一種利用IGCC低品位餘熱發電的裝置的製作方法

2023-05-21 04:19:31

本實用新型屬於先進能源技術領域，具體涉及一種利用IGCC低品位餘熱發電的裝置。

背景技術：

整體煤氣化聯合循環(Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC)是將清潔的煤氣化技術和高效的燃氣-蒸汽聯合循環相結合的先進發電系統，具有較高的發電效率和優良的環保性能，IGCC實施CO2捕集後能耗損失低於常規燃煤發電技術。IGCC由兩大部分組成，即煤氣化部分和燃氣-蒸汽聯合循環部分。煤氣化部分主要設備有氣化爐、空分系統、煤氣淨化設備、CO2捕集裝置等；燃氣-蒸汽聯合循環部分的主要設備有燃氣輪機、餘熱鍋爐、汽輪機等。IGCC的工作過程簡要描述為煤在氣化爐中與工業級純氧和水經過氣化反應成為中低熱值煤氣(主要是CO+H2)，經過回收回熱、淨化與CO2捕集後，除去粗煤氣中的硫化物、氨、氮化物、粉塵等汙染物以及絕大部分的CO2，使之變為清潔低碳的氣體燃料，進入燃氣輪機的燃燒室燃燒，然後高溫氣體工質驅動燃氣透平作功，燃氣輪機排氣則進入餘熱鍋爐加熱給水，產生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機作功。

工業可行的脫硫與脫碳工藝為吸收法，該工藝需要將合成氣溫度降至常溫或者更低溫度。氣化爐出口的合成氣溫度在1300～1400℃，對於廢鍋流程，合成氣經過廢熱鍋爐回收顯熱後合成氣溫度仍高於300℃，再經過除塵、溼法洗滌出去粉塵、NH3、HCN、Cl等汙染物，合成氣成為140～150℃的飽和合成氣；對於激冷流程，氣化爐出口的合成氣直接被水激冷至180℃左右飽和合成氣。這些飽和合成氣中含有大量的水蒸氣，潛熱量巨大。通常這些熱量用於預熱燃氣輪機入口燃料氣或預熱蒸汽底循環的凝結水，但是由於IGCC中低品位熱量較多，低品位熱量難以用盡。這些低品位熱量由冷卻水帶走，由冷卻塔釋放到環境中，從而造成能量大量浪費。因此研究利用IGCC低品位餘熱發電有著十分巨大的經濟意義。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種利用IGCC低品位餘熱發電的裝置，用於減小氣化島冷卻塔內的散熱損失，提高系統發電效率。

為達到以上目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種利用IGCC低品位餘熱發電的裝置，包括氣化爐2，所述氣化爐2的煤粉入口連通煤處理設備1，氣化爐2的氧化劑入口連通空分系統3，氣化爐2還包括水蒸氣入口，氣化爐2的合成氣出口依次連通廢熱鍋爐4、氣-氣換熱器5、洗滌除塵設備6、水汽變換單元7、餘熱回收單元8、脫硫脫碳單元9和硫回收單元10；所述餘熱回收單元8的有機工質側出口連通膨脹機15的有機工質入口，膨脹機15的有機工質出口連通冷凝器16的有機工質入口，冷凝器16的有機工質出口連通儲罐17的入口，儲罐17的出口連通有機工質泵18的入口，有機工質泵18的出口連通餘熱回收單元8的入口；冷凝器16的冷卻水出口連通冷卻塔14的入口，冷卻塔14的出口連通冷凝器16的冷卻水入口；所述脫硫脫碳單元9的燃料氣出口連通入氣-氣換熱器5的燃料氣入口，氣-氣換熱器5的燃料氣出口連通燃氣輪機11的入口，燃氣輪機11的尾氣出口連通餘熱鍋爐12的入口，餘熱鍋爐12的高溫高壓蒸汽出口連通汽輪機13的入口；所述廢熱鍋爐4的高壓蒸汽出口連通餘熱鍋爐12的入口。

所述利用IGCC低品位餘熱發電的裝置進行發電的方法，原煤在煤處理設備1中處理為煤粉後，輸送到氣化爐2中；空分系統3產生的純氧與另外一股水蒸氣作為氣化爐2的氧化劑和反應介質進入氣化爐2中；氣化爐2產生的合成氣進入廢熱鍋爐4，氣化爐2產生的渣排除；合成氣在廢熱鍋爐4釋放高溫顯熱後，進入氣-氣換熱器5，廢熱鍋爐4產生的高壓蒸汽進入餘熱鍋爐12過熱；合成氣在氣-氣換熱器5中降溫並釋放熱量給燃料氣，隨後進入洗滌除塵設備6；合成氣在洗滌除塵設備6除去灰塵、NH3和Cl等汙染物後，進入水汽變換單元7；合成氣在水汽變換單元7中將大部分CO與水反應轉換為CO2與H2，再進入餘熱回收單元8；

餘熱回收單元8內的飽和合成氣作為熱源在餘熱回收單元8中將有機工質從液態加熱為過熱蒸汽狀態，過熱蒸汽狀態的有機工質在膨脹機15內膨脹做功，然後進入冷凝器16被冷凝為液態，冷凝後的有機工質經過儲罐17儲存和有機工質泵8升壓後，進入餘熱回收單元8被飽和合成氣加熱，完成一個循環；

合成氣在餘熱回收單元8降溫後進入脫硫脫碳單元9，脫硫脫碳單元9分離出來的H2S進入硫回收單元10，硫回收單元10將H2S轉化為產品硫；脫硫脫碳單元9產生的CO2由電站輸出，用於利用與封存；合成氣在脫硫脫碳單元9脫除CO2與H2S後，成為合格的燃料氣，再進入氣-氣換熱器5升溫；燃料氣離開氣-氣換熱器5後進入燃氣輪機11做功發電，燃燒尾氣進入餘熱鍋爐12；餘熱鍋爐12產生的高溫高壓蒸汽進入汽輪機13做功發電，餘熱鍋爐12排煙排入大氣。

本實用新型和現有技術相比較，具有以下優點：

1、本實用新型提供的利用IGCC低品位餘熱發電的裝置，可回收IGCC低品位餘熱進行發電，從而達到提高IGCC發電效率，降低機組煤耗的作用。

2、本實用新型提供的利用IGCC低品位餘熱發電的裝置，可降低冷卻塔的冷卻熱負荷，減少冷卻塔的水耗。

此外，冷凝器16可以採用空分系統3產生的汙氮進行冷卻，可以進一步降低冷凝器16內有機工質的冷凝溫度，提高膨脹機15的輸出功率，提高電站淨效率。

附圖說明

圖1為本實用新型利用IGCC低品位餘熱發電裝置示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步的詳細描述。

實施例

如圖1所示，本實用新型利用IGCC低品位餘熱發電的方法，原煤在煤處理設備1中處理為煤粉後，輸送到氣化爐2中；空分系統3產生的純氧與另外一股水蒸氣作為氣化爐2的氧化劑和反應介質進入氣化爐2中；氣化爐2產生的合成氣進入廢熱鍋爐4，氣化爐2產生的渣排除；合成氣在廢熱鍋爐4釋放高溫顯熱後，進入氣-氣換熱器5，廢熱鍋爐4產生的高壓蒸汽進入餘熱鍋爐12過熱；合成氣在氣-氣換熱器5中降溫並釋放熱量給燃料氣，隨後進入洗滌除塵設備6；合成氣在洗滌除塵設備6除去灰塵、NH3和Cl等汙染物後，進入水汽變換單元7；合成氣在水汽變換單元7中將大部分CO與水反應轉換為CO2與H2，再進入餘熱回收單元8；

餘熱回收單元8內的飽和合成氣作為熱源在餘熱回收單元8中將有機工質從液態加熱為過熱蒸汽狀態，過熱蒸汽狀態的有機工質在膨脹機15內膨脹做功，然後進入冷凝器16被冷凝為液態，冷凝後的有機工質經過儲罐17儲存和有機工質泵8升壓後，進入餘熱回收單元8被飽和合成氣加熱，完成一個循環；

合成氣在餘熱回收單元8降溫後進入脫硫脫碳單元9，脫硫脫碳單元9分離出來的H2S進入硫回收單元10，硫回收單元10將H2S轉化為產品硫；脫硫脫碳單元9產生的CO2由電站輸出，用於利用與封存；合成氣在脫硫脫碳單元9脫除CO2與H2S後，成為合格的燃料氣，再進入氣-氣換熱器5升溫；燃料氣離開氣-氣換熱器5後進入燃氣輪機11做功發電，燃燒尾氣進入餘熱鍋爐12；餘熱鍋爐12產生的高溫高壓蒸汽進入汽輪機13做功發電，餘熱鍋爐12排煙排入大氣。