第44卷第11期西.安交通大學(xué)學(xué)報Vol.44 No1l2010年11月JOURNAL OF XI' AN JIAOTONG UNIVERSITYNov. 2010聯(lián)合循環(huán)電站改造為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的粗煤氣冷卻周賢2，王波'，張士杰，肖云漢'(1.中國科學(xué)院先進(jìn)能源動力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100190, 北京; 2. 中國科學(xué)院研究生院，100049, 北京)摘要:研究了將PG9351FA燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電站改造為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)時的粗煤氣冷卻方式，以及煤氣冷卻過程副產(chǎn)蒸汽的利用方式.改造的IGCC 電站以輸運(yùn)床氣化爐為氣源，考慮了燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后的喘振裕度和出力限制，以及NO,排放的限制.根據(jù)粗煤氣冷卻方式及副產(chǎn)蒸汽利用方式的不同,構(gòu)建并比較了4種改造方案.研究表明:通過將透平初溫降低100 C,可保證燃?xì)廨啓C(jī)燃燒熱值為6.5 MJ/m3的煤氣,同時可保證壓氣機(jī)喘振裕度的減小量不超過10%;采用全熱回收方式冷卻粗煤氣,且由飽和蒸汽輪機(jī)來消納粗煤氣冷卻過程中副產(chǎn)蒸汽的改造方案的供電效率最高,為42. 3%.關(guān)鍵詞:整體煤氣化聯(lián)合循環(huán);改造;粗煤氣冷卻;輸運(yùn)床氣化爐中圖分類號: TM611.31文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文 章編號: 0253-987X(2010)11-0071-06Options of Cooling Raw Syngas when Retrofitting NGCC to IGCCZHOU Xianl2，WANG Bo'，ZHANG Shijie' ，XIAO Y unhan'(1. Key Laboratory of Advanced Energy and Power, Chinese Academy of Sciences, Beiing 100190, China; .2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beiing 100049， China)Abstract: The options of cooling raw syngas when retrofitting PG9351FA natural gas combinedcycle (NGCC) to an integrated gasification combined cycle ( IGCC) power plant were discussed.The ways of adopting the by product steam resulting from raw syngas cooling process were ana-lyzed. A transport gasifier was applied to the retrofitted power plant as the source of syngas. Thesurge margin, maximum power output, and NO, emission constraint were considered in modelingthe off-design behavior of PG9351FA gas turbine. Four retrofitting cases were discussed on thebasis of options of cooling raw syngas and ways of adopting by product steam. The results showthat the gas turbine could consume the syngas with a lower heating value of 6. 5 M]/m3 while thecompressor surge margin could decrease by only less than 10% when T3 decreased by 100 C.Moreover, applying the total heat recovery method to cool syngas and a saturated steam turbineto adopt the by -product steam could lead to a net efficiency of 42. 3%, the highest in four retro-fitting cases.Keywords: IGCC; retrofit; cooling raw syngas; transport gasifier整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)是將煤種滑?4的IGCC正從示范走向氣化、凈化與高效燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電集成的一商」中國煤化工生今后相當(dāng)長--段時間TYHCNMHG'收稿日期: 2010-01-25. 作者簡介: 周賢(1983- ),男,博士生;肖云漢(聯(lián)系人),男,研究員、基 金項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2006AA05A109).7西安交通大學(xué)學(xué)報第44卷內(nèi),大規(guī)模發(fā)展IGCC電站也是我國的必然選擇.為蒸汽的利用方式.振興重型燃?xì)廨啓C(jī)制造業(yè),我國在“十五”期間實(shí)施1流程簡述及方案構(gòu)建以市場換技術(shù)的重大舉措，通過打捆招標(biāo)引進(jìn)了總?cè)萘吭?000萬kW左右的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)GE公司生產(chǎn)的PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組,但由于天然氣供應(yīng)不足,大部分發(fā)電機(jī)組處電功率為255.6MW,壓比為15.3,排煙溫度為608于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài).鑒于我國以煤為基礎(chǔ)的能源C,簡單循環(huán)發(fā)電效率為36.9%,聯(lián)合循環(huán)余熱鍋結(jié)構(gòu),將這些天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組改造為燃用爐采用三壓再熱汽水循環(huán)系統(tǒng),聯(lián)合循環(huán)供電效率煤制燃料氣的IGCC發(fā)電系統(tǒng)，既符合我國國情又為56. 19%[3].避免了資源的閑置,同時為解決IGCC發(fā)電技術(shù)商采用輸運(yùn)床氣化爐的新建IGCC系統(tǒng)的氣化島業(yè)化早期投資較大的問題提供了一條途徑,具有重流程如圖1所示4.氣化爐的操作壓力為3 MPa,操要的現(xiàn)實(shí)意義.作溫度為1 050 C,給煤與氧氣和水蒸氣在氣化爐輸運(yùn)床氣化爐是新- -代的氣化技術(shù),其基本原中反應(yīng)產(chǎn)生高溫粗煤氣,氣化爐內(nèi)的碳轉(zhuǎn)化率為理是基于循環(huán)流化床的形式,采用爐內(nèi)高循環(huán)倍率、95%.氣化爐中加人石灰石,進(jìn)行爐內(nèi)脫硫,達(dá)到脫高氣速和高濃度的密相輸運(yùn)條件,實(shí)現(xiàn)氣化爐內(nèi)高除部分硫分的目的.高溫粗煤氣經(jīng)煤氣余熱鍋爐降效的氣固混合、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)過程印，從而最.溫后除塵.除塵后的煤氣依次經(jīng)過預(yù)熱潔凈煤氣、加終實(shí)現(xiàn)較高的碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率.輸運(yùn)床氣化技熱濕化器中所需熱水和加熱聯(lián)合循環(huán)凝結(jié)水的過程術(shù)具有適應(yīng)高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤種的特點(diǎn),同時后,冷卻至38C,再經(jīng)過NHD脫硫工藝除去含硫具有優(yōu)良的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力.目前，國內(nèi)外都開展了輸?shù)乃嵝詺怏w.之后的潔凈煤氣經(jīng)濕化器加濕并預(yù)熱運(yùn)床氣化爐的研發(fā).美國KBR輸運(yùn)床反應(yīng)器已取后送往燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室.氣化爐排渣及除塵過程收得顯著進(jìn)展,達(dá)到了中試規(guī)模(100t/d),澳大利亞集的飛灰一起被送往固硫反應(yīng)器中反應(yīng),轉(zhuǎn)化其中HRL公司和印度BHEL公司也都建有類似的循環(huán)的未反應(yīng)碳,以提高系統(tǒng)的總碳利用率,反應(yīng)放熱產(chǎn)流化床中試裝置,并計(jì)劃以此建設(shè)大型IGCC電站.生的蒸汽供IGCC系統(tǒng)使用.另外,排渣與飛灰中的我國在“十一五”863重大項(xiàng)目中支持了粉煤加壓密硫化鈣在固硫反應(yīng)器中與氧氣發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定相輸運(yùn)床氣化爐的開發(fā)及相關(guān)IGCC系統(tǒng)的研究.的硫酸鈣，從而達(dá)到固定硫分的目的. .目前，國內(nèi)外關(guān)于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組改造為IGCC在由天然氣聯(lián)合循環(huán)電站改造的IGCC 系統(tǒng)研究的公開文獻(xiàn)較少,文獻(xiàn)[2]中提出了將聯(lián)合循環(huán)中，為減少投資成本并充分利用原有聯(lián)合循環(huán)的設(shè)電站改造為IGCC時不同層次的改造策略.備,應(yīng)減少氣化島和原有聯(lián)合循環(huán)之間的集成,保持本文主要研究了將PG9351FA聯(lián)合循環(huán)發(fā)電原有聯(lián)合循環(huán)汽水系統(tǒng)的獨(dú)立[2].本文構(gòu)建的改造機(jī)組改造為以輸運(yùn)床氣化爐為氣源的IGCC發(fā)電系系統(tǒng)中新建氣化島與原有聯(lián)合循環(huán)之間的集成只有統(tǒng)時粗煤氣的冷卻方式，以及煤氣冷卻過程中副產(chǎn)一處，即氣化島為原有聯(lián)合循環(huán)提供燃料氣傳統(tǒng)的蒸汽租煤氣] QQ飽和煤氣給咱a網(wǎng)濕化器煤堆|硫回收101OLO D↓茶熱潔凈煤氣。鍋爐氮?dú)饣刈Ⅳ驶蚰Y(jié)水加熱器]o石灰石→--.虱壓機(jī)氣名P氧氣排渣|換熱機(jī)-③排空+一 氧壓機(jī)[蒸汽飛灰NHD空氣分離|o空氣固硫中國煤化工主空壓機(jī)⑥反應(yīng)器給水⑤空氣[. 燃機(jī)抽氣蒸汽灰渣.MYHCNMHG①~⑨是采用輸運(yùn)床氣化爐的新建IGCC系統(tǒng)的氣化島與聯(lián)合循環(huán)之間的集成點(diǎn)圖1輸運(yùn)床IGCC氣化島流程示意圖http: // www. jdxb. cn第11期周賢，等:聯(lián)合循環(huán)電站改造為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的粗煤氣冷卻73IGCC系統(tǒng)是采用煤氣余熱鍋爐冷卻高溫粗煤氣并化凈化工藝等氣化島工藝提供蒸汽.采用飽和蒸汽產(chǎn)生飽和蒸汽，所產(chǎn)的飽和蒸汽在聯(lián)合循環(huán)余熱鍋輪機(jī)和常規(guī)火電汽輪機(jī)兩種方式來利用煤氣冷卻過爐中過熱后,再送往聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中做功,而改造程中的副產(chǎn)蒸汽.飽和蒸汽輪機(jī)廣泛應(yīng)用在壓水堆的IGCC系統(tǒng)中需要重新考慮高溫粗煤氣的冷卻方核電站的二回路中,其主蒸汽來自核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)式、高溫粗煤氣冷卻過程中副產(chǎn)蒸汽的利用,以及煤的蒸汽發(fā)生器，是含有濕度的飽和蒸汽.氣化凈化工藝消耗蒸汽的來源.根據(jù)粗煤氣冷卻方式以及粗煤氣冷卻過程中副高溫粗煤氣的冷卻方式主要有激冷、全熱回收產(chǎn) 蒸汽的不同利用方式,本文設(shè)計(jì)了4種改造方案和組合3種方式.激冷方式是直接噴水將煤氣冷卻，(見圖2),并比較了各改造方案的效率、功率,以及.再經(jīng)洗滌除去煤氣中的飛灰.激冷過程不會產(chǎn)生副NO,排放等方面的性能,以說明將PG9351FA聯(lián)合產(chǎn)蒸汽激冷方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，造價低.全熱循環(huán)發(fā)電機(jī)組改造為以輸運(yùn)床氣化爐為氣源的回收方式是通過煤氣余熱鍋爐回收煤氣冷卻時的放IGCC系統(tǒng)時如何配置粗煤氣的冷卻方式，以及煤.熱并副產(chǎn)蒸汽.煤氣余熱鍋爐- -般不做過熱段,只產(chǎn)氣冷 卻過程中副產(chǎn)蒸汽的利用方式.設(shè)計(jì)的4種改飽和蒸汽.值得指出的是,煤氣余熱鍋爐- - 般可分為造方案如下.輻射式和對流式兩部分.粗煤氣溫度較高時以輻射(1)采用全熱回收方式冷卻粗煤氣,設(shè)置飽和蒸換熱為主,溫度較低時以對流換熱為主.與激冷方式汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)來消納煤氣冷卻過程中產(chǎn)生的飽和相比，使用全熱回收方式能有效利用粗煤氣的顯熱，蒸汽,同時提供氣化島各工藝消耗的蒸汽.較大幅度地提高了IGCC的凈效率0].采用組合方(2)采用全熱回收方式冷卻粗煤氣,在固硫反應(yīng)式時,高溫粗煤氣經(jīng)過輻射式煤氣余熱鍋爐降溫至器中過熱飽和蒸汽,設(shè)置常規(guī)汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)來消700"C左右,同時產(chǎn)生飽和蒸汽.700C左右的粗煤納過熱蒸汽,同時提供氣化島各工藝消耗的蒸汽.氣經(jīng)噴水降溫,再經(jīng)洗滌除去煤氣中的飛灰.組合方(3)采用激冷方式冷卻粗煤氣,由固硫反應(yīng)器產(chǎn)式的優(yōu)點(diǎn)是省去了造價相對昂貴的對流式煤氣余熱生 蒸汽提供氣化島各工藝消耗的蒸汽.鍋爐.(4)采用組合方式冷卻粗煤氣,設(shè)置飽和蒸汽輪改造的方案中氣化島都設(shè)置有獨(dú)立的汽水系機(jī)汽水系統(tǒng)來消納煤氣冷卻過程中產(chǎn)生的飽和蒸.統(tǒng),用來消納粗煤氣冷卻過程產(chǎn)生的蒸汽,并為煤氣汽, 同時提供氣化島各工藝消耗的蒸汽.空氣堡毋0-現(xiàn)有聯(lián)合循環(huán)潔凈煤氣熱本園化器氣圈0現(xiàn)有聯(lián)合循環(huán)氧氣小濕化器堡(氣化的一件爾余構(gòu)物護(hù)某氣余熱鍋門一圈一圈一國-圈堡化奶-輻射+燕汽排渣一補(bǔ)水煤、「固硫給水- _給水預(yù)熱凝汽器反應(yīng)器煤「固碗給水_給水預(yù)熱凝汽圈飽和蒸汽過熱蒸汽灰渣飽和蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)(a)方案1(b)方案2空氣低界0現(xiàn)有聯(lián)合面不氣圖.潔凈煤氣↓氧氣廠熱水遙化圖_濕化器媒(氣化的+邀冷}一除里一座氣冷卻一脫碗一裝蒸汽TT補(bǔ)水煤、固確給水中國煤化工- -給水預(yù)翻凝汽器MHC NMH G_下O飽和燕汽輪機(jī)(c)方案3(d)方案4圖2改造 方案示意圖http: // www. jdxb. cn74西安交通大學(xué)學(xué)報第44卷2主要 單元部件模型及計(jì)算方法燃燒方式由預(yù)混燃燒改為擴(kuò)散燃燒，絕熱火焰溫度由于燃料氣熱值改變,原有聯(lián)合循環(huán)各部件工升高.NO,排放量增加，需稀釋煤氣以降低絕熱火作在非設(shè)計(jì)工況下，在GateCycle軟件中使用變工焰溫度.稀釋劑可采用N2、H2O或CO2.根據(jù)文獻(xiàn)況模型進(jìn)行模擬.新建氣化島中各部件根據(jù)聯(lián)合循[7]發(fā)布的不同稀釋劑降NO,效果對比的示意圖和環(huán)的需求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì),各部分工作在設(shè)計(jì)工況下，冷水電站NO,實(shí)際排放數(shù)據(jù)，擬合得到燃?xì)廨啓C(jī)NO,排放量計(jì)算式如下在Aspen Plus軟件中使用設(shè)計(jì)工況模型進(jìn)行模擬。In(Ex, ) = 0.002 58T。+o. 006 94T;-2.1燃?xì)廨啓C(jī) .燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后,壓氣機(jī)與透平(15. 170 31q(H2O) + 14. 874 45q(N2) +的共同工作點(diǎn)會發(fā)生變化,需重新確定燃用中低熱15. 530 45p(CO2))值煤氣時壓氣機(jī)和透平的特性參數(shù).本文建立了考式中:Exo, 為NO,排放量;T。表示燃燒室出口溫度;慮透平冷卻的燃?xì)廨啓C(jī)變I況模型.壓氣機(jī)出口的.T為絕熱火焰溫度,q( H2O).q(N2)、q(CO2)分別.壓力和焓值按照進(jìn)口條件、壓比以及等熵效率計(jì)算.為稀釋劑中H2O、N2和CO2的體積分?jǐn)?shù).壓氣機(jī)性能采用GiateCycle 中提供的9FA燃?xì)廨啽疚牟捎肏2O稀釋煤氣,降低NO,的生成量.機(jī)壓氣機(jī)特性線計(jì)算.燃燒室出口成分根據(jù)質(zhì)量平煤氣通過濕化器加濕，同時回收了煤氣冷卻過程中衡計(jì)算,考慮燃燒室未完全燃燒損失.散熱損失、壓的低品位熱量.若不能達(dá)到NO,排放標(biāo)準(zhǔn).再輔以力損失.冷卻透平采用逐級模擬，透平靜葉的冷卻空注蒸汽稀釋的方式來保證煤氣中H2O的含量.煤氣氣從本級動葉開始做功，透平動葉的冷卻空氣--部中稀釋劑的加入量按照燃?xì)廨啓C(jī)NO,排放為80分從本級開始做功，一部分從下一級開始做功. 透平mg/ m2 (O2的體積分?jǐn)?shù)為16%時)確定.-級噴嘴工作在阻塞工況，透平進(jìn)口壓力采用Flu-2.3氣化爐 平衡模型gel公式計(jì)算[6.在AspenPlus中采用平衡模型模擬輸運(yùn)床氣燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后，出力會顯著增化爐。通過改變進(jìn)人氣化爐的氧化劑和水蒸氣的流加,PG9351FA燃機(jī)最大出力限制為286 Mw0T.當(dāng)量、氣化爐散熱比例以及平衡反應(yīng)的平衡溫距,來調(diào)出力超過限制值時，可關(guān)小壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉角度整氣化爐出口粗煤氣的成分和流量.(IGV),減小壓氣機(jī)流量,達(dá)到限制出力的目的.2.4飽和蒸汽輪機(jī)IGV關(guān)小后,需修正壓氣機(jī)的等嫡效率.IGCC中粗煤氣冷卻過程中的副產(chǎn)蒸汽與壓水GateCycle中提供的9FA燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)特性堆核電站蒸汽發(fā)生器相似，不同的是粗煤氣在冷卻線上設(shè)計(jì)點(diǎn)的喘振裕度為126. 27%,本文假設(shè)改燒過程中的溫度較高，為提高能量利用效率,冷卻煤氣中低熱值煤氣后.壓氣機(jī)可以使用的裕度在10%左使用的蒸汽參數(shù)較高,本文中為10 MPa.這樣,飽和右，即允許壓氣機(jī)喘振裕度減小10%左右0。蒸汽輪機(jī)的主蒸汽參數(shù)發(fā)生了變化,需要重新設(shè)計(jì)2.2 NO, 排放的計(jì)算方法飽和蒸汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)的流程和主要節(jié)點(diǎn)參數(shù).飽燃用天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后,和蒸汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)的流程見圖3.粗煤氣飽和蒸汽, 10MPa,311C去稀釋煤氣←去氣化爐法脫硫_3 MPa_4MPa0.4 MPa1050C296C華再熱器再熱器r9-F再熱器汽本。分寓器爐凝警由給水系中國煤化工350器10 MPa, 301 C加熱器]加熱器HCNMHO去脫碗除氧器---i氣來自除塵圖3飽和蒸汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)示意圖http:// www. jdxb. cn第11期周賢，等:聯(lián)合循環(huán)電站改造為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的粗煤氣冷卻752.5其他部件5.95%的透平通流面積,可保證燃?xì)廨啓C(jī)燃燒熱值燃?xì)廨啓C(jī)變工況運(yùn)行后，排氣溫度和流量發(fā)生為6. 3 M]/m2的煤氣,同時保證了壓氣機(jī)喘振裕度了變化,余熱鍋爐各換熱器和汽輪機(jī)均處于變工況減小量不超過10%.通過將T3降低100C,可保證狀態(tài).余熱鍋爐各換熱器計(jì)算采用傳熱單元數(shù)法,變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)在不關(guān)閉IGV、不調(diào)整透平通流面積的情工況運(yùn)行時,各換熱器換熱面積不變.汽輪機(jī)采用滑況下燃燒熱值為6. 5 MJ/m3的煤氣,并保證壓氣機(jī)壓運(yùn)行.假設(shè)冷凝器循環(huán)冷卻水量不變.喘振裕度減小量不超過10%.這兩種調(diào)整方式都使采用外壓縮流程的深冷低壓空分,配置為獨(dú)立燃?xì)廨啓C(jī)出力達(dá)到了扭矩所允許的最大值，燃?xì)廨喛辗?空分的耗功主要在于空氣壓縮機(jī)、氮?dú)鈮嚎s機(jī)機(jī)效率相比于燃燒天然氣時還有提升.對于燃燒天和氧氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)和氮壓機(jī)的等熵效率取然氣的燃?xì)廨啓C(jī)，降低T3會使其效率急劇降低,但為0. 83,氧壓機(jī)的等熵效率取為0. 74.對于改燒中低熱值煤氣的燃?xì)廨啓C(jī)而言,由于壓氣保證濕化器的最小推動焓差大于20 kJ/kg(干機(jī)的壓比會有較大幅度提升,燃?xì)廨啓C(jī)的效率在T:氣).NHD脫硫單元對煤氣中各氣體成分的脫除率降低到某- - 值之前并不會降低,而是略有升高.及能耗參考某工程數(shù)據(jù).表2PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值3計(jì)算結(jié)果與分析煤氣后的性能本文構(gòu)建的4個方案中氣化爐輸人和操作條件關(guān)小IGV、增參數(shù)設(shè)計(jì)工況降低T3相同，因此氣化爐性能與粗煤氣成分是相同的.氣化大通流面積.爐產(chǎn)生的高溫粗煤氣用不同方式冷卻后,經(jīng)過相同煤氣熱值/kJ.m-335 253. 26 338. 76 522.9的脫硫過程和加濕過程,產(chǎn)生的潔凈煤氣的成分與燃機(jī)入口煤氣量/kg.h-51 220 339 717 324 117熱值基本相同,因此這4個方案中燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合燃機(jī)發(fā)電功率/MW255. 45286. 04286. 31循環(huán)底循環(huán)的性能也是相同的,不同的是氣化島中燃機(jī)效率(未扣除燃料壓縮功)/% 36. 8839. 6040. 61蒸汽產(chǎn)生方式和利用方式.燃機(jī)效率(扣除燃料壓縮功)/% 35. 6336. 6336. 243.1 氣化爐性能由表1可看出,輸運(yùn)床氣化爐具有冷煤氣效率壓氣機(jī)效率/%87. 00.83. 9484. 40高、氧耗低的特點(diǎn).壓氣機(jī)壓比15.3014. 3116. 61.表1氣化爐性能IGV關(guān)小值/(°)016. 769比氧耗/m2●km-3233透平通流面積系數(shù)1.059 5比煤耗/kg●km767喘振裕度/%126. 27114.25113. 79冷煤氣效率/%79. 7T3/C1 413.21 313.2有效氣體積分?jǐn)?shù)(干基)/%78. 7燃機(jī)排煙溫度/C608.3654. 3.566. 7煤氣干基熱值/kJ●.m-9 714燃機(jī)排煙流量/t●h-l2317. 62 239. 82 553.6注:比氧耗、比煤耗分別為產(chǎn)生1 km3 (CO+ H2 + CH4)的耗氧.量、耗煤量.然而,改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)的通流面積對目前國內(nèi)的燃?xì)廨啓C(jī)廠商來說存在技術(shù)上的困難,并且IGV關(guān)3.2燃?xì)廨啓C(jī)性能小后,其可調(diào)裕度減小,不利于燃?xì)廨啓C(jī)在不同環(huán)境燃用天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后，和負(fù)荷下運(yùn)行,因此適當(dāng)降低T:是保證通流切實(shí)性能發(fā)生了較大變化，需要采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方式?？尚械霓k法.本文中各改造方案均采用適當(dāng)降低T3證燃?xì)廨啓C(jī)的通流.有多種方式可解決燃?xì)廨啓C(jī)的的辦法來解決燃?xì)廨啓C(jī)的通流問題.通流問題[81.本文分別對關(guān)小IGV配合增大通流面3.3中國煤化工能.積和降低透平初溫T3這兩種方式進(jìn)行了分析.YHCNMHG,其排氣溫度和流量發(fā)PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后的性能如生了變化,余熱鍋爐各換熱器和蒸汽輪機(jī)處于變工表2所示.況狀態(tài).表3為聯(lián)合循環(huán)蒸汽循環(huán)部分性能的相對從表2可得出,通過將IGV關(guān)小16. 8° ,并增大變化.http: // www. jdxb. cn70西安交通大學(xué)學(xué)報第44卷表3聯(lián)合循環(huán)蒸汽循環(huán)部分性 能相對變化%因,方案2的供電效率低于方案1的供電效率.方案汽輪機(jī)發(fā)電量汽輪機(jī)背壓余熱鍋爐排氣溫度1比采用激冷方式冷卻粗煤氣的方案3的供電效率高3. 69%,比采用組合方式冷卻粗煤氣的方案4的-2. 035. 456. 91供電效率高3. 17%.采用激冷方式的方案供電效率蒸汽壓力蒸汽溫度蒸汽量低，設(shè)備配置簡單,造價低.采用組合方式的方案效(高、中低壓) (高壓、再熱、低壓) (高、中、低壓)率較低，且設(shè)備配置復(fù)雜，造價高,但如果改造的系-1.57.- -0.69.6.16 - - 5.63、- - 5.67.1.491.19、0.49、5.76統(tǒng)需要進(jìn)行CO2捕集或聯(lián)產(chǎn)化工品時,采用組合方式不失為一個選擇[8]. 采用組合方式一方面回收了表中各數(shù)值的計(jì)算方法為:(計(jì)算值一設(shè)計(jì)值)/高溫粗煤氣的部分顯熱,另一方面又保證了煤氣在設(shè)計(jì)值X100%.可以看出，聯(lián)合循環(huán)蒸汽底循環(huán)主進(jìn)行變換反應(yīng)時其中含有足夠的蒸汽.要參數(shù)變化不大，因此聯(lián)合循環(huán)蒸汽底循環(huán)的各設(shè)IGCC系統(tǒng)效率與NO,排放之間存在著巨大備可不做改動.燃?xì)廨啓C(jī)改燒中低熱值煤氣后,由于矛盾.由于改造系統(tǒng)中能提供給濕化器的熱量有限，壓氣機(jī)壓比提高和T3降低,燃?xì)廨啓C(jī)的排煙溫度僅靠濕化器并不能將煤氣加濕到NO.排放要求的降低較多,聯(lián)合循環(huán)蒸汽循環(huán)的蒸汽參數(shù)都有所降H2O含量,需要輔以注蒸汽的方式稀釋煤氣.注蒸低,聯(lián)合循環(huán)效率較燃燒天然氣時也有所降低，為汽對IGCC系統(tǒng)的效率影響很大[3],NO,達(dá)到排放55.76%.要求后,應(yīng)立即停止注蒸汽.因此,表4中各方案的3.4總體熱力性能NO,排放都是80 mg/m2 (O2的體積分?jǐn)?shù)為16%時).由于4個改造方案中聯(lián)合循環(huán)獨(dú)立,單靠粗煤氣冷卻及固硫反應(yīng)器處理灰渣產(chǎn)生的蒸汽,不足以4結(jié)論滿足氣化、凈化以及稀釋煤氣的需要,需要向固硫反應(yīng)器中補(bǔ)人一定量的煤,產(chǎn)生更多的蒸汽,以保證氣本文對PG9351FA聯(lián)合循環(huán)電站改造為輸運(yùn)化、凈化以及稀釋煤氣的需要.表4為各改造方案的床氣化爐IGCC過程中粗煤氣的冷卻方式及副產(chǎn)蒸總體熱力性能.汽的利用方式進(jìn)行了研究,結(jié)果如下.表4改造方案的總體熱力性能(1)通過將IGV關(guān)小16.8° ,并增大5.95%的透平通流面積，可保證燃?xì)廨啓C(jī)燃燒熱值為6.3參數(shù)方案1方案2方案3方案MJ/m3的煤氣.通過將T3降低100 "C,可在不改變氣化爐耗煤量/t●h-152.8 152.8 152. 9152. 9IGV、不調(diào)整透平通流面積的條件下,保證燃?xì)廨啓C(jī).固硫反應(yīng)器補(bǔ)煤量/t●h-1 6.416.0 15. 416.4燃燒熱值為6.5 MJ/m3的煤氣.這兩種燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)燃機(jī)功率/MW286.31 286. 31286. 29286. 33整方式都保證了壓氣機(jī)喘振裕度的減小量不超過汽機(jī)功率/MW138.57 138.57 138. 55138. 5710%,且燃?xì)廨啓C(jī)簡單循環(huán)的效率還略有提高.氣化島汽機(jī)功率/MW14. 3438. 207.72(2)采用全熱回收方式冷卻粗煤氣、由飽和蒸汽空分耗電功率/MW28.6828. 6828.70 28. 70輪機(jī)消納蒸汽的方案比采用全熱回收方式冷卻粗煤其他廠用電功率/MW13.28 13.99 12. 85 13. 08系統(tǒng)供電功率/MW397.26 420.41 383. 30390. 84氣、由常規(guī)蒸汽輪機(jī)消納蒸汽的方案的供電效率高系統(tǒng)供電效率/%42.30 42.22 38.61 39. 130.08%,比采用激冷方式冷卻粗煤氣的方案的供電效率高3.69%,比采用組合方式冷卻粗煤氣的方案NO。排放量/mg. m80的供電效率高3.17%.從熱力性能上看,采用全熱回收方式冷卻粗煤參考文獻(xiàn):氣的兩個方案供電效率大致相當(dāng),方案1的供電效[1] PINKST0N T，MORTON F. Orlando gasification率略高于方案2的供電效率.對比這兩個方案，方案_285MW coal- based trans-1中氣化島飽和蒸汽輪機(jī)的效率低于方案2中氣化中國煤化工ngs of the 31st Internation-島常規(guī)汽輪機(jī)的效率,但是方案2中的粗煤氣冷卻MHC N M H GCoal Uilization and Fuel過程的副產(chǎn)飽和蒸汽需要在固硫反應(yīng)器中過熱,消Systems. Florida， USA: Department of Energy &.耗了更多的煤,而在固硫反應(yīng)器中煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)化Coal Technology Association of the United States,為電能的效率低于IGCC 系統(tǒng)的效率.綜合上述原2006:261-270.http:// www. jdxb. cn102西安交通大學(xué)學(xué)報第44卷標(biāo)系下葉輪的三維壓力Laplace-Beltrami 方程從dimension split method for 3D viscous compressible維數(shù)分裂的基本思想出發(fā),用差分算子近似新曲線flow in turbomachinery[J]. Acta Mathematicae Appli-坐標(biāo)系下三維壓力方程中出現(xiàn)的bending算子,從catae Sinica, 2008,31(3) :397-418.5] BABUSKA I. Error bounds for finite element method而推導(dǎo)出任意二維流形上的壓力Laplace Beltrami[J]. Numer Math, 1971,16:322- 3.3方程,并且針對葉片面速度無滑移特點(diǎn),給出了葉片[6] BREZZl F. On the existence uniqueness and approxi-面上的簡化壓力方程.最后,給出了與商業(yè)軟件的對mation of saddle point problem arising from Lagrang-比結(jié)果，說明本文壓力LaplaceBeltrami方程的正ian multipliers []. SIAM J Mumer Anal, 1974, 13;確性,其為進(jìn)一步發(fā)展葉輪機(jī)械中的維數(shù)分裂算法185-197.奠定了基礎(chǔ).[7]石東洋。 梁惠一個新的非常規(guī)Hermite型各向異性矩形元的超收斂分析及外推[J].計(jì)算數(shù)學(xué)，2005,27參考文獻(xiàn):(4):369-382.[1] LI Kaitai, HUANG Aixiang. Mathematial aspect ofSHI Dongyang, LIANG Hui. Superconvergence analy-the streanrfunction equations of compressible turbo-sis and extrapolation of a new unconventional Hermite-machinery flow and their finite element approximationtype anisotropic rectangular element []. Mathematicausing optimal control [J]. Comp Mech Appi Mech andNurmerica Sinica, 2005 ,27(4) :369-382.Eng, 1983,41(2) :175-194._8] LI Kaitai, SU Jian, GAO Limin. 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