捕集系统供应蒸汽的装置及方法
【专利摘要】一种为燃烧前CO2捕集系统供应蒸汽的装置及方法，从气化炉汽包抽取饱和蒸汽作为水-气变换反应的加湿蒸汽，蒸汽供应稳定，蒸汽压力和温度等参数与煤气参数匹配性好，避免了从汽轮机抽取较高压力的过热蒸汽，且变工况下蒸汽流量调节方便；利用余热锅炉低压过热蒸汽和从汽轮机低压缸抽取的低压蒸汽经过喷水减温后作为吸收剂热再生用加热蒸汽，蒸汽参数稳定，可有效利用蒸汽凝结潜热，减少抽汽量；本发明可减少因CO2捕集造成的IGCC电厂蒸汽轮机功率的下降，提高全厂的发电效率。
【专利说明】一种为燃烧前002捕集系统供应蒸汽的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于洁净煤发电和(?捕集【技术领域】，具体涉及一种为燃烧前(^^捕集系统供应蒸汽的装置及方法。
【背景技术】
[0002]采取实际行动削减⑶2等温室气体的排放已经在国际社会达成共识。在众多的002减排方案中，在燃煤火电厂进行(?捕集和封存是最具有潜力的大规模减排(1) 2技术。目前的(?捕集技术路线主要包括燃烧后捕集、富氧燃烧和燃烧前捕集技术。其中燃烧前捕集技术是一种基于整体煤气化联合循环)的新型(?捕集技术。叩⑶集成了煤气化和燃气一蒸汽联合循环，是一种新型的清洁高效的发电技术。在叩⑶电厂中进行燃烧前002捕集具有三方面的优势:第一，叩⑶发电系统本身具有很高的发电效率，并且随着技术的进步，发电效率仍然有很大的提升空间，因此叩⑶电厂对(?捕集带来的系统发电效率下降的承受力较强；第二，在叩⑶发电系统中，首先要将煤转化成合成气，这就可以进而通过水-气变换反应将合成气中的(?转化成(?，方便于进行燃烧前(?捕集。由于在燃烧前就将(?分离，避免了由于燃烧而参入大量空气，进行⑶2分离时，所需处理的工艺气中的⑶2浓度大，可达35-45%，整体流量大大减小，有利于降低分离系统的热再生能耗；第三，1600电厂中通常包含一个气化炉蒸汽系统和一个三压再热余热锅炉蒸汽系统，可以抽取蒸汽的点较多，这就方便于为(?捕集系统所需蒸汽进行参数匹配和优化，提高全厂的热能利用效率。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种为燃烧前⑶滿集系统供应蒸汽的装置及方法，该装置可为燃烧前(?捕集系统提供充足和参数稳定的中压和低压蒸汽，蒸汽参数匹配合理，跟随(?捕集系统的不同负荷，蒸汽流量调节灵活方便，对于降低(?捕集能耗，实现洁净煤发电装置的低碳排放具有重要意义。
[0004]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种为燃烧前(?捕集系统供应蒸汽的装置，所述装置为叩⑶发电系统中增加的(?捕集旁路提供水-气变换反应所需的加湿蒸汽和吸收剂热再生所需的加热蒸汽；包括气化炉1，气化炉1煤气出口与煤气冷却器3相连，煤气冷却器3出口与燃气轮机系统21相连，燃气轮机系统21排气出口与余热锅炉7烟气进口相连，余热锅炉烟气出口连通大气；汽轮机中低压缸9排汽口与凝汽器10相连，凝汽器10出口连接凝结水泵11入口，凝结水泵11出口与低压蒸汽系统6连接，低压蒸汽系统6蒸汽出口与汽轮机中低压缸9补汽口相连；中压给水泵17入口与低压蒸汽系统6相连，出口与中压蒸汽系统5相连，中压蒸汽系统5蒸汽出口连接蒸汽轮机中低压缸9入口，高压给水泵18入口与低压蒸汽系统6相连，出口与高压蒸汽系统4相连，高压蒸汽系统4蒸汽出口连接汽轮机高压缸8入口，汽轮机高压缸8出口连接中压蒸汽系统5 ；气化炉给水泵19入口与低压蒸汽系统6相连，出口连接气化炉汽包2，气化炉汽包2连接气化炉1内受热管道和煤气冷却器3 ；气化炉汽包2蒸汽出口连接中压蒸汽系统5 ；煤气冷却器3煤气出口旁路连接水-气变换反应装置22，水-气变换反应装置22反应气出口连接酸气脱除和后处理装置23，酸气脱除和后处理装置23脱碳气出口连接燃气轮机系统21 ；气化炉汽包2出口通过支路管道20与水-气变换反应装置22的加湿入口相连；在低压蒸汽系统6与汽轮机中低压缸9相连的低压过热蒸汽管道上，设置支路低压抽汽管道12连接至喷水减温器13，喷水减温器13出口与低压辅助蒸汽联箱14连接，低压辅助蒸汽联箱14与酸气脱除和后处理装置23中的加热器连接，酸气脱除和后处理装置23中的加热器出口连接引射器16，引射器16出口连接回水泵15，回水泵15出口连接低压蒸汽系统6。
[0006]所述供水-气变换反应所需的加湿蒸汽为利用气化炉1的汽水系统产生饱和蒸汽作为燃烧前002捕集流程中的水-气变换反应环节加湿蒸汽。
[0007]所述吸收剂热再生所需的加热蒸汽为利用余热锅炉低压过热蒸汽和从汽轮机抽取的低压蒸汽经过喷水减温后作为吸收剂热再生用加热蒸汽。
[0008]所述支路管道20上设置蒸汽流量调节阀，根据(1)2捕集系统的运行负荷来调节加湿蒸汽流量。
[0009]上述所述装置为燃烧前(?捕集系统供应蒸汽的方法，当整体煤气化联合循环系统运行时，煤在气化炉1中经过气化反应产生煤气，经过煤气冷却器3冷却以后送往燃气轮机系统21发电，燃气轮机系统21的高温排气送往余热锅炉7，在余热锅炉7内经过高压蒸汽系统4、中压蒸汽系统5和低压蒸汽系统6回收烟气余热后排到大气；气化炉汽包2出来的中压饱和蒸汽送往余热锅炉7的中压蒸汽系统5中；余热锅炉7的高压蒸汽系统4、中压蒸汽系统5和低压蒸汽系统6产生的不同压力的蒸汽分别送往汽轮机高压缸8和汽轮机中低压缸9做功，汽轮机高压缸8排汽送回中压蒸汽系统5中进行再热；汽轮机排汽经凝汽器10凝结后由凝结水泵11送往低压蒸汽系统6，中压给水泵17、高压给水泵18和气化炉给水泵19的给水由低压蒸汽系统6抽取；
[0010](?捕集旁路是从煤气冷却器3之后抽取部分合成气通过旁路管道送至水-气变换反应装置22，经过水-气变换反应后，煤气中的(1)转化成002和2，变换气送往酸气脱除和后处理装置23，在酸气脱除和后处理装置23中，(^、阳酸性气体被分离和回收，洁净煤气(主要有效成分为取)送往燃气轮机系统21发电；
[0011]气化炉汽包2抽取部分中压饱和蒸汽送至水-气变换反应装置22的加湿器，为水-气变换反应提供必要的反应蒸汽，气化炉汽包2剩余的中压饱和蒸汽送至余热锅炉7的中压蒸汽系统5；气化炉中压饱和蒸汽的产量巨大，能够满足不同水-气变换反应工况加湿蒸汽需求量；
[0012]余热锅炉7中低压蒸汽系统6的低压过热蒸汽管道连接至汽轮机中低压缸9的低压补汽口，从低压过热蒸汽管道上设低压抽汽管道12连接至喷水减温器13，减温水从中压给水泵17出口引出，喷水减温器13出口连接至低压辅助蒸汽联箱14，低压辅助蒸汽联箱14供应全厂低压辅助蒸汽用汽；从低压辅助蒸汽联箱14设蒸汽管道连接至解吸塔再沸器；加热蒸汽在解吸塔再沸器放热的同时凝结液化而变成饱和水，饱和水经过引射器16初步升压再经过回水泵15加压后送回余热锅炉7低压汽包，引射器16所用的高压水从回水泵15出口引出。
[0013]当电厂处于发电工况时，低压辅助蒸汽联箱14的汽源由余热锅炉7的低压蒸汽系统6提供，低压蒸汽系统6汽量不足时，从汽轮机中低压缸9的中低压补汽口抽取低压蒸汽补充。
[0014]本发明加湿蒸汽作用是为了向工艺气中注入充足反应元素！！20；加热蒸汽作用是为了向吸收剂的热再生过程提供热能，蒸汽加热吸收剂的同时本身放热凝结为液态，形成低压饱和水，经回水泵送回低压汽水系统。与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0015]1、加湿蒸汽汽源充足。由于气化炉中压饱和蒸汽产量巨大，完全可以满足变换反应在各种工况的加湿所需。本装置可以为燃烧前(?捕集系统中的水-气变换反应提供充足的加湿蒸汽，为解吸塔热再生提供足量的低压加热蒸汽，从而保证(?捕集系统稳定运行。
[0016]2、加湿蒸汽压力匹配性好。该加湿蒸汽参数与煤气压力进行了良好匹配。蒸汽压力比煤气压力略高，适合向工艺气中注入。加湿蒸汽为饱和蒸汽，没有过热度，携带高品质热能较少，以这样参数的蒸汽作为加湿蒸汽，减少了高品质热能的损失，有利于全厂效率的
[0017]3、加热蒸汽供应灵活可靠。吸收剂热再生用加热蒸汽从低压辅助蒸汽联箱获取，保证了吸收剂热再生用加热蒸汽源的可靠性。当电厂处于发电工况时，低压辅助蒸汽联箱的汽源可由余热锅炉低压过热蒸汽系统提供，低压过热蒸汽系统汽量不足时，从汽轮机中低压补汽口抽取低压蒸汽补充，抽汽量可以根据(?捕集系统的运行负荷灵活调节。
[0018]4、加热蒸汽温度压力适宜。这种低压加热蒸汽供应方式为吸收剂热再生提供的蒸汽温度适宜，不会因为过热导致吸收剂超温降解。另外，加热吸收剂时利用的主要是饱和蒸汽的凝结放热，放热量大，蒸汽过热度低，热损失小，利于全厂效率的提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明装置结构示意图。
[0020]图2为余热锅炉低压蒸汽产量与(?捕集旁路低压加热蒸汽需求量的关系。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0022]如图1所示，本发明包括从气化炉汽包2抽取中压饱和蒸汽用于水-气变换反应和从余热锅炉低压蒸汽系统和汽轮机低压缸抽取低压加热蒸汽用于吸收剂热再生的蒸汽供应系统。
[0023]在叩⑶电力生产流程中，如图1所示，首先煤在气化炉1中经过气化反应产生高温的煤气，煤气经过煤气冷却器3冷却和煤气净化以后送去燃气轮机发电系统发电，燃气轮机的高温排气送入余热锅炉7回收热量后排空。气化炉汽水系统包括一个气化炉汽包2和气化炉内部与煤气冷却器3内部的一系列受热面，用于回收气化过程中的废热以生产中压饱和蒸汽，该中压饱和蒸汽通常送至余热锅炉7的中压汽包并在余热锅炉7中进一步加热最终送去蒸汽轮机膨胀做功。余热锅炉高、中、低压蒸汽系统由高、中、低压汽包和一系列受热面组成，用于回收燃机排气余热以生产高、中、低压蒸汽用于蒸汽轮机做功发电。
[0024]在叩⑶电厂中进行燃烧前(?捕集，则是建立一支旁路，在煤气净化之前，从旁路抽出部分合成气，首先进行水-气变换反应，反应方程式如下:
[0025]00+^0 = ?:02十只2
[0026]由于煤气中的40成分含量很低，不能满足变换反应的元素需求，故需要向工艺气中注入相应压力的蒸汽来加湿，以提高反应气中的含量。如果从汽轮机压力级抽取对应压力的蒸汽，则抽出的蒸汽过热度太高，汽轮机功率下降极大，热能损失太多，如果从中压汽包抽取中压饱和蒸汽，则当(?捕集旁路处理合成气的流量较大时，中压饱和蒸汽产量将不能满足要求，当蒸汽动力系统滑压运行时，蒸汽压力下降，也不能满足加湿蒸汽的要求。本发明通过热力计算，对叩⑶电厂全厂的蒸汽产耗量进行核算，确定气化炉汽包中压饱和蒸汽产量可以满足最大(?捕集负荷(100%合成气送去变换反应)时的加湿蒸汽需求量。本发明水-气变换反应加湿蒸汽从气化炉汽包抽取，气化炉汽包剩余蒸汽送去余热锅炉中压蒸汽系统。
[0027]通过水-气变换反应，煤气中的⑶就转化成了(^，⑶所携带的化学能大部分转化成4的化学能。变换气送去酸气脱除和后处理装置。本实施实例采用硫碳共脱的酸气脱除工艺，可以把43和(^两种酸气一起从变换气中分离出来，目前可选用的吸收剂包括10私、腿八、順0和5616X01等，本实例的吸收剂选用10私。吸收了酸性气体的吸收剂需要经过减压再生和热再生。其中热再生过程热源由加热蒸汽提供，加热温度控制在约1201。加热蒸汽在再沸器放热凝结，回水送至余热锅炉低压汽水系统。
[0028]本发明吸收剂热再生用加热蒸汽从低压辅助蒸汽联箱14获取。低压过热蒸汽管道连接至汽轮机低压缸补汽口，从低压过热蒸汽管道抽取蒸汽并经过喷水减温器13调温后送入低压辅助蒸汽联箱14。喷水减温器13所需减温水从中压给水泵17出口抽取。从低压辅助蒸汽联箱14引出低压蒸汽送至酸气脱除和后处理装置23中的加热器，在加热器内蒸汽等压放热凝结液化成饱和水，经引射器16和回水泵15加压后送回至低压蒸汽系统6。
[0029]本发明工作过程如下:
[0030]进行燃烧前(?捕集的叩⑶电厂的⑶2捕集率通过控制送入⑶2捕集旁路的煤气比例来调节，这一比例称之为煤气处理率。水-气变换反应所需的注蒸汽量可以根据煤气处理率进行灵活调节，随着煤气处理率的增大，注蒸汽量增大。当煤气处理率达到100%，即煤气全部经燃烧前(?捕集系统处理，气化炉蒸汽系统产生的饱和蒸汽仍然可以轻松满足水-气变换反应注蒸汽需求。
[0031]当运行无(?捕集工况时，部分低压过热蒸汽经过支路送去喷水减温器13，经调温后送至低压辅助蒸汽联箱14，其余送至汽轮机低压缸，在汽轮机内膨胀做功。如图2所示，当运行低负荷(?捕集工况时，吸收剂热再生所需的加热蒸汽量较少，随着煤气处理率的增大，吸收剂热再生用加热蒸汽需求量逐渐增大。此时余热锅炉7生产的低压过热蒸汽送至低压辅助蒸汽联箱14的比例逐渐增大，送入汽轮机做功的蒸汽量逐渐减少。由于还有其它厂用蒸汽约201/?的低压蒸汽需求，实际余热锅炉可提供002捕集旁路的蒸汽量如图2中虚线所示。当煤气处理率增加到约20-25%时，余热锅炉7产生的低压过热蒸汽全部送往低压辅助蒸汽联箱14才能满足吸收剂热再生所需的加热蒸汽流量，此时低压过热蒸汽管道向蒸汽轮机供应的蒸汽量降为零。当煤气处理率进一步增加时，吸收剂热再生所需的加热蒸汽流量进一步增加，此时，连接汽轮机低压缸补汽口的低压过热蒸汽管道由向汽轮机供汽转换为从汽轮机向外抽汽，抽取的蒸汽与余热锅炉生产的低压过热蒸汽一起，经过喷水减温器减温后送入低压辅助蒸汽联箱，以满足高(?捕集负荷工况时的吸收剂热再生加热蒸汽消耗。
【权利要求】
1.一种为燃烧前CO 2捕集系统供应蒸汽的装置，其特征在于:所述装置为IGCC发电系统中增加的0)2捕集旁路提供水-气变换反应所需的加湿蒸汽和吸收剂热再生所需的加热蒸汽；包括气化炉(1)，气化炉(I)煤气出口与煤气冷却器(3)相连，煤气冷却器(3)出口与燃气轮机系统(21)相连，燃气轮机系统(21)排气出口与余热锅炉(7)烟气进口相连，余热锅炉烟气出口连通大气；汽轮机中低压缸(9)排汽口与凝汽器(10)相连，凝汽器(10)出口连接凝结水泵(11)入口，凝结水泵(11)出口与低压蒸汽系统(6)连接，低压蒸汽系统(6)蒸汽出口与汽轮机中低压缸(9)补汽口相连；中压给水泵(17)入口与低压蒸汽系统(6)相连，出口与中压蒸汽系统(5)相连，中压蒸汽系统(5)蒸汽出口连接蒸汽轮机中低压缸(9)入口，高压给水泵(18)入口与低压蒸汽系统(6)相连，出口与高压蒸汽系统⑷相连，高压蒸汽系统(4)蒸汽出口连接汽轮机高压缸(8)入口，汽轮机高压缸(8)出口连接中压蒸汽系统(5);气化炉给水泵(19)入口与低压蒸汽系统(6)相连，出口连接气化炉汽包(2)，气化炉汽包(2)连接气化炉(I)内受热管道和煤气冷却器(3);气化炉汽包(2)蒸汽出口连接中压蒸汽系统(5);煤气冷却器(3)煤气出口旁路连接水-气变换反应装置(22)，水-气变换反应装置(22)反应气出口连接酸气脱除和后处理装置(23)，酸气脱除和后处理装置(23)脱碳气出口连接燃气轮机系统(21);气化炉汽包(2)出口通过支路管道(20)与水-气变换反应装置(22)的加湿入口相连；在低压蒸汽系统(6)与汽轮机中低压缸(9)相连的低压过热蒸汽管道上，设置支路低压抽汽管道(12)连接至喷水减温器(13)，喷水减温器(13)出口与低压辅助蒸汽联箱(14)连接，低压辅助蒸汽联箱(14)与酸气脱除和后处理装置(23)中的加热器连接，酸气脱除和后处理装置(23)中的加热器出口连接引射器(16)，引射器(16)出口连接回水泵(15)，回水泵(15)出口连接低压蒸汽系统(6)。
2.根据权利要求1所述的一种为燃烧前CO2捕集系统供应蒸汽的装置，其特征在于:所述供水-气变换反应所需的加湿蒸汽为利用气化炉(I)的汽水系统产生饱和蒸汽作为燃烧前0)2捕集流程中的水-气变换反应环节加湿蒸汽。
3.根据权利要求1所述的一种为燃烧前CO2捕集系统供应蒸汽的装置，其特征在于:所述吸收剂热再生所需的加热蒸汽为利用余热锅炉低压过热蒸汽和从汽轮机抽取的低压蒸汽经过喷水减温后作为吸收剂热再生用加热蒸汽。
4.根据权利要求1所述的一种为燃烧前CO2捕集系统供应蒸汽的装置，其特征在于:所述支路管道(20)上设置蒸汽流量调节阀。
5.权利要求1所述装置为燃烧前CO2捕集系统供应蒸汽的方法，其特征在于:当整体煤气化联合循环系统运行时，煤在气化炉(I)中经过气化反应产生煤气，经过煤气冷却器(3)冷却以后送往燃气轮机系统(21)发电，燃气轮机系统(21)的高温排气送往余热锅炉(7)，在余热锅炉(7)内经过高压蒸汽系统(4)、中压蒸汽系统(5)和低压蒸汽系统(6)回收烟气余热后排到大气；气化炉汽包(2)出来的中压饱和蒸汽送往余热锅炉(7)的中压蒸汽系统(5)中；余热锅炉(7)的高压蒸汽系统(4)、中压蒸汽系统(5)和低压蒸汽系统(6)产生的不同压力的蒸汽分别送往汽轮机高压缸(8)和汽轮机中低压缸(9)做功，汽轮机高压缸(8)排汽送回中压蒸汽系统(5)中进行再热；汽轮机排汽经凝汽器(10)凝结后由凝结水泵(11)送往低压蒸汽系统(6)，中压给水泵(17)、高压给水泵(18)和气化炉给水泵(19)的给水由低压蒸汽系统(6)抽取； CO2捕集旁路是从煤气冷却器(3)之后抽取部分合成气通过旁路管道送至水-气变换反应装置(22)，经过水-气变换反应后，煤气中的CO转化成0)2和H 2，变换气送往酸气脱除和后处理装置(23)，在酸气脱除和后处理装置(23)中，C02、H2S酸性气体被分离和回收，洁净煤气送往燃气轮机系统(21)发电； 气化炉汽包(2)抽取部分中压饱和蒸汽送至水-气变换反应装置(22)的加湿器，为水-气变换反应提供必要的反应蒸汽，气化炉汽包(2)剩余的中压饱和蒸汽送至余热锅炉(7)的中压蒸汽系统(5);气化炉中压饱和蒸汽的产量巨大，能够满足不同水-气变换反应工况加湿蒸汽需求量； 余热锅炉(7)中低压蒸汽系统(6)的低压过热蒸汽管道连接至汽轮机中低压缸(9)的低压补汽口，从低压过热蒸汽管道上设低压抽汽管道(12)连接至喷水减温器(13)，减温水从中压给水泵(17)出口引出，喷水减温器(13)出口连接至低压辅助蒸汽联箱(14)，低压辅助蒸汽联箱(14)供应全厂低压辅助蒸汽用汽；从低压辅助蒸汽联箱(14)设蒸汽管道连接至解吸塔再沸器；加热蒸汽在解吸塔再沸器放热的同时凝结液化而变成饱和水，饱和水经过引射器(16)初步升压再经过回水泵(15)加压后送回余热锅炉7低压汽包，引射器(16)所用的高压水从回水泵(15)出口引出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:当电厂处于发电工况时，低压辅助蒸汽联箱(14)的汽源由余热锅炉(7)的低压蒸汽系统(6)提供，低压蒸汽系统(6)汽量不足时，从汽轮机中低压缸(9)的中低压补汽口抽取低压蒸汽补充。
【文档编号】F01K11/02GK104474851SQ201410637599
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】陈新明, 闫姝, 史绍平, 穆延非, 方芳 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司, 中国华能集团公司