IGCC系统空分装置与燃气轮机的匹配优化

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1、第34卷第6期华电技术Vo1．34No．62012年6月HuadianTechnologyJun．2012IGCC系统空分装置与燃气轮机的匹配优化张东晓，陈晓利，吴少华，李振中。(1．中国华电集团公司，北京100031；2．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001；3．国家电站燃烧工程技术研究中心，辽宁沈阳110034)摘要：利用Thermoflex软件建立的整体煤气化联合循环(IGCC)系统模型，研究了不同空分压力下整体空分系数(X。)和氮气回注系数()对系统性能的影响。当采用高压空分时，IGCC供电效率随。增大而提高，而对于低压空

2、分，IGCC供电效率随增大而降低，低压空分一般不宜与完全空分整体化同时采用。随的增加，高压空分和低压空分的IGCC供电效率均呈先升高后降低的趋势。当较低就可满足燃气轮机NO排放要求时，宜采用低压空分。关键词：整体煤气化联合循环(IGCC)；燃气轮机；整体空分系数；氮气回注系数；空分压力中图分类号：TM611文献标志码：A文章编号：1674—1951(2012)06—0013—03表2IGCC系统模型设计参数0引言整体煤气化联合循环IGCC(IntegratedGasifica．tionCombinedCycle)系统是将煤气化技术和高效的联合循环技术相

3、结合的先进动力系统，是世界上极有发展前途的一种洁净煤发电技术J，一般由煤的气化与净化和燃气一蒸汽联合循环发电两大部分组成。空分装置作为系统的重要设备之一，其工艺流程的选择，以及空分装置与燃气轮机系统的连接方式，对IGCC机组的供电效率、比投资费用乃至整个系统的运行灵活性和可靠性都会产生很大影响，是系统设计优化的一个重要变量j。文献[5—11]已经对IGCC空分系统和装置进行过相关研究，本文在文献[5]的基础上，利用Thermoflex软件建立的IGCC系统模型，研究了不同空分压力下整体空分系数(。)和氮气回注系数(X)对IGCC系统性能的影响，为IGC

4、C电站系统空分装置与燃气轮机的匹配优化设计提供参考。1模型建立及计算条件2计算结果及分析建模所用主要设备选用GE公司的PG9171E型燃气轮机、三压再热式余热锅炉和蒸汽轮机，采用与2．1不同空分压力下对系统性能的影响文献[5]相同的200MW级IGCC系统模型及计算条为从燃气轮机压气机所抽空气量占空分装件。煤质及系统设计参数见表1、表2。置所需空气量的比例。直接影响着燃气轮机表1煤质情况各部件联合平衡运行的工况点和性能，从而对燃气收稿日期：2112—05—24轮机的出功、效率和运行稳定性产生很大的影响。基金项目：国家863高技术基金项目(2006AA0

5、5A115)此外，还影响系统的厂用电耗率、空分工艺流程·14·华电技术第34卷和氮气的回注利用率，对系统功率和效率有着至关宜与完全整体化空分同时采用。这是因为现代重型重要的影响。燃气轮机一般都具有较高的压比等特点，燃气轮机按照IGCC的3种空分系统配置方式，取不抽气压力要高于低压空分的操作压力，这种压力的不同值：匹配最终直接导致压缩功的损失。相反，完全整体化(1)独立空分系统，X=0。空分装置空气由一空分宜与高压空分相配合，这也是BuggenumIGCC和个单独的空气压缩机提供。PuertollanoIGCC采用高压空分的原因之一。(2)整体化空分系统

6、，X=1。空分装置空气全在空分整体化率较小的情况下，可通过膨胀透平部来自于燃气轮机的压气机抽气。回收部分压缩功以减小损失，并通过结合燃气轮机通(3)部分整体化空分系统，X。=0～1。空分装流情况、降低NO排放浓度的方式以及系统可靠性置空气部分来自于燃气轮机的压气机抽气。等因素来综合考虑采用低压空分还是高压空分。按空分装置操作压力大小，一般分为高压空分和由图1b、图1c可见，随着增大，高压空分和低低压空分2类。低压空分的操作压力一般在0．6MPa压空分时IGCC系统的净功率和空分耗功均呈下降左右，从空分精馏塔抽取的氮氧气压力略高于环趋势。当X。<0．8时

7、，低压空分时IGCC系统的净功境压力；而高压空分的操作压力较高，所产生的氮气率高于高压空分时IGCC系统的净功率。而当压力也相应较高。为便于比较高、低压空分。对系X。>0．8时，低压空分时IGCC系统的净功率低于高压统性能的影响，本文在具体计算时所指的高压空分操空分时IGCC系统的净功率。而空分耗功正好相反。作压力为1．1MPa，低压空分操作压力为0．5MPa。2．2不同空分压力下对系统性能的影响图1给出了不同空分压力下对系统供电效为回注到燃气轮机的氮气流量占空分系统率、净功率和空分耗功的影响。由图1可见，对于高生产的氮气总量的比例。其公式为压空分，I

8、GCC供电效率随增大而提高，完全整体Xs．=化空分比完全独立空分效率提高1．5％。而对于低式中