第45卷第4期汽輪機(jī)技術(shù)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(wàn)金',林公舒2(1哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱150001; 2哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司哈爾濱150046)摘要:論述ICCC總體設(shè)計(jì)及主要指導(dǎo)思想，提出在IGCC社設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化。關(guān)鍵詞1CC;總體設(shè)計(jì);余熱鍋爐;汽輪機(jī)分類號(hào):TKI4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(jìn)程看,目前更多的資金是投0前言在ICCC上?，F(xiàn)在,美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)、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(guó)都加入到IGCC的開(kāi)發(fā)行列,取得重大binedCycle簡(jiǎn)稱ICCC)是把高效的聯(lián)合循環(huán)總能系統(tǒng)和潔進(jìn)展,已達(dá)到大型商業(yè)化驗(yàn)證階段。目前全世界正在建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)的ICCC工程有24項(xiàng)，總功率8200MW。但我國(guó)對(duì)凈的燃煤技術(shù)結(jié)合起來(lái)的先進(jìn)的發(fā)電系統(tǒng)為當(dāng)今世界能源ICCC 項(xiàng)目還停留在研究階段。隨著國(guó)家“九五”科技攻關(guān)計(jì)關(guān)注的一一個(gè)熱點(diǎn)。它將逐步取代現(xiàn)有的汽輪機(jī)電站,成為火劃項(xiàng)目“整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)關(guān)鍵項(xiàng)目”的建立和完成,一系電動(dòng)力的主要發(fā)展方向。ICCC發(fā)電系統(tǒng)為多種高技術(shù)的集成，它包括:先進(jìn)的煤列重大基礎(chǔ)研究課題及示范工程正在規(guī)劃和實(shí)施中。氣化技術(shù)高溫凈化技術(shù)高性能的燃?xì)廨啓C(jī)、匹配協(xié)調(diào)的余1 ICCC 總體設(shè)計(jì)原則.熱鍋爐和汽輪機(jī)以及系統(tǒng)-體化技術(shù)等。ICCC首先是將煤在汽化爐中進(jìn)行氣化產(chǎn)生煤氣,然后經(jīng)過(guò)凈化處理后通到燃在ICCC總體設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用系統(tǒng)工程的方法,綜合研氣輪機(jī)的燃燒室中燃燒,經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)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(guò)程,按照能量品中產(chǎn)生蒸汽供給汽輪機(jī)作功。簡(jiǎn)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(guó)關(guān)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(jìn)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(shè)備的能源利用率等個(gè)別性能指標(biāo)。首先,ICCC總體設(shè)計(jì)的任務(wù)就是從裝置的總體出發(fā)使毒t GT設(shè)計(jì)滿足用戶或上一級(jí)總體設(shè)計(jì)者的要求。與總體相對(duì)應(yīng)tcy的是部件,總體是由部件組成的，但它又不是機(jī)械的組合。如果說(shuō)第n個(gè)部件在設(shè)計(jì)時(shí)有n個(gè)要決定的變量,則總體就HRSC有N= En(i=1,m)個(gè)變量(m為部件的個(gè)數(shù)) ,每個(gè)部件七ST-的設(shè)計(jì)都要確定它的n個(gè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)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(lái)謀求總體的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，而要將n;個(gè)變量統(tǒng)- -考慮以求裝置的最優(yōu)。但在ICCC總體設(shè)計(jì)中目前還達(dá)不到或較ST--汽輪機(jī);y- -壓氣機(jī);R-燃燒室;GT -燃?xì)馔钙?HRSC一余熱鍋爐;KF-空分裝置;A- -除塵裝置:S-除硫裝置難達(dá)到這種優(yōu)化選擇。IGCC總體設(shè)計(jì)是在部件外特性基礎(chǔ)上進(jìn)行的。部件的收稿日期:2003403-25作者簡(jiǎn)介:柴偉東(1967-) ,男,高級(jí)工程師.哈爾濱工業(yè)大學(xué)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(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等。.3 與總體設(shè)計(jì)有關(guān)熱力參數(shù)總體確定了,相應(yīng)的外特性就是部件設(shè)計(jì)中技術(shù)條件的主要總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)不能脫離部件本身的規(guī)律和水平,但在部件說(shuō)明1CCC設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。的具體設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)對(duì)總體提出一些修改和補(bǔ)充,從而改變1.3.1 燃?xì)廨啓C(jī)效率了總體參數(shù)。包括燃料氣的燃燒化學(xué)熱值與顯熱兩部分,設(shè)計(jì)時(shí)要使總的來(lái)說(shuō),部件要服從總休設(shè)計(jì),總體和部件的關(guān)系不它和燒天然氣時(shí)的燃料燃燒化學(xué)熱值與顯熱之和相等作為能顛倒,為了給部件的設(shè)計(jì)提供方便而超過(guò)了總體的設(shè)計(jì)要初值,但實(shí)際的效率值與燃用天然氣時(shí)不同。若在ICCC系求將造成總體設(shè)計(jì)上的重大缺陷。但不同部件它的設(shè)計(jì)在統(tǒng)應(yīng)用時(shí)要經(jīng)-一系列修正。進(jìn)排氣壓損變化引起的功率、效總體設(shè)計(jì)中的強(qiáng)弱不同。比如，在-般粉煤電站的設(shè)計(jì)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(jī),鍋爐來(lái)決定的,這就不同空分系統(tǒng)和不同N2回注量引起的燃?xì)鉄嵛镄?、設(shè)計(jì)點(diǎn)是總體設(shè)計(jì)中的“強(qiáng)“項(xiàng)。-一個(gè)工程設(shè)計(jì)時(shí)首先要判斷該工工況等修正。為了進(jìn)行這些修正計(jì)算,先要根據(jù)已知參數(shù)，程總體的“強(qiáng)弱”的基礎(chǔ)上把好總體設(shè)計(jì)的程序關(guān)。如果是推算各主要部件在燃用燃?xì)鈺r(shí)的性能,并假定部件效率維持“強(qiáng)”的,原則上就應(yīng)該首先做總體設(shè)計(jì)再向部件提出它的設(shè)不變。計(jì)技術(shù)條件。ICCC中最影響性能的部件是燃?xì)廨啓C(jī),不可1.3.2余熱鍋爐和汽輪機(jī)的效率能脫離燃?xì)廨啓C(jī)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(jī)給水溫度參數(shù)點(diǎn)(汽輪機(jī)裝以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)組成總體。從這個(gè)意義上說(shuō)，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(jī)裝置“強(qiáng)",但由于它在系統(tǒng)上:的復(fù)雜性和多樣性,汽輪機(jī)、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(dāng)大的活動(dòng)余地,故總因此熱耗的計(jì)算不能按 習(xí)慣以給水溫度參數(shù)點(diǎn)作為基礎(chǔ),為體上:仍然存在自由度很大的系統(tǒng)方案選擇問(wèn)題。了便于考核汽輪機(jī)的熱耗，用冷凝器的冷凝水出口(或冷凝1.1總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)水泵出口)參數(shù)作為冷端參數(shù)?？傮w設(shè)計(jì)的第一步是劃分部件,總體中的部件與一般概在選定燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)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(jī)在-般概念中可以是一一個(gè)部最重要因素之-,系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)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(gè)獨(dú) 立的一-級(jí)部件。熱,廢熱(燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱產(chǎn)生蒸汽,還有煤氣爐和煤氣冷對(duì)于IGCC總體,整個(gè)熱力系統(tǒng)應(yīng)分為兩個(gè)部分:氣化島卻、凈化系統(tǒng)中各種熱能可利用來(lái)產(chǎn)生蒸汽)。和動(dòng)力島。氣化島部分可分為3個(gè)子部件,汽化爐本體、凈這個(gè)子系統(tǒng)需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在燃?xì)馀艢鉁囟群陀酂峄骱涂辗盅b置:動(dòng)力島部分又可分為2個(gè)子部件,燃?xì)廨嗗仩t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(jī)和燕汽系統(tǒng)(余熱鍋爐和汽輪機(jī)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(jī)應(yīng)首先參加蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),決換熱元件形式(端差)、余熱鍋爐的金屬消耗量汽輪機(jī)的結(jié)定蒸汽參數(shù)后在分別進(jìn)行本部件的設(shè)計(jì)。構(gòu)形式及其系列化設(shè)計(jì)的模塊。在蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中將決定燕汽系統(tǒng)的形式(如單對(duì)燃機(jī)采用CE公司的9FA,進(jìn)行蒸汽系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)。壓雙壓、是否再熱等)和新蒸汽參數(shù)(如溫度、壓力、流量當(dāng)采用三壓再熱系統(tǒng)時(shí)汽輪機(jī)功率為175.82MW;采用雙壓等),因此,汽輪機(jī)的參數(shù)應(yīng)在這個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中選再熱系統(tǒng)時(shí),功率為173.64MW。計(jì)算結(jié)果表明,1CCC采用定。裝置效率取決于氣化爐、燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)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(fù)雜許多，化爐效率對(duì)總體產(chǎn)生正比的影響;燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)效率則這是由于ICCC中蒸汽系統(tǒng)不但要回收燃?xì)廨啓C(jī)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(guò)加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生正比的影響。蒸汽和熱水比較富裕。所以，在實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)中,要綜合考?xì)饣癄t和燃?xì)廨啓C(jī)在按現(xiàn)實(shí)的先進(jìn)設(shè)備原則選用時(shí)它慮,即在滿足技術(shù)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(jī)的優(yōu)為整體效率與投資的折中?；O(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)思想2結(jié)論(1)關(guān)鍵設(shè)備采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù),其它設(shè)備立足于國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。研制ICCC是-項(xiàng)投資大、難點(diǎn)多、涉及面廣、開(kāi)(1)提出IGCC總體設(shè)計(jì)原則,對(duì)部件進(jìn)行了劃分。部發(fā)周期長(zhǎng)的系統(tǒng)工程,國(guó)外工業(yè)先進(jìn)國(guó)家開(kāi)發(fā)出許多有使用件設(shè)計(jì)要服從總體設(shè)計(jì),但在部件的具體設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)對(duì)總體價(jià)值的技術(shù)，我們應(yīng)以最小的代價(jià)獲得關(guān)鍵技術(shù),縮短我國(guó)提出一-些修改和補(bǔ)充，從而改變了總體參數(shù);再對(duì)總體重新1CCC達(dá)到商業(yè)應(yīng)用的過(guò)程。設(shè)計(jì)后,對(duì)部件提出新的要求。(2)功率等級(jí)(2) ICCC中最影響性能的部件是燃?xì)廨啓C(jī),不可能脫在ICCC中,由于燃?xì)廨啓C(jī)總是處于變工況運(yùn)行,追求圖離燃?xì)廨啓C(jī)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(méi)有實(shí)際意義的。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，先應(yīng)選擇合適以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)組成總體。在選定燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型后,蒸汽的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)型，以其性能參數(shù)為基準(zhǔn),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(guò)理論分析和實(shí)例認(rèn)為在蒸汽- -體 化設(shè)計(jì)中,采(3)方案設(shè)計(jì)時(shí)要全面權(quán)衡效率、環(huán)保性能、經(jīng)濟(jì)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(fù)雜。所進(jìn)性和可靠性等,在滿足技術(shù)可行性.可靠性等的前提下，以,在實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)中,要綜合考慮即在滿足技術(shù)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。