一种IGCC电站节能型启动装置的制作方法

本实用新型型涉及清洁燃煤发电技术领域，特别涉及一种IGCC电站节能型启动装置。

背景技术：

IGCC(整体煤气化联合循环)发电技术经过了多年的技术积累与实践，运行技术逐渐完善，可靠性得到大幅提升，年发电可利用小时数已经可以与常规燃煤发电厂相媲美。但是，现有的IGCC电站的启动方法还不够完善，启动过程消耗时间长，能量浪费和启动成本偏高是IGCC电站启动过程中的突出问题。

一方面，为确保IGCC电站的可靠性，并增加整体系统的灵活性，IGCC电站中很多采用独立的电动驱动空分单元，其中电动空分系统的空压机和增压机是IGCC电站的最主要的耗电大户。而IGCC电站启动过程中，必须先启动空分系统，当IGCC电厂尚未发电的时候，电厂必须从电网购电以满足空分单元的耗电，等到整厂发电系统稳定以后，才可以把空分单元的电源切换为厂用电。因此，如果全厂启动过程太慢，会造成空分系统的耗电量上升，增加购电成本。另一方面，在IGCC系统中，燃气轮机、余热锅炉和汽轮机组成联合循环系统，余热锅炉利用燃气轮机排烟的余热产生蒸汽送往汽轮机发电，若要启动汽轮机，必须先要启动燃气轮机，汽轮机暖机、冲转和并网的速度较慢，该过程要求燃气轮机保持在低负荷等待，而燃气轮机需要利用轻质柴油启动，等到燃机负荷升至约55％～70％额定负荷以后才可以切换成合成气燃料，燃用轻质柴油的成本很高，而在燃气轮机配合汽轮机启动的过程中，因为燃气轮机保持在较低的负荷，必须持续燃用轻质柴油，持续时间长，燃油成本很大。此外，由于燃气轮机配合汽轮机启动，在低负荷持续的时间较长，造成燃气轮机迟迟不能切换成合成气燃料，气化炉产生的合成气燃料只能送去火炬塔白白放空烧掉，造成能量的浪费。综合看来，现有的IGCC电站的典型启动方法存在启动时间长，耗电、耗油量大以及能量浪费严重和启动成本过高的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提出了一种IGCC电站节能型启动装置，缩短整厂的启动时间以及启动过程的耗电量、耗油量和合成气火炬放空量，降低启动费用。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种IGCC电站节能型启动装置，包括煤气化单元2，煤气化单元2的一煤粉入口和煤粉1连接，煤气化单元2的氧气入口和空分单元3的氧气出口连接，空分单元3的空压机4入口吸入第一空气5，煤气化单元2的合成气出口分成三路，第一路与火炬塔20连接，第二路与补燃器11连接，第三路与燃气轮机7的燃烧室连接；燃气轮机7的空压机入口吸入第二空气6，燃气轮机7的燃烧室入口输入轻质柴油8，燃气轮机7刚性轴与燃气轮发电机13连接，燃气轮机7的第一排烟12与余热锅炉14的烟道入口连通，余热锅炉14的第二排烟19排入大气；

补燃器11空气入口与补燃风机10出口连接，补燃风机10的入口吸入第三空气9，补燃器11出口与余热锅炉14烟道入口连接，余热锅炉14的给水入口与给水管15连接，余热锅炉14过热蒸汽出口与汽轮机17蒸汽入口连接，汽轮机17乏汽出口16连接至凝汽系统，汽轮机17刚性轴与汽轮发电机18连接。

所述的空分单元3为采用电动驱动的独立空压机。

所述的燃气轮机7为适用于燃用合成气的低热值燃气轮机，需要利用轻质柴油8启动并升负荷至55％～70％额定负荷才能切换至合成气燃料。

所述的余热锅炉14为带补燃型的余热锅炉，采用外置式补燃装置。

所述的补燃风机10和补燃器11组成余热锅炉14的补燃装置，补燃装置采用煤气化单元2产的合成气作为补燃燃料，补燃装置只在IGCC电站启动过程中使用，在IGCC电站正常稳定运行以后补燃装置退出运行。

所述的余热锅炉14在煤气化单元2启动完成以后随即利用合成气补燃进行启动，余热锅炉14产生蒸汽带动汽轮机17启动，并带动汽轮发电机18发电。

所述的空分单元3的耗电，在最开始启动时采用电网购电，等到汽轮发电机发电以后，空分单元3的耗电切换为厂用电。

所述的一种IGCC电站节能型启动装置的启动方法为：首先从电网取电启动空分单元3，空分单元3的空压机4利用电网的电力驱动，等到空分单元3稳定产氧后，向煤气化单元2提供氧气启动煤气化单元2；煤气化单元2利用煤粉1和空分单元3送来的氧气产生合成气，煤气化单元2启动的初始阶段合成气产量不稳定，合成气送火炬塔20做放空燃烧处理；待煤气化单元2运行稳定以后合成气送补燃器11，与此同时启动补燃风机10，补燃风机吸入第三空气9并向补燃器11提供助燃空气，合成气在燃烧器11内燃烧产生高温烟气送余热锅炉14，与此同时，给水管15向余热锅炉14持续提供给水；余热锅炉14利用补燃器11来的高温烟气加热给水产生蒸汽送往汽轮机17；汽轮机17利用余热锅炉14产生的蒸汽进行冲转并带动汽轮发电机18发电并网，并带初始负荷暖机；暖机结束后，根据合成气产量，逐步提高补燃风机10、补燃器11以及余热锅炉14的负荷，增加蒸汽产量，以逐步提升汽轮机17的负荷，汽轮发电机18发电负荷同步提升；空分单元3的供电源由从电网取电切换至厂用电；启动燃气轮机7，燃气轮机7启动冲转阶段燃气轮发电机13作为电动机使用，利用厂用电带动燃气轮机7的空压机转动，燃气轮机7空压机吸入第二空气6送入燃烧室，投入轻质柴油8送至燃烧室，燃气轮机7点火后燃烧室产生的高温高压烟气经燃气轮机7的透平室膨胀做功后作为燃气轮机7的第一排烟12送至余热锅炉14的烟道；燃气轮机7点火成功后，通过调节轻质柴油8供给量来调节燃气轮机7转数稳定至3000r/min，随后将燃气轮发电机13转变为发电机使用进行发电并网，然后通过提升轻质柴油8供给量逐渐提升燃气轮机7负荷至可以进行燃料切换的负荷；在燃气轮机7负荷逐渐上升的过程中，燃气轮机7送往余热锅炉14的第一排烟12流量逐渐增大，这时逐渐减小补燃器11的负荷，以使余热锅炉14和汽轮机17负荷维持稳定，煤气化单元2产的多余合成气通过火炬塔20放空燃烧；当燃气轮机7负荷升至能够进行燃料切换的负荷以后，进行燃气轮机7燃料切换操作，将燃气轮机7的燃料由轻质柴油8切换为合成气，并逐渐关小送往补燃器11和火炬塔20的合成气直至全关；停补燃风机10，补燃器11退出运行，此时余热锅炉14完全由燃气轮机的第一排烟12带动，IGCC电站完成全厂的启动。

本实用新型的有益效果为：

由于先利用煤气化单元2产生的合成气进行余热锅炉14补燃来启动汽轮机17发电，再启动燃气轮机7的启动过程，相比于传统的先启动燃气轮机7再启动余热锅炉14和汽轮机7发电的过程，具有整体启动时长缩短，节省电厂购电量、减少轻质柴油使用量以及减少合成气火炬放空量的特点，节能效果显著，极大的节省了IGCC电站的启动费用，提升了电厂的经济效益。以一座300MW容量的IGCC电站为例，每次全厂冷态启动，可整体缩短启动时间3小时，减少合成气火炬塔放空约40万Nm3，减少燃气轮机消耗轻质柴油约30t，节省启动费用约53万元。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2本实用新型实施例的启动流程图。

具体实施方式

下面结合附图，以一座总发电容量为260MW的IGCC电站为实施例对本实用新型做详细叙述，该IGCC电站的主要配置和设备参数见表1。

表1 IGCC电站主要设备配置

参照图1，一种IGCC电站节能型启动装置，包括煤气化单元2，煤气化单元2的一煤粉入口和煤粉1连接，煤气化单元2的氧气入口和空分单元3的氧气出口连接，空分单元3的空压机4入口吸入第一空气5，煤气化单元2的合成气出口分成三路，第一路与火炬塔20连接，第二路与补燃器11连接，第三路与燃气轮机7的燃烧室连接；燃气轮机7的空压机入口吸入第二空气6，燃气轮机7的燃烧室入口输入轻质柴油8，燃气轮机7刚性轴与燃气轮发电机13连接，燃气轮机7带动燃气轮发电机13发电，燃气轮机7的第一排烟12与余热锅炉14的烟道入口连通，余热锅炉14的第二排烟19排入大气；

补燃器11空气入口与补燃风机10出口连接，补燃风机10的入口吸入第三空气9，补燃器11出口与余热锅炉14烟道入口连接，余热锅炉14的给水入口与给水管15连接，余热锅炉14过热蒸汽出口与汽轮机17蒸汽入口连接，汽轮机17乏汽出口16连接至凝汽系统，汽轮机17刚性轴与汽轮发电机18连接，汽轮机17带动汽轮发电机18发电。

所述的空分单元3为采用电动驱动的独立空压机。

所述的燃气轮机7为适用于燃用合成气的低热值燃气轮机，需要利用轻质柴油8启动并升负荷至55％～70％额定负荷才能切换至合成气燃料。

所述的余热锅炉14为带补燃型的余热锅炉，采用外置式补燃装置。

所述的补燃风机10和补燃器11组成余热锅炉14的补燃装置，补燃装置采用煤气化单元2产的合成气作为补燃燃料，补燃装置只在IGCC电站启动过程中使用，以提高余热锅炉和汽轮机系统的启动速度，在IGCC正常稳定运行以后补燃装置退出运行。

所述的余热锅炉14在煤气化单元2启动完成以后随即利用合成气补燃进行启动，余热锅炉14产生蒸汽带动汽轮机17启动，并带动汽轮发电机18发电，而不必等待燃气轮机7优先启动。

所述的空分单元3的耗电，在最开始启动时采用电网购电，等到汽轮发电机发电以后，空分单元3的耗电切换为厂用电。

所述的一种IGCC电站节能型启动装置的启动方法为：首先从电网取电启动空分单元3，空分单元3的空压机4等主要耗电设备利用电网的电力驱动，等到空分单元3稳定产氧后，向煤气化单元2提供氧气启动煤气化单元2；煤气化单元2利用煤粉1和空分单元2送来的氧气产生合成气，煤气化单元2启动的初始阶段合成气产量不稳定，合成气送火炬塔20做放空燃烧处理；待煤气化单元2运行比较稳定以后合成气送补燃器11，与此同时启动启动补燃风机10，补燃风机吸入第三空气9并向补燃器11提供助燃空气，合成气在燃烧器11内燃烧产生高温烟气送余热锅炉14，与此同时，给水管15向余热锅炉14持续提供一定压力的给水；余热锅炉14利用补燃器11来的高温烟气加热给水产生蒸汽送往汽轮机17；汽轮机17利用余热锅炉14产生的蒸汽进行冲转并带动汽轮发电机18发电并网，并带初始负荷10MW进行暖机；暖机结束后，根据合成气产量，逐步提高补燃风机10、补燃器11以及余热锅炉14的负荷，增加蒸汽产量，以逐步提升汽轮机17的负荷，汽轮发电机18发电负荷同步提升；在本实施实例中，由于采用的煤气化单元2中的气化炉还可以产生约150t/h流量的中压饱和蒸汽，这部分蒸汽在汽轮机17启动之前除了供应厂用辅助蒸汽以外，多余分放空，在汽轮机17启动并带发电负荷至约50MW以后，可以根据负荷情况将该部分蒸汽送至余热锅炉14的中压蒸汽系统进行过热，然后送汽轮机17发电；汽轮机17带动汽轮发电机18发电以后，空分单元3的供电源由从电网取电切换至厂用电；启动燃气轮机7，燃气轮机7启动冲转阶段燃气轮发电机13作为电动机使用，利用厂用电带动燃气轮机7的空压机转动，燃气轮机7空压机吸入第二空气6送入燃烧室，投入轻质柴油8送至燃烧室，燃气轮机7点火后燃烧室产生的高温高压烟气经燃气轮机7的透平室膨胀做功后作为燃气轮机7的第一排烟12送至余热锅炉14的烟道；燃气轮机7点火成功后，通过调节轻质柴油8供给量来调节燃气轮机7转数稳定至3000r/min，随后将燃气轮发电机13转变为发电机使用进行发电并网，然后通过提升轻质柴油8供给量逐渐提升燃气轮机负荷至110MW；在燃气轮机7负荷逐渐上升的过程中，燃气轮机7送往余热锅炉14的第一排烟12流量逐渐增大，这时逐渐减小补燃器11的负荷，以使余热锅炉14和汽轮机17负荷维持稳定，煤气化单元2产的多余合成气通过火炬塔20放空燃烧；当燃气轮机7负荷升至110MW以后，进行燃气轮机7燃料切换操作，将燃气轮机7的燃料由轻质柴油8切换为合成气，并逐渐关小送往补燃器11和火炬塔20的合成气直至全关；停补燃风机10，补燃器11退出运行，此时余热锅炉14完全由燃气轮机的第一排烟12带动；根据电网负荷需求进行发电负荷调整，空分单元3、煤气化单元2、燃气轮机7以及汽轮机17等协调配合，IGCC电站完成全厂的启动。各单元的启动顺序及所需要的时间如图2所示，表2给出了采用本实用新型方法进行IGCC电站冷态启动与目前通用方法之间的成本对比，可以看出，本实用新型方法可以减少启动时间，节约能耗，降低启动费用。

表2采用本实用新型方法进行IGCC电站冷态启动与目前通用方法的成本对比