一种采用空气气化的IGCC系统及其工作方法与流程

一种采用空气气化的igcc系统及其工作方法
技术领域
1.本发明属于煤气化联合循环系统领域，涉及一种采用空气气化的igcc系统及其工作方法。


背景技术：

2.目前绝大多数igcc是采用纯氧气化工艺，需要配置深冷空分装置。然而，深冷空分装置流程复杂、造价高，还存在负荷难以调节、惯性大的问题。虽然燃气
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蒸汽联合循环发电技术具有电负荷调节灵活迅速的优点，但受限于深冷空分装置灵活性差，整个igcc系统的负荷灵活性不高，基本只能承担电网的基础负荷。在当前间歇性强的可再生能源发电大比例并网的背景下，igcc灵活性差的缺点将被放大，限制了igcc技术的发展。
3.此外，现有igcc系统均采用集成压气机、燃烧室与透平为一体的燃气轮机，燃气轮机使用中低热值的煤气化合成气后，面临通流匹配、nox排放高、燃烧不稳定等问题，igcc中的燃气轮机难以发挥高发电效率的优势。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用空气气化的igcc系统及其工作方法，省去了深冷空分装置，提高igcc系统的发电灵活性，消除燃气轮机通流匹配的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种采用空气气化的igcc系统，包括依次连接的气化炉、燃烧室和透平；
7.气化炉和燃烧室进口均连接有空气压缩机的输出端，燃烧室、透平和空气压缩机三者分别间隔设置。
8.优选的，空气压缩机出口的气体压强为12～20bar。
9.优选的，气化炉和燃烧室之间依次连接有煤气冷却器、除尘单元、脱硫单元和合成气调制单元，煤气冷却器进口连接气化炉出口，合成气调制单元出口连接燃烧室进口。
10.进一步，除尘单元和脱硫单元之间设置有低温余热回收单元。
11.进一步，煤气冷却器出口连接有余热锅炉进口。
12.进一步，脱硫单元连接有硫回收单元。
13.进一步，除尘单元出口与气化炉进口连接。
14.优选的，余热锅炉出口连接有汽轮机进口。
15.一种基于上述任意一项所述集成高温离子输送膜制氧的igcc系统的工作方法，包括以下过程：
16.煤经过预处理后送入气化炉，一股水作为气化反应的原料同时送入气化炉，煤在气化炉中与水、以及空气压缩机产生一部分高压空气发生气化反应，生成合成气，合成气送入燃烧室，空气压缩机从大气中吸入空气，产生的高压空气大部分送入燃烧室，另一部分在气化炉中发生气化反应，空气与合成气在燃烧室中燃烧后生成高温烟气送入透平发电。
17.优选的，气化炉中生成的合成气在煤气冷却器中冷却，同时产生蒸汽，送入余热锅炉，合成气经过除尘单元后，送入低温余热回收单元，除尘单元产生的飞灰再循环至气化炉中；在低温余热回收单元进一步冷却的合成气再送入脱硫单元，脱硫单元产生的酸性气体送入硫回收单元生成硫磺，脱硫单元产生的洁净合成气在合成气调制单元稀释后，再送入燃烧室。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明将传统igcc系统中燃气轮机分解为空气压缩机、燃烧室、透平三个部件，避免了燃气轮机通流匹配的问题。气化炉采用空气压缩机产生的高压空气作为气化剂，省去了深冷空分装置，流程简单，系统造价低。空气压缩机同时提供了气化炉和燃烧室所需的空气，空气压缩机容量增加，有利于压缩效率的提升。气化炉采用空气气化，相比纯氧气化，气化炉产生的合成气中混合了大量惰性的氮气，避免了合成气调制过程中需进一步稀释燃料气可燃物成分而消耗过多的蒸汽，有利于提高系统净发电效率。
20.进一步，煤气冷却器产生的蒸汽被送到余热锅炉继续过热后送入汽轮机发电，提高了系统的发电效率。
21.进一步，硫回收单元能够将脱硫单元产生的酸性气体生成硫磺，避免排入大气中污染环境。
22.进一步，除尘单元输出端与气化炉连接，能够将除尘单元产生的飞灰再循环至气化炉中，避免排入大气中污染环境。
附图说明
23.图1为本发明的系统结构示意图。
24.其中：1
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气化炉；2
‑
煤气冷却器；3
‑
除尘单元；4
‑
低温余热回收单元；5
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脱硫单元；6
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硫回收单元；7
‑
合成气调制单元；8
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燃烧室；9
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压气机；10
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透平；11
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余热锅炉；12
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汽轮机。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
26.如图1所示，为本发明所述的采用空气气化的igcc系统，包括依次连接的气化炉1、煤气冷却器2、除尘单元3、低温余热回收单元4、脱硫单元5、合成气调制单元7、燃烧室8、透平10、余热锅炉11和汽轮机12。
27.气化炉1进口连通有水蒸汽和煤。
28.煤气冷却器2出气口连接余热锅炉，煤气冷却器2产生的蒸汽被送到余热锅炉11继续过热后送入汽轮机12发电，提高了系统的发电效率。
29.除尘单元3出口与气化炉1进口连接，能够将除尘单元3产生的飞灰再循环至气化炉1中，避免排入大气中污染环境。
30.脱硫单元5连接有硫回收单元6，硫回收单元6能够将脱硫单元5产生的酸性气体生成硫磺，避免排入大气中污染环境。
31.气化炉1和燃烧室8进口均连接有空气压缩机9的输出端，燃烧室8、透平10和空气压缩机9三者分别间隔设置。
32.空气压缩机9出口的气体压强为12～20bar。
33.空气压缩机9相比燃气轮机压气机吸入空气流量增大，需按照燃气轮机压气机入口设计空气流量的110～120％重新进行加工与选型空气压缩机9，这样避免了燃气轮机压气机喘振等风险。igcc系统操作更加灵活可靠，也避免了燃气轮机与气化炉之间的深度耦合形成运行控制难题。
34.本发明所述采用空气气化的igcc系统的工作过程为：
35.煤经过预处理后送入气化炉1，一股水作为气化反应的原料同时送入气化炉1，煤在气化炉1中与水、以及空气压缩机9产生一部分高压空气发生气化反应，生成粗合成气，气化过程产生的灰渣从气化炉1排出。粗合成气在煤气冷却器2中冷却，同时产生蒸汽，送入余热锅炉11。粗合成气经过除尘单元3后，送入低温余热回收单元4，除尘单元3产生的飞灰再循环至气化炉1中。进一步冷却的合成气再送入脱硫单元5，脱硫单元5产生的酸性气体送入硫回收单元6生成硫磺，脱硫单元5产生的洁净合成气在合成气调制单元7稀释后，再送入燃烧室8。空气压缩机9从大气中吸入空气，产生的高压空气大部分送入燃烧室8，另一部分在气化炉1中发生气化反应。空气与合成气在燃烧室8中燃烧后生成高温烟气送入透平10发电。透平10出口较高温度的烟气送入余热锅炉11，余热锅炉11产生的蒸汽送入汽轮机12发电。
36.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。