第45卷第4期汽輪機技術Vol.45 No.42003年8月.TURBINE TECHNOLOGYAug, 2003IGCC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,哈爾濱150001; 2哈爾濱汽輪機廠有限責任公司哈爾濱150046)摘要:論述ICCC總體設計及主要指導思想，提出在IGCC社設計中應該重點考慮蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化。關鍵詞1CC;總體設計;余熱鍋爐;汽輪機分類號:TKI4文獻標識碼:A文章編號:1001 5884{2003 )04-0196-02Integrated Coal Gasification Combined CycleCHAI Wei-dong' , HAN Wan-jn' , IIN CGong-shu2(1 Harbin Instiute of Technobogy, Harbin 15001 ,China; 2 Harbin Tubine Company Limited, Harbin 150046, China)Abstract:ICCC Integrated design and main guide for general design project is discussed. For IGCC design it emphasizeasteam system optimum.Key words :IGCC; integrated design; HRSG; steam turbine從大型化和商業(yè)化的發(fā)展進程看,目前更多的資金是投0前言在ICCC上。現(xiàn)在,美國、德國、日本、英國、荷蘭、瑞典、意大整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( Integrated Coal Gasificarion Com-利芬蘭以及印度等國都加入到IGCC的開發(fā)行列,取得重大binedCycle簡稱ICCC)是把高效的聯(lián)合循環(huán)總能系統(tǒng)和潔進展,已達到大型商業(yè)化驗證階段。目前全世界正在建設或計劃建設的ICCC工程有24項，總功率8200MW。但我國對凈的燃煤技術結合起來的先進的發(fā)電系統(tǒng)為當今世界能源ICCC 項目還停留在研究階段。隨著國家“九五”科技攻關計關注的一一個熱點。它將逐步取代現(xiàn)有的汽輪機電站,成為火劃項目“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)關鍵項目”的建立和完成,一系電動力的主要發(fā)展方向。ICCC發(fā)電系統(tǒng)為多種高技術的集成，它包括:先進的煤列重大基礎研究課題及示范工程正在規(guī)劃和實施中。氣化技術高溫凈化技術高性能的燃氣輪機、匹配協(xié)調(diào)的余1 ICCC 總體設計原則.熱鍋爐和汽輪機以及系統(tǒng)-體化技術等。ICCC首先是將煤在汽化爐中進行氣化產(chǎn)生煤氣,然后經(jīng)過凈化處理后通到燃在ICCC總體設計中應該采用系統(tǒng)工程的方法,綜合研氣輪機的燃燒室中燃燒,經(jīng)燃氣輪機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)生蒸汽供給汽輪機作功。簡單系統(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四鹵一國關系和轉(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)設備的能源利用率等個別性能指標。首先,ICCC總體設計的任務就是從裝置的總體出發(fā)使毒t GT設計滿足用戶或上一級總體設計者的要求。與總體相對應tcy的是部件,總體是由部件組成的，但它又不是機械的組合。如果說第n個部件在設計時有n個要決定的變量,則總體就HRSC有N= En(i=1,m)個變量(m為部件的個數(shù)) ,每個部件七ST-的設計都要確定它的n個設計變量,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)。區(qū)盧上因此,總體設計時不能只滿足于用有限的最佳性能方案的組圖1 ICCC 原則性系統(tǒng)圖合來謀求總體的最優(yōu)設計方案，而要將n;個變量統(tǒng)- -考慮以求裝置的最優(yōu)。但在ICCC總體設計中目前還達不到或較ST--汽輪機;y- -壓氣機;R-燃燒室;GT -燃氣透平;HRSC一余熱鍋爐;KF-空分裝置;A- -除塵裝置:S-除硫裝置難達到這種優(yōu)化選擇。IGCC總體設計是在部件外特性基礎上進行的。部件的收稿日期:2003403-25作者簡介:柴偉東(1967-) ,男,高級工程師.哈爾濱工業(yè)大學在讀工程碩士。第4期柴偉東等:IGCC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)外特性:是總體和部件接口的參數(shù),包括熱力、結構、系統(tǒng)等。.3 與總體設計有關熱力參數(shù)總體確定了,相應的外特性就是部件設計中技術條件的主要總體設計就是規(guī)定總體需要的參數(shù),我們僅從熱力角度部分?？傮w設計不能脫離部件本身的規(guī)律和水平,但在部件說明1CCC設計中幾個關鍵參數(shù)。的具體設計時常常會對總體提出一些修改和補充,從而改變1.3.1 燃氣輪機效率了總體參數(shù)。包括燃料氣的燃燒化學熱值與顯熱兩部分,設計時要使總的來說,部件要服從總休設計,總體和部件的關系不它和燒天然氣時的燃料燃燒化學熱值與顯熱之和相等作為能顛倒,為了給部件的設計提供方便而超過了總體的設計要初值,但實際的效率值與燃用天然氣時不同。若在ICCC系求將造成總體設計上的重大缺陷。但不同部件它的設計在統(tǒng)應用時要經(jīng)-一系列修正。進排氣壓損變化引起的功率、效總體設計中的強弱不同。比如，在-般粉煤電站的設計中，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,鍋爐來決定的,這就不同空分系統(tǒng)和不同N2回注量引起的燃氣熱物性、設計點是總體設計中的“強“項。-一個工程設計時首先要判斷該工工況等修正。為了進行這些修正計算,先要根據(jù)已知參數(shù)，程總體的“強弱”的基礎上把好總體設計的程序關。如果是推算各主要部件在燃用燃氣時的性能,并假定部件效率維持“強”的,原則上就應該首先做總體設計再向部件提出它的設不變。計技術條件。ICCC中最影響性能的部件是燃氣輪機,不可1.3.2余熱鍋爐和汽輪機的效率能脫離燃氣輪機的基本水平而由總體決定它的參數(shù),而只能在ICCC聯(lián)合循環(huán)中汽輪機給水溫度參數(shù)點(汽輪機裝以燃氣輪機為基礎組成總體。從這個意義上說，它還不夠置的給水出口端也即鍋爐給水的人口端)不位于汽輪機裝置“強",但由于它在系統(tǒng)上:的復雜性和多樣性,汽輪機、余熱鍋部件的界面上，而是位于余熱鍋爐中,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大的活動余地,故總因此熱耗的計算不能按 習慣以給水溫度參數(shù)點作為基礎,為體上:仍然存在自由度很大的系統(tǒng)方案選擇問題。了便于考核汽輪機的熱耗，用冷凝器的冷凝水出口(或冷凝1.1總體設計的基礎水泵出口)參數(shù)作為冷端參數(shù)?？傮w設計的第一步是劃分部件,總體中的部件與一般概在選定燃氣輪機機型后,蒸汽系統(tǒng)是影響ICCC性能的念的部件不完全相同,汽輪機在-般概念中可以是一一個部最重要因素之-,系統(tǒng)優(yōu)化的重點是充分回收各系統(tǒng)的余件,但在ICC聯(lián)合循環(huán)總體中就不是一-個獨 立的一-級部件。熱,廢熱(燃氣輪機排氣余熱產(chǎn)生蒸汽,還有煤氣爐和煤氣冷對于IGCC總體,整個熱力系統(tǒng)應分為兩個部分:氣化島卻、凈化系統(tǒng)中各種熱能可利用來產(chǎn)生蒸汽)。和動力島。氣化島部分可分為3個子部件,汽化爐本體、凈這個子系統(tǒng)需要進行優(yōu)化設計,在燃氣排氣溫度和余熱化器和空分裝置:動力島部分又可分為2個子部件,燃氣輪鍋爐排煙溫度確定之后,蒸汽系統(tǒng)形式和蒸汽參數(shù)的選擇還機和燕汽系統(tǒng)(余熱鍋爐和汽輪機分別為蒸汽系統(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)余熱鍋爐與汽輪機應首先參加蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化設計,決換熱元件形式(端差)、余熱鍋爐的金屬消耗量汽輪機的結定蒸汽參數(shù)后在分別進行本部件的設計。構形式及其系列化設計的模塊。在蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設計中將決定燕汽系統(tǒng)的形式(如單對燃機采用CE公司的9FA,進行蒸汽系統(tǒng)一體化設計。壓雙壓、是否再熱等)和新蒸汽參數(shù)(如溫度、壓力、流量當采用三壓再熱系統(tǒng)時汽輪機功率為175.82MW;采用雙壓等),因此,汽輪機的參數(shù)應在這個子系統(tǒng)的優(yōu)化設計中選再熱系統(tǒng)時,功率為173.64MW。計算結果表明,1CCC采用定。裝置效率取決于氣化爐、燃氣輪機和汽輪機的效率,氣三壓系統(tǒng)并不比雙壓系統(tǒng)好多少,但它的系統(tǒng)卻復雜許多，化爐效率對總體產(chǎn)生正比的影響;燃氣輪機與汽輪機效率則這是由于ICCC中蒸汽系統(tǒng)不但要回收燃氣輪機排氣的余熱,而且要盡址回收煤氣凈化,冷卻系統(tǒng)中排氣潛熱,低溫段通過加權系數(shù)產(chǎn)生正比的影響。蒸汽和熱水比較富裕。所以，在實際優(yōu)化設計中,要綜合考氣化爐和燃氣輪機在按現(xiàn)實的先進設備原則選用時它慮,即在滿足技術可行性、可靠性等的前提下,ICCC最優(yōu)化的效率值基本已確定,因此只能考愿余熱鍋爐和汽輪機的優(yōu)為整體效率與投資的折中?；O計。1.2設計的主要指導思想2結論(1)關鍵設備采用國外先進技術,其它設備立足于國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)。研制ICCC是-項投資大、難點多、涉及面廣、開(1)提出IGCC總體設計原則,對部件進行了劃分。部發(fā)周期長的系統(tǒng)工程,國外工業(yè)先進國家開發(fā)出許多有使用件設計要服從總體設計,但在部件的具體設計時也會對總體價值的技術，我們應以最小的代價獲得關鍵技術,縮短我國提出一-些修改和補充，從而改變了總體參數(shù);再對總體重新1CCC達到商業(yè)應用的過程。設計后,對部件提出新的要求。(2)功率等級(2) ICCC中最影響性能的部件是燃氣輪機,不可能脫在ICCC中,由于燃氣輪機總是處于變工況運行,追求圖離燃氣輪機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際意義的。在方案設計時，先應選擇合適以燃氣輪機為基礎組成總體。在選定燃氣輪機機型后,蒸汽的燃氣輪機機型，以其性能參數(shù)為基準,經(jīng)系統(tǒng)匹配優(yōu)化得系統(tǒng)是影響ICCC性能的最重要因素之一。出總的輸出功率作為額定功率。(3)經(jīng)過理論分析和實例認為在蒸汽- -體 化設計中,采(3)方案設計時要全面權衡效率、環(huán)保性能、經(jīng)濟性、先用三壓系統(tǒng)并不比雙壓系統(tǒng)好多少,但它的系統(tǒng)卻復雜。所進性和可靠性等,在滿足技術可行性.可靠性等的前提下，以,在實際優(yōu)化設計中,要綜合考慮即在滿足技術可行性、IGCC最優(yōu)化為整體效率與投資的折中?？煽啃缘鹊那疤嵯?GCC最優(yōu)化為整體效率與投資的折中。