回收余热的igcc热电联产集中供热系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热电联产集中供热技术领域，具体涉及一种回收余热的IGCC热电联产集中供热系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，我国多地遭遇了严重的雾霾天气，空气重度污染，部分城市空气污染指数突破可吸入颗粒物浓度上限值，尤其是京津冀地区。冬季为雾霾天气的频发期，说明雾霾天气的形成与冬季采暖有着密切的关系。为了治理大气污染，缓解严重雾霾天气造成的危害，政府提出了空气治理目标和相应的政策措施。治理的办法包括削减燃煤，提高电力、天然气等清洁能源的供应力度；推动燃气热电联产代替燃煤热电联产，推动煤制天然气、燃煤锅炉清洁改造、全面整治小锅炉、削减农村散煤等。
[0003]天然气作为一种低碳高效的宝贵清洁能源，在我国市场需求日益旺盛，多地出现过天然气荒现象，天然气相对于煤的高价格也使供热实际成本呈大幅度增长趋势，从国内、国际的能源供应形势来看，天然气价格仍有很大的上涨空间，因此，以天然气为主的热电联产集中供热的情况会造成城市供热运行成本和产业成本将越来越大。我国一次能源以煤炭为主在相当一段长时间内不会改变，70%以上的发电装机容量是燃煤火电机组，消耗着全国一半左右的煤炭产量，长期以来政府非常重视热电联产集中供热的发展。
[0004]2014年7月I日，新的火电厂大气污染物排放标准开始执行，也被称为有史以来最严的火电厂排放标准。因此，便存在这样的矛盾，一方面是不能摆脱对于煤炭依赖，另一方面是煤炭如何能够更清洁地利用。整体煤气化联合循环发电(IGCC)的环保性能可与天然气燃气-蒸汽联合循环媲美:IGCC发电的粉尘和SO2排放浓度低于lmg/m3、NOx排放浓度低于55mg/m3，加装SCR装置后NOx浓度可以低于10mg/m3，煤中的硫以硫磺回收；天然气发电的粉尘和SO2排放浓度约为5mg/m 3、NOx排放浓度约为36mg/m3。
[0005]IGCC是将煤气化技术和燃气-蒸汽联合循环相结合的先进发电系统，具有较高的发电效率和优良的环保性能，IGCC后续实施0)2捕集能耗较低。IGCC由两大部分组成，即煤气化部分和燃气-蒸汽联合循环部分。煤气化部分主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫回收装置)等；燃气-蒸汽联合循环部分的主要设备有燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等。IGCC的工艺流程为:煤在气化炉中与氧气和水经过气化反应成为中低热值煤气(主要是C(HH2)，经过净化后，除去粗煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，使之变为清洁的气体燃料，进入燃气轮机的燃烧室燃烧，然后高温气体工质驱动燃气透平作功，燃气轮机排气则进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
[0006]在IGCC中，煤先通过气化转化为煤气；然后煤气通过净化脱除硫等污染物，根据需要分离0)2;最后煤气通过燃气轮机和蒸汽联合循环转换为电。因此，对IGCC而言，控制污染和排放与能量转换是内在的集成。IGCC能使煤中更多份额的能量通过高效的燃气轮机循环来实现能量的转化，有效地实现了煤中化学能的清洁与梯级利用，供电效率比同等规模的常规燃煤电站高6?8个百分点。同时，由于使用联合循环发电，节水可达50%。IGCC和0)2捕集和封存技术集成在燃烧前捕集碳，然后将碳封存。由于煤气中的CO2浓度要远远高于烟气中CO2浓度，因而降低了捕集所带来的效率降低和成本升高，是实现煤炭发电近零排放最现实、最经济的途径。IGCC被认为是目前最有发展前景的超清洁、高效洁净煤发电技术之一O
[0007]目前国内外在运行的纯发电IGCC电站只有6座，分别为美国的Tampa、WabashRiver电站，荷兰Buggenum电站，西班牙Puertollano电站，日本的Nakoso电站，以及我国的华能天津IGCC示范电站。华能天津IGCC示范电站是我国首座IGCC示范电站，电站的投产标志着我国洁净煤发电技术取得了重大突破。
[0008]投资高是IGCC目前推广面临的主要困难之一。如果将IGCC发展为供热机组，转变为更加清洁的热电联产技术，并可通过供热收益改善IGCC的经济性；另一方面，IGCC目前处于商业化推广前期，若能实现与集中供热结合，以热定电的形式可保证IGCC的年发电小时数，也将从这两个方面改善IGCC的经济性，这将为IGCC的商业化发展提供一条有力的途径。如果进行热电联产改造后，再回收汽轮机排汽余热与烟气潜热，可大幅度提高供热量，进一步改善IGCC的经济性，同时也提高了供热源容量。
[0009]此外，IGCC作为热电联产集中供热系统的热源后，其本身还有大量的余热，可以通过吸收式热泵回收利用，用于供热。IGCC的系统余热为主要分为两类，一是汽轮机排汽余热，二是烟气余热。其中烟气余热包括烟气降温释放的显热，以及烟气中水蒸气冷凝放出的潜热。充分回收利用IGCC汽轮机排汽余热与烟气余热，提高能源利用效率，实现IGCC烟气中水蒸气作为水资源的收集，大幅减少排烟中水蒸气损失，同时对吸收烟气中的S02、N0x和粉尘等污染物还有一定的作用。
【发明内容】
[0010]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种回收余热的IGCC热电联产集中供热系统及方法，具有清洁，高效，技术成熟，回收余热量大，兼具回收冷凝水，大幅减少排烟中水蒸气损失的特点。
[0011]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0012]一种回收余热的IGCC热电联产集中供热系统，包括依次连接的空分装置1、气化炉2、煤气冷却器3、净化装置4、燃气轮机5和余热锅炉6 ;所述余热锅炉6的排烟出口排空或与烟气冷凝换热器11的烟气入口连接，所述余热锅炉6的蒸汽出口与汽轮机7的入口连接，所述汽轮机7的排汽出口与凝汽器8的进汽入口连接，所述凝汽器8的循环水出口与冷却塔9连接，所述汽轮机7的低压抽汽出口分三路、两路或一路降温后，将热网回水加热后送至热网用户。
[0013]当同时回收汽轮机排汽余热与烟气余热时，所述余热锅炉6的排烟出口与烟气冷凝换热器11的烟气入口连接；当所述汽轮机7的低压抽汽出口分三路降温后将热水送至热网用户时，所述汽轮机7的低压抽汽出口中的一路与汽-水加热器14的蒸汽入口连接，所述汽-水加热器14的热水出口与热网用户的换热站水-水换热器15热水入口连接；第二路与吸收式热泵113的蒸汽入口连接，吸收式热泵113的热水入口通过第二水泵17与换热站水-水换热器15的热水回水出口连接，吸收式热泵113的热水出口与汽-水加热器14的冷水入口连接，吸收式热泵113的冷水出口通过第一水泵16与凝汽器8的循环水出口连接，吸收式热泵113的冷水入口通过第四水泵19与凝汽器8的循环水出口连接；第三路与吸收式热泵1112的蒸汽入口连接，吸收式热泵1112的热水入口通过第二水泵17与换热站水-水换热器15的热水出口连接，吸收式热泵1112的热水出口与汽-水加热器14的冷水入口连接，吸收式热泵1112的冷水出口通过第三水泵18与烟气冷凝换热器11的冷却水入口连接，吸收式热泵Π12的冷水入口与烟气冷凝换热器11的冷水出口连接。
[0014]从热网回水侧看，所述吸收式热泵113和吸收式热泵1112为并联布置，即热网回水分为两路，同时通过吸收式热泵113和吸收式热泵1112。
[0015]当仅回收烟气余热时，所述余热锅炉6的排烟出口与烟气冷凝换热器11的烟气入口连接；当所述汽轮机7的低压抽汽出口分两路降温后将热水送至热网用户时，所述汽轮机7的低压抽汽出口中的一路与汽-水加热器14的蒸汽入口连接，所述汽-水加热器14的热水出口与热网用户的换热站水-水换热器15热水入口连接；第二路与吸收式热泵1112的蒸汽入口连接，吸收式热泵Π12的热水入口通过第二水泵17与换热站水-水换热器15的热水回水出口连接，吸收式热泵1112的热水出口与汽-水加热器14的冷水入口连接，吸收式热泵1112的冷水出口通过第三水泵18与烟气冷凝换热器11的冷水入口连接，吸收式热泵1112的冷水入口与烟气冷凝换热器11的冷水出口连接。
[0016]当仅回收汽轮机排汽余热时，所述余热锅炉6的排烟出口排空；当所述汽轮机7的低压抽汽出口分两路降温后将热水送至热网用户时，所述汽轮机7的低压抽汽出口中的一路与汽-水加热器14的蒸汽入口连接，所述汽-水加热器14的热水出口与热网用户的换热站水-水换热器15热水入口连接；第二路与吸收式热泵113的蒸汽入口连接，吸收式热泵113的热水入口通过第二水泵17与换热站水-水换热器15的热水回水出口连接，吸收式热泵113的热水出口与汽-水加热器14的冷水入口连接，吸收式热泵113的冷水入口通过第一水泵16与凝汽器8的循环水出口连接，吸收式热泵113的冷水入口通过第四水泵19与凝汽器8的循环水出口连接。