整体煤气化联合循环(I GCC)发电系统性能计算与分析白玉峰(安徽华能巢湖发电有限公司,安徽巢湖230000)摘　要:针对整体煤气化联合循环(I GCC )发电系统在技术、经济、环保综合性能上具有较大的优势,阐述了I GCC 发电系统分类,对4种采用空气气化型的I GCC 发电系统进行了性能计算和参数分析,得到了供电效率与燃气轮机压比、入口温度之间的关系。

关键词:I GCC;煤气化;发电系统;性能分析中图分类号:TK227.1 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2006)04-03Perfor mance calcul ati on and analysisof I GCC power generati on syste mBA I Yufeng(Chaohu Power Generati on Cor porati on of China Huaneng Gr oup,Chaohu 230000,China )Abstract:I ntegrated gasificati on combined circulati on (I GCC )power generati on syste m has many advantages in s ome as pects,such as in technol ogy,economy,envir onment p r otecti on and s o on,the paper intr oduced t o its classificati ons,and the perf or mance calculati on and para meter analysis of f our kinds of I GCC po wer genera 2ti on syste m with air gasificati on type were done,and the relati onshi p bet w een efficiency of power supp ly and inlet te mperature of gas turbine was gained .Key words:integrated gasificati on combined circulati on (I GCC );coal gasificati on;power generati on syste m;perfor mance analysis 目前,整体煤气化联合循环(I GCC )燃煤发电系统效率高、污染小,是一种洁净、高效的燃煤发电技术[1-3]。

下面对不同型式的I GCC 发电系统进行分类和分析,并对四种不同型式的空气气化的I GCC 发电系统进行性能计算和参数分析。

图1　氧气气化的I GCC系统图2　空气气化的I GCC 系统1　整体煤气化联合循环(I GCC )系统的分类根据I GCC 系统气化炉型式和粗煤气净化系统不同可以分为不同的型式。

当I GCC 系统采用收稿日期:2006-05-23作者简介:白玉峰(1969-),男,1995年毕业于上海电力学院热能动力工程专业,硕士学位。

—152—第28卷　第4期 黑龙江电力 2006年8月氧气气化工艺时,因制氧系统的加入投资较大,系统复杂,炭转化率较高,制得的煤气为中热值和高热值煤气,燃气轮机不需做较大的改变,煤气净化系统体积较小;采用空气气化的型式,可以减少投资,但产生的煤气热值低,煤气净化系统体积大,燃气轮机需做较大的改动。

可见,采用氧气气化和空气气化各有优缺点,要权衡经济性等因素来决定所采用的气化工艺。

一般燃用煤粉含量高的煤种,选气流床气化炉较为合适;燃用高灰分、高硫分的劣质煤,则选用流化床气化工艺较好。

图1和图2分别为采用氧气气化和空气气化的I GCC 系统图。

由图1和图2可见,I GCC 发电系统主要由气化炉、制氧设备(吹氧气气化的煤气化系统)、煤气冷却器、粗煤气除尘脱硫净化系统、燃烧室、压气机、燃气透平和蒸汽轮机等热力设备组成。

粗煤气净化系统有两种型式:低温湿法粗煤气净化系统(CGCU )和高温干法粗煤气净化系统(HGCU ),其系统图分别如图3、图4所示。

低温湿法粗煤气净化系统(CGCU )是较为成熟的粗煤气净化技术,从气化炉出口的高温粗煤气经粗煤气冷却器冷却至460℃,燃后经粗煤气/洁净煤气换热器冷却到200℃,再进入旋风分离除尘器和文氏湿法除尘器除去绝大多数粉尘颗粒;除尘后煤气温度降至38℃,在此过程中有大量的煤气显热损失;除尘后的煤气在低温脱硫装置内脱硫处理,脱出95%～99%的含硫化合物,洁净的煤气经饱和器加湿处理,经粗煤气/洁净煤气换热器预热后进入燃气轮机燃烧室内燃烧。

高温干法粗煤气净化系统(HGCU )技术要求高,能避免过大的显热损失;按目前的技术现状,且考虑到碱金属的脱出[5],粗煤气冷却器出口煤气温度取550℃,除尘、脱硫过程存在40℃的温度损失,洁净煤气直接进入燃气轮机燃烧室燃烧。

图3　CGCU 系统2　I GCC 系统性能计算与分析为了对两种炉型与两种粗煤气净化系统组合而成的4种型式的I GCC 系统性能进行计算分析,气流床气化炉与流化床气化炉均采用空气鼓风气化,分别为CE 炉和U —G AS 炉;粗煤气净化图4　HGCU 系统系统分别配合HGCU 和CGCU ,4种组合的I GCC 系统性能计算结果如表1所示。

其中燃气轮机燃烧室出口温度T 3=1200℃,燃气轮机压比β=16,气化炉的气化剂蒸汽/空气比S T M =0.2,HRSG 排烟温度T ex =135℃。

由表1可见,在相同设计参数下,采用操作温度较低的流化床气化炉或采用温度较高的气流床气化炉对配置HGCU 粗煤气净化系统的I GCC 方案各有优缺点。

采用气流床气化炉,碳转化率X c 高,但产生的煤气热值小、产气量大、经粗煤气冷却器直接进入蒸汽轮机做功的旁路热值较大;流化床气化炉的碳转化率虽不及气流床,但U -G AS 炉也能达到96%～97%,同时因气化炉操作温度偏低,产生的煤气热值比气流床高,粗煤气净化系统体积小,经粗煤气冷却器直接进入蒸汽轮机的旁路热值较小,总的效果是两者供电效率基本相同。

但对配置CGCU 的I GCC 系统,采用气流床气化炉的方案因旁路热值大、煤气热值低、煤气增压功耗大,比采用流化床的I GCC 方案供电效率低0.4%。

与常规电站比较,I GCC 系统比常规电站的供电效率高出5%～7%,节能潜力非常大。

采用HGCU 的系统比采用CGCU 的系统的供电效率高,但技术上较难实现,初期投资将增加。

表1　I GCC 系统性能计算结果项 目单位流化床U -G AS气流床CE气化炉操作压力P G kPa23132313气化炉操作温度T G ℃10201216碳转化率X C %0.970.99气化空气量kg/kg 煤 2.51 3.73气化蒸汽量kg/kg 煤0.5020.746煤气产量(kg/kg 煤)/(Nm 3/kg 煤)3.90/3.615.38/5.09煤气热值kJ /Nm 36526.04280.0煤气化系统能量效率ηB HGCU 0.91CGCU 0.89HGCU 0.91CGCU 0.89压气机进气量kg/s 898.6837.7819.3765.2压气机耗功MW 335.4313.2310.4290.7燃气透平膨胀功MW 617.0591.6576.7548.3燃气轮机输出电功率MW 281.7278.4266.3257.6蒸汽轮机输出电功率MW 195.5193.8217.4512.4系统发电量MW 477.2472.2483.7473.0厂用电率%6677系统供电效率(LLV )%44.944.445.044.0—252—Vol .28,No .4 Heil ongjiang Electric Power Aug .20063　I GCC 供电效率与燃气轮机压比、入口温度的关系对采用CE 气流床气化炉与HGCU 系统的I GCC 系统进行参数计算与分析,供电效率随压比、燃气轮机入口温度(燃烧室出口温度)T 3的变化如图5所示。

图5　I GCC 系统供电效率与压比、燃气轮机入口温度T 3的关系 由图5可见,在同一燃气轮机压比下,I GCC 发电系统的供电效率随燃气轮机入口温度T 3的升高而明显升高。

T 3每上升100℃,供电效率ηNcc将增加0.9%～1.5%,因而设计透平前温度T 3对I GCC 系统的影响很大,一般尽量提高设计值。

当然,提高T 3受到燃气轮机工艺及技术的限制,目前世界上已经制造成功G 型和H 型燃气轮机,燃气初温均为1427℃,前者用空气来冷却透平的高温叶片,后者则改用水蒸汽冷却[3]。

与温度T 3一定时,系统供电效率随压比的变化呈先增后减的趋势。

对于一定的T 3,存在一个最佳压比β,在最佳压比下供电效率达到最大,其最佳压比β的范围为:T 3=1000℃时,βopt =12～13;T 3=1100℃时,βopt =15～16;T 3=1200℃时,βopt =18;T 3=1300℃时,βopt =20～21。

表明随燃气轮机入口温度的升高最佳压比的值相应增大,在最佳压比附近的系统供电效率变化不大,为燃气轮机的压比选择提供了较大的灵活性。

4　结论a .同常规电站相比,I GCC 燃煤发电系统在技术、经济、环保的综合性能上具有较大的优势,对老电厂的改造、提高燃煤利用和环境保护具有重大意义。

b .在相同设计参数下,I GCC 系统采用操作温度较低的流化床气化炉或采用温度较高的气流床气化炉应根据具体情况和现场进行设计决定,对配置CGCU 的I GCC 系统建议采用操作温度较低的流化床气化炉。

c .在进行I GCC 设计时,燃气轮机入口温度一般尽量取高值,其燃气轮机压比应取在最佳压比附近。

d .与其它类型的燃煤联合循环发电系统相比,I GCC 系统具有较大的供电效率。

目前,I GCC 系统尚未发展到成熟阶段,某些关键技术还有待突破,如发展高效、高产量的气化炉,以及进一步研究发展高温干法粗煤气净化技术和燃用低热值煤气的燃气轮机技术等。

参考文献:[1]李现勇,肖云汉,蔡睿贤.整体煤气化联合循环(I GCC )技术的发展和应用[J ].热能动力工程,2001,16(6):575—578[2]焦树建.整体煤气化燃气-蒸汽联合循环[M ].北京:中国电力出版社,1996[3]焦树建.关于目前世界上I GCC 发展情况与趋势的评论[J ].燃气轮机技术,2004,17(3):1—5[4]焦树建.论I GCC 电站中气化炉型的选择[J ].燃气轮机技术,2002,15(2):4—14[5]R.RMckinsey,J.M.W heeldon .A Perf or mance Comparis on of Ad 2vanced Coal Based Power Generati on Technol ogies[C ].Pr oc .of the 14th I nternati onal AS ME Conference on Fluidized Bed Com 2busti on,1997,Vol .1:561—570(编辑　侯世春)学习“八荣八耻”,树立社会主义荣辱观—352—第28卷　第4期 黑龙江电力 2006年8月。