(guān)鍵項(xiàng)目”的建立和完成,一系電動(dòng)力的主要發(fā)展方向。列重大基礎(chǔ)研究課題及示范工程正在規(guī)劃和實(shí)施中ICCC發(fā)電系統(tǒng)為多種高技術(shù)的集成,它包括:先進(jìn)的煤氣化技術(shù)、高溫凈化技術(shù)高性能的燃?xì)廨啓C(jī)匹配協(xié)調(diào)的余1IGCC總體設(shè)計(jì)原則熱鍋爐和汽輪機(jī)以及系統(tǒng)一體化技術(shù)等。IGCC首先是將煤在汽化爐中進(jìn)行氣化產(chǎn)生煤氣然后經(jīng)過凈化處理后通到燃在IGC總體設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用系統(tǒng)工程的方法,綜合研氣輪機(jī)的燃燒室中燃燒經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)作功后再排入余熱鍋爐究系統(tǒng)中的能量傳遞轉(zhuǎn)換和利用的全部過程按照能量品中產(chǎn)生蒸汽供給汽輪機(jī)作功。簡(jiǎn)單系統(tǒng)如圖1所示。位的高低安排好功、熱和物料內(nèi)能等各種能量之間的配合氣化關(guān)系和轉(zhuǎn)換使用。在熱力系統(tǒng)整體上按總能系統(tǒng)概念進(jìn)行匹配優(yōu)化安排好不同品位能的合理利用,以取得最佳的系統(tǒng)整體性能,而不是追求提高單一生產(chǎn)設(shè)備的能源利用率等個(gè)別性能指標(biāo)首先GC總體設(shè)計(jì)的任務(wù)就是從裝置的總體出發(fā)使設(shè)計(jì)滿足用戶或上一級(jí)總體設(shè)計(jì)者的要求。與總體相對(duì)應(yīng)的是部件,總體是由部件組成的,但它又不是機(jī)械的組合。如果說第n個(gè)部件在設(shè)計(jì)時(shí)有n個(gè)要決定的變量則總體就有N=∑n(i=1,m)個(gè)變量(m為部件的個(gè)數(shù)),每個(gè)部件的設(shè)計(jì)都要確定它的n個(gè)設(shè)計(jì)變量使它的性能滿足總體的要求但部件性能的最優(yōu)選擇并不等于總體性能的最優(yōu)。因此,總體設(shè)計(jì)時(shí)不能只滿足于用有限的最佳性能方案的組圖1lCC原則性系統(tǒng)圖合來謀求總體的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案,而要將n2個(gè)變量統(tǒng)一考慮ST-汽輪機(jī);y壓氣機(jī);R燃燒室;CT一燃?xì)馔钙?求裝置的最優(yōu)。但在IGCC總體設(shè)計(jì)中目前還達(dá)不到或較HRSG余熱鍋爐;KF-空分裴置;A-除塵裝置;S除硫裝置難達(dá)到這種優(yōu)化選擇。收稿日期:2003403-25中國(guó)煤化工礎(chǔ)上進(jìn)行的。部件的作者簡(jiǎn)介:柴偉東(1967-)男高級(jí)工程師哈爾濱工業(yè)大學(xué)在讀工程碩CNMHG第4期柴偉東等:IGC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)197外特性是總體和部件接口的參數(shù)包括熱力、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等。1.3與總體設(shè)計(jì)有關(guān)熱力參總體確定了,相應(yīng)的外特性就是部件設(shè)計(jì)中技術(shù)條件的主要總體設(shè)計(jì)就是規(guī)定總體需要的參數(shù)我們僅從熱力角度部分?？傮w設(shè)計(jì)不能脫離部件本身的規(guī)律和水平但在部件說明CC設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。的具體設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)對(duì)總體提出一些修改和補(bǔ)充,從而改變1.3.1燃?xì)廨啓C(jī)效率了總體參數(shù)包括燃料氣的燃燒化學(xué)熱值與顯熱兩部分,設(shè)計(jì)時(shí)要使總的來說部件要服從總體設(shè)計(jì),總體和部件的關(guān)系不它和燒天然氣時(shí)的燃料燃燒化學(xué)熱值與顯熱之和相等作為能顛倒,為了給部件的設(shè)計(jì)提供方便而超過了總體的設(shè)計(jì)要初值但實(shí)際的效率值與燃用天然氣時(shí)不同。若在C系求將造成總體設(shè)計(jì)上的重大缺陷。但不同部件它的設(shè)計(jì)在統(tǒng)應(yīng)用時(shí)要經(jīng)一系列修正。進(jìn)排氣壓損變化引起的功率、效總體設(shè)計(jì)中的強(qiáng)弱不同。比如,在—般粉煤電站的設(shè)計(jì)中,率和透平排氣溫度的修正;燒低熱值煤氣引起燃料量變化與總體的基本性能是由主要部件汽輪機(jī),鍋爐來決定的,這就不同空分系統(tǒng)和不同N2回注量引起的燃?xì)鉄嵛镄栽O(shè)計(jì)點(diǎn)是總體設(shè)計(jì)中的“強(qiáng)“項(xiàng)。一個(gè)工程設(shè)計(jì)時(shí)首先要判斷該工工況等修正。為了進(jìn)行這些修正計(jì)算,先要根據(jù)已知參數(shù)程總體的“強(qiáng)弱”的基礎(chǔ)上把好總體設(shè)計(jì)的程序關(guān)。如果是推算各主要部件在燃用燃?xì)鈺r(shí)的性能并假定部件效率維持“強(qiáng)”的,原則上就應(yīng)該首先做總體設(shè)計(jì)再向部件提出它的設(shè)不變。計(jì)技術(shù)條件。ICC中最影響性能的部件是燃?xì)廨啓C(jī),不可1.3.2余熱鍋爐和汽輪機(jī)的效率能脫離燃?xì)廨啓C(jī)的基本水平而由總體決定它的參數(shù),而只能在IGCC聯(lián)合循環(huán)中汽輪機(jī)給水溫度參數(shù)點(diǎn)(汽輪機(jī)裝以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)組成總體。從這個(gè)意義上說,它還不夠置的給水出口端也即鍋爐給水的人口端)不位于汽輪機(jī)裝置強(qiáng)”,但由于它在系統(tǒng)上的復(fù)雜性和多樣性汽輪機(jī)、余熱鍋部件的界面上,是位于余熱鍋爐中,屬于循環(huán)總體的參數(shù)爐、凈化器空分裝置等等目前還有相當(dāng)大的活動(dòng)余地故總因此熱耗的計(jì)算不能按習(xí)慣以給水溫度參數(shù)點(diǎn)作為基礎(chǔ),為體上仍然存在自由度很大的系統(tǒng)方案選擇問題了便于考核汽輪機(jī)的熱耗用冷凝器的冷凝水出口(或冷凝1.1總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)水泵出口)參數(shù)作為冷端參數(shù)?？傮w設(shè)計(jì)的第一步是劃分部件,總體中的部件與一般概在選定燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型后,蒸汽系統(tǒng)是影響KGC性能的念的部件不完全相同,汽輪機(jī)在一般概念中可以是一個(gè)部最重要因素之一,系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)是充分回收各系統(tǒng)的余件但在GC聯(lián)合循環(huán)總體中就不是一個(gè)獨(dú)立的一級(jí)部件。熱廢熱(燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱產(chǎn)生蒸汽還有煤氣爐和煤氣冷對(duì)于IGCC總體,整個(gè)熱力系統(tǒng)應(yīng)分為兩個(gè)部分:氣化島卻、凈化系統(tǒng)中各種熱能可利用來產(chǎn)生蒸汽)。和動(dòng)力島。氣化島部分可分為3個(gè)子部件,汽化爐本體、凈這個(gè)子系統(tǒng)需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在燃?xì)馀艢鉁囟群陀酂峄骱涂辗盅b置;動(dòng)力島部分又可分為2個(gè)子部件,燃?xì)廨嗗仩t排煙溫度確定之后,蒸汽系統(tǒng)形式和蒸汽參數(shù)的選擇還機(jī)和蒸汽系統(tǒng)(余熱鍋爐和汽輪機(jī)分別為蒸汽系統(tǒng)的子部有優(yōu)化的余地。它主要要考慮余熱鍋爐的受熱面布置形式件)余熱鍋爐與汽輪機(jī)應(yīng)首先參加蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),決換熱元件形式(端差)、余熱鍋爐的金屬消耗量汽輪機(jī)的結(jié)定蒸汽參數(shù)后在分別進(jìn)行本部件的設(shè)計(jì)。構(gòu)形式及其系列化設(shè)計(jì)的模塊在蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中將決定蒸汽系統(tǒng)的形式(如單對(duì)燃機(jī)采用GE公司的9FA,進(jìn)行蒸汽系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)壓、雙壓、是否再熱等)和新蒸汽參數(shù)(如溫度、壓力、流量當(dāng)采用三壓再熱系統(tǒng)時(shí)汽輪機(jī)功率為17582MW;采用雙壓等),因此汽輪機(jī)的參數(shù)應(yīng)在這個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中選再熱系統(tǒng)時(shí),功率為17364MW。計(jì)算結(jié)果表明,ICC采用定三壓系統(tǒng)并不比雙壓系統(tǒng)好多少但它的系統(tǒng)卻復(fù)雜許多,裝置效率取決于氣化爐、燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的效率,氣這是由于CC中蒸汽系統(tǒng)不但要回收燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余化爐效率對(duì)總休產(chǎn)生正比的影響;燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)效率則熱,而且要盡量回收煤氣凈化冷卻系統(tǒng)中排氣潛熱,低溫段通過加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生正比的影響。蒸汽和熱水比較富裕。所以在實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)中要綜合考?xì)饣癄t和燃?xì)廨啓C(jī)在按現(xiàn)實(shí)的先進(jìn)設(shè)備原則選用時(shí)它慮,即在滿足技術(shù)可行性、可靠性等的前提下,IGCC最優(yōu)化的效率值基本已確定,因此只能考慮余熱鍋爐和汽輪機(jī)的優(yōu)為整體效率與投資的折中化設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)惠想2結(jié)論(1)關(guān)鍵設(shè)備采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù),其它設(shè)備立足于國(guó)內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)。研制1C是一項(xiàng)投資大、難點(diǎn)多涉及面廣、開(1)提出GC總體設(shè)計(jì)原則對(duì)部件進(jìn)行了劃分。部發(fā)周期長(zhǎng)的系統(tǒng)工程國(guó)外工業(yè)先進(jìn)國(guó)家開發(fā)出許多有使用件設(shè)計(jì)要服從總體設(shè)計(jì),但在部件的具體設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)對(duì)總體價(jià)值的技術(shù),我們應(yīng)以最小的代價(jià)獲得關(guān)鍵技術(shù)縮短我國(guó)提出一些修改和補(bǔ)充,從而改變了總體參數(shù);再對(duì)總體重新1GCC達(dá)到商業(yè)應(yīng)用的過程。設(shè)計(jì)后,對(duì)部件提出新的要求。(2)功率等級(jí)(2)IGC中最影響性能的部件是燃?xì)廨啓C(jī),不可能脫在IGCC中,由于燃?xì)廨啓C(jī)總是處于變工況運(yùn)行,追求圓離燃?xì)廨啓C(jī)的基本水平而由總體總體決定它的參數(shù)而只能整的功率是沒有實(shí)際意義的。在方案設(shè)計(jì)時(shí),先應(yīng)選擇合適以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)組成總體。在選定燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型后,蒸汽的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型以其性能參數(shù)為基準(zhǔn),經(jīng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化得系統(tǒng)是影響GC性能的最重要因索之出總的輸出功率作為額定功率(3)方案設(shè)計(jì)時(shí)要全面權(quán)衡效率、環(huán)保性能、經(jīng)濟(jì)性先用中國(guó)煤化工它的系統(tǒng)卻復(fù)雜。所進(jìn)性和可靠性等,在滿足技術(shù)可行性、可靠性等的前提下,以IGCC最優(yōu)化為整體效率與投資的折中。CNMHG即在滿足技術(shù)可行性幕江尋嗎下,取化刀型體效率與投資的折中。