專利名稱：燃機(jī)島工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭聯(lián)產(chǎn)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)領(lǐng)域，是一 種燃機(jī)島工藝方法，主要包括合成氣燃?xì)廨啓C(jī)與系統(tǒng)的匹配方案，用于煤 炭聯(lián)產(chǎn)和IGCC中的動力生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源和環(huán)境壓力日益緊迫。石油和天然氣 儲量的相對有限和煤炭資源的相對充足決定了我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)， 但煤在傳統(tǒng)的發(fā)電利用過程中容易產(chǎn)生大量的污染物，是我國環(huán)境污染的 主要來源。煤炭聯(lián)產(chǎn)和IGCC為煤的清潔利用開辟新的途徑，首先將煤氣 化為合成氣，合成氣凈化以后通入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒后，推動透平做功 發(fā)電。合成氣采用傳統(tǒng)的燃燒方式存在污染物排放高和燃燒安全性的問 題，現(xiàn)在國內(nèi)外普遍采用的燃燒方式為稀釋擴(kuò)散燃燒，但是聯(lián)產(chǎn)和IGCC 系統(tǒng)較為復(fù)雜，合成氣應(yīng)該如何稀釋，用什么稀釋劑進(jìn)行稀釋，稀釋到什 么程度，燃?xì)廨啓C(jī)如何實(shí)現(xiàn)通流匹配等問題還沒有解決。因此燃?xì)廨啓C(jī)必 須與聯(lián)產(chǎn)和IGCC系統(tǒng)中的能流/物流進(jìn)行優(yōu)化匹配，才能提高系統(tǒng)效率和 穩(wěn)定性、改善經(jīng)濟(jì)性、降低污染物排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃機(jī)島工藝方法，用于煤炭聯(lián)產(chǎn)和IGCC中
的動力生產(chǎn)，使合成氣燃機(jī)在聯(lián)產(chǎn)和IGCC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、低污
染運(yùn)行，通過燃機(jī)與系統(tǒng)的優(yōu)化匹配，達(dá)到系統(tǒng)的性能指標(biāo)，保證系統(tǒng)的 經(jīng)濟(jì)性。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種燃機(jī)島工藝方法，用于煤炭聯(lián)產(chǎn)和IGCC中的動力生產(chǎn)，是一種 合成氣燃?xì)廨啓C(jī)與系統(tǒng)之間的匹配方法；其合成氣燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室采用 稀釋擴(kuò)散燃燒方式進(jìn)行燃燒；
對合成氣燃?xì)廨啓C(jī)供應(yīng)的合成氣，以空分系統(tǒng)的氮?dú)饣蛴孟到y(tǒng)余熱加 熱的熱水進(jìn)行稀釋；合成氣燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽取空氣供應(yīng)空分，以解決合 成氣燃?xì)廨啓C(jī)通流匹配。
所述的燃機(jī)島工藝方法，其所述合成氣燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽取空氣供應(yīng) 空分，是抽取壓縮機(jī)總空氣量的5%-30%的空氣供應(yīng)空分系統(tǒng)構(gòu)成部分整體 空分，即抽取壓縮機(jī)總空氣量的5%_30%恰為空分系統(tǒng)所需空氣量的 30%-100%。
所述的燃機(jī)島工藝方法，其所述用合成氣燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽取空氣供 應(yīng)空分，是抽取的空氣經(jīng)換熱器進(jìn)行余熱回收后供應(yīng)空分系統(tǒng)。
所述的燃機(jī)島工藝方法，其所述用合成氣燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽取5%-30% 的空氣，其壓縮機(jī)抽取部分空氣的量是根據(jù)合成氣的熱值，計(jì)算出透平的 通流增加量，以保證透平正常通流為依據(jù)來確定的。所述的燃機(jī)島工藝方法，其所述以空分系統(tǒng)的氮?dú)饣蛴孟到y(tǒng)余熱加熱 的熱水對合成氣進(jìn)行稀釋，是單獨(dú)用氮?dú)庀♂?，或單?dú)用濕化器濕化，或 是兩者的組合。
所述的燃機(jī)島工藝方法，其所述合成氣的稀釋，利用了系統(tǒng)中本來沒
用的氮?dú)夂?5(TC以下的低品位熱水。
所述的燃機(jī)島工藝方法，其包括步驟
a) 空分來的氧氣和煤在氣化爐中產(chǎn)生合成氣；
b) 合成氣在濕化器中與余熱進(jìn)行逆流換熱，形成水蒸氣稀釋的合 成氣，其中，水蒸氣的體積比為0-60%;
c) 由b)步形成的稀釋的合成氣，經(jīng)過熱器過熱為^5CTC后進(jìn)入燃 燒室進(jìn)行燃燒；
d) 燃燒室中的空氣與合成氣燃燒后的燃?xì)膺M(jìn)入透平膨脹做功，帶 動發(fā)電機(jī)發(fā)電，透平排出的煙氣通往余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽供蒸汽輪 機(jī)發(fā)電。
所述的燃機(jī)島工藝方法，適用于空分的操作壓力和壓縮機(jī)的壓力相匹 配的系統(tǒng)；其包括步驟
a) 空分來的氧氣和煤在氣化爐中產(chǎn)生合成氣；
b) 由a)步形成的合成氣與空分來的氮?dú)庠趽交炱髦羞M(jìn)行摻混，產(chǎn) 生的氮?dú)庀♂尯铣蓺膺M(jìn)入燃燒室燃燒；
c) 同時(shí)，合成氣燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)抽取壓縮空氣進(jìn)入冷卻器進(jìn)行 換熱后供應(yīng)空分；
d) 燃燒室中的空氣與氮?dú)庀♂尯铣蓺馊紵蟮娜細(xì)膺M(jìn)入透平膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，透平排出的煙氣通往余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽 供蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
本發(fā)明的效果是實(shí)現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)和IGCC系統(tǒng)中燃機(jī)島工藝方法，在全工況
范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低N0x排放、燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)和透平的通流匹配，降低空分的
耗功，系統(tǒng)效率提高，系統(tǒng)簡單、調(diào)控靈活。


圖l本發(fā)明燃機(jī)島工藝方法流程圖2本發(fā)明燃機(jī)島工藝方法的一種實(shí)施特例；
圖3本發(fā)明燃機(jī)島工藝方法的另一種實(shí)施特例。
具體實(shí)施例方式
參見附圖1，為本發(fā)明燃機(jī)島工藝方法的流程簡圖，其中包括合成氣 燃?xì)廨啓C(jī)(由壓縮機(jī)8、燃燒室7和透平9組成)，合成氣稀釋供應(yīng)方案(氣 化爐l、摻混器4、濕化器5、過熱器6及換熱器10)，燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽 氣利用方案(空分2、冷卻器3)。
本發(fā)明燃機(jī)島工藝方法流程，闡述如下
如圖1所示合成氣燃?xì)廨啓C(jī)包括壓縮機(jī)8、燃燒室7和透平9，空氣 經(jīng)壓縮機(jī)8壓縮后大部分進(jìn)入燃燒室7，其中一部分進(jìn)入冷卻器3進(jìn)行余 熱利用后供應(yīng)空分2，燃燒室7中的空氣與合成氣燃燒后的高溫高壓燃?xì)?進(jìn)入透平9膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，透平9排出的煙氣通往余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽供蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
合成氣稀釋工藝方案由氣化爐1、空分2、摻混器4、濕化器5、過熱
器6以及換熱器10組成，由氣化爐1來的合成氣和由空分2來的氮?dú)庠?摻混器4進(jìn)行摻混形成由氮?dú)庀♂尩暮铣蓺?；然后進(jìn)入濕化器5與由換熱 器10來的熱水進(jìn)行逆流傳熱傳質(zhì)，使得合成氣增溫增濕，達(dá)到稀釋的目 的，同時(shí)利用了系統(tǒng)中先前無法利用的低品位余熱，提高了系統(tǒng)的效率； 稀釋并濕化的合成氣進(jìn)入過熱器6進(jìn)行過熱以避免合成氣中的水蒸氣凝 結(jié)，然后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室7進(jìn)行燃燒。
燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽氣利用方案由壓縮機(jī)8、冷卻器3以及空分2組成， 在壓縮機(jī)8的排氣缸處抽取部分壓縮空氣，經(jīng)冷卻器3進(jìn)行余熱利用后， 供應(yīng)空分2構(gòu)成部分空分。由于燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)8的效率往往高于空分2 中的壓縮機(jī)，所以從壓縮機(jī)8抽氣供應(yīng)空分可以降低空分2的耗功，從而 提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。此抽氣利用方案可以使得燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)8和透平 7之間由于合成氣稀釋導(dǎo)致的通流匹配問題得到解決。部分整體空分可以 克服完全整體空分的系統(tǒng)氣動靈活性問題，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的效率。
圖2所示為本發(fā)明的一種實(shí)施例，空分2來的氧氣和煤在氣化爐1中 產(chǎn)生熱值為10MJ的合成氣，合成氣在濕化器5中與余熱進(jìn)行逆流換熱， 形成7MJ的水蒸氣稀釋合成氣(水蒸氣所占體積比為30%),經(jīng)過熱器6 過熱后進(jìn)入燃燒室7進(jìn)行燃燒。本實(shí)施例壓縮機(jī)8無需抽氣即可實(shí)現(xiàn)壓縮 機(jī)8和透平9的通流匹配，由于本實(shí)施特例利用了系統(tǒng)低品位余熱(250 'C以下的熱水)，因此系統(tǒng)的效率高，系統(tǒng)簡單，操控靈活。本實(shí)施例的 缺點(diǎn)是需要消耗軟化水，因此在缺水的地方可以適用如圖3所示的另一實(shí)施例。
圖3為另一實(shí)施例，氣化爐1來的熱值為10MJ的合成氣與空分2來的氮?dú)庠趽交炱?中進(jìn)行摻混，產(chǎn)生6MJ的氮?dú)庀♂尯铣蓺?其中氮?dú)馑嫉捏w積比為40%)進(jìn)入燃燒室7燃燒，抽取壓縮機(jī)8的總空氣量的5%進(jìn)入冷卻器3進(jìn)行換熱后供應(yīng)空分2，此部分空氣為空分2所需空氣量的30%，構(gòu)成合適的部分整體空分。此實(shí)施例適用于空分2的操作壓力和壓縮機(jī)8的壓力相匹配的系統(tǒng)。
以上所述，僅是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案提出的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃機(jī)島工藝方法，用于煤炭聯(lián)產(chǎn)和IGCC中的動力生產(chǎn)，是一種合成氣燃?xì)廨啓C(jī)與系統(tǒng)之間的匹配方法；其特征在于合成氣燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室采用稀釋擴(kuò)散燃燒方式進(jìn)行燃燒；對合成氣燃?xì)廨啓C(jī)供應(yīng)的合成氣，以空分系統(tǒng)的氮?dú)饣蛴孟到y(tǒng)余熱加熱的熱水進(jìn)行稀釋；合成氣燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽取空氣供應(yīng)空分，以解決合成氣燃?xì)廨啓C(jī)通流匹配。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃機(jī)島工藝方法，其特征在于所述合成氣燃?xì)?輪機(jī)壓縮機(jī)抽取空氣供應(yīng)空分，是抽取壓縮機(jī)總空氣量的5%-30%的 空氣供應(yīng)空分系統(tǒng)構(gòu)成30%-100%的部分整體空分。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃機(jī)島工藝方法，其特征在于所述用合成氣燃 氣輪機(jī)壓縮機(jī)抽取空氣供應(yīng)空分，是抽取的空氣經(jīng)換熱器進(jìn)行余熱回 收后供應(yīng)空分系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求2所述的燃機(jī)島工藝方法，其特征在于所述用合成氣燃 氣輪機(jī)壓縮機(jī)抽取5%-30%的空氣，其壓縮機(jī)抽取部分空氣的量是根 據(jù)合成氣的熱值，計(jì)算出透平的通流增加量，以保證透平正常通流為 依據(jù)來確定的。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃機(jī)島工藝方法，其特征在于所述以空分系統(tǒng) 的氮?dú)饣蛴孟到y(tǒng)余熱加熱的熱水對合成氣進(jìn)行稀釋，是單獨(dú)用氮?dú)庀?釋，或單獨(dú)用濕化器濕化，或是兩者的組合。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的燃機(jī)島工藝方法，其特征在于所述合成氣的稀釋，利用了系統(tǒng)中本來沒用的氮?dú)夂?5(TC以下的低品位熱水。
7.如權(quán)利要求1所述的燃機(jī)島工藝方法，其特征在于包括步驟a) 空分來的氧氣和煤在氣化爐中產(chǎn)生合成氣；b) 合成氣在濕化器中與余熱進(jìn)行逆流換熱，形成水蒸氣稀釋的合成氣，其中，水蒸氣的體積比為0_60%;c) 由b)步形成的稀釋的合成氣，經(jīng)過熱器過熱為^5(TC后進(jìn)入燃 燒室進(jìn)行燃燒；d) 燃燒室中的空氣與合成氣燃燒后的燃?xì)膺M(jìn)入透平膨脹做功，帶 動發(fā)電機(jī)發(fā)電，透平排出的煙氣通往余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽供蒸汽 輪機(jī)發(fā)電。
8、如權(quán)利要求1所述的燃機(jī)島工藝方法，適用于空分的操作壓力和壓縮 機(jī)的壓力相匹配的系統(tǒng)；其特征在于包括步驟a) 空分來的氧氣和煤在氣化爐中產(chǎn)生合成氣；b) 由a)步形成的合成氣與空分來的氮?dú)庠趽交炱髦羞M(jìn)行摻混，產(chǎn) 生的氮?dú)庀♂尯铣蓺膺M(jìn)入燃燒室燃燒；c) 同時(shí)，合成氣燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)抽取壓縮空氣進(jìn)入冷卻器進(jìn)行 換熱后供應(yīng)空分；d) 燃燒室中的空氣與氮?dú)庀♂尯铣蓺馊紵蟮娜細(xì)膺M(jìn)入透平膨脹 做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，透平排出的煙氣通往余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽 供蒸汽輪機(jī)發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明一種燃機(jī)島工藝方法，用于煤炭聯(lián)產(chǎn)和IGCC中的動力生產(chǎn)，通過燃機(jī)與系統(tǒng)的優(yōu)化匹配，使合成氣燃機(jī)在聯(lián)產(chǎn)和IGCC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、低污染運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)的性能指標(biāo)，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。其中包括合成氣燃?xì)廨啓C(jī)，合成氣稀釋供應(yīng)方案以及燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽氣利用方案。合成氣稀釋供應(yīng)方案為合成氣燃?xì)廨啓C(jī)提供合適的稀釋合成氣的同時(shí)提高了系統(tǒng)效率，燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)抽氣利用方案解決了壓縮機(jī)與透平的通流匹配問題的同時(shí)提高了系統(tǒng)效率。
文檔編號F01K23/10GK101555834SQ200810103648
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者張哲巔, 岳 王, 肖云漢 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所