专利名称：燃机岛工艺方法
技术领域：
本发明涉及煤炭联产和整体煤气化联合循环(IGCC)技术领域，是一 种燃机岛工艺方法，主要包括合成气燃气轮机与系统的匹配方案，用于煤 炭联产和IGCC中的动力生产。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，能源和环境压力日益紧迫。石油和天然气 储量的相对有限和煤炭资源的相对充足决定了我国以煤为主的能源结构， 但煤在传统的发电利用过程中容易产生大量的污染物，是我国环境污染的 主要来源。煤炭联产和IGCC为煤的清洁利用开辟新的途径，首先将煤气 化为合成气，合成气净化以后通入燃气轮机燃烧室燃烧后，推动透平做功 发电。合成气采用传统的燃烧方式存在污染物排放高和燃烧安全性的问 题，现在国内外普遍采用的燃烧方式为稀释扩散燃烧，但是联产和IGCC 系统较为复杂，合成气应该如何稀释，用什么稀释剂进行稀释，稀释到什 么程度，燃气轮机如何实现通流匹配等问题还没有解决。因此燃气轮机必 须与联产和IGCC系统中的能流/物流进行优化匹配，才能提高系统效率和 稳定性、改善经济性、降低污染物排放。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃机岛工艺方法，用于煤炭联产和IGCC中
的动力生产，使合成气燃机在联产和IGCC系统中实现稳定、高效、低污
染运行，通过燃机与系统的优化匹配，达到系统的性能指标，保证系统的 经济性。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
一种燃机岛工艺方法，用于煤炭联产和IGCC中的动力生产，是一种 合成气燃气轮机与系统之间的匹配方法；其合成气燃气轮机的燃烧室采用 稀释扩散燃烧方式进行燃烧；
对合成气燃气轮机供应的合成气，以空分系统的氮气或用系统余热加 热的热水进行稀释；合成气燃气轮机压縮机抽取空气供应空分，以解决合 成气燃气轮机通流匹配。
所述的燃机岛工艺方法，其所述合成气燃气轮机压縮机抽取空气供应 空分，是抽取压縮机总空气量的5%-30%的空气供应空分系统构成部分整体 空分，即抽取压縮机总空气量的5%_30%恰为空分系统所需空气量的 30%-100%。
所述的燃机岛工艺方法，其所述用合成气燃气轮机压縮机抽取空气供 应空分，是抽取的空气经换热器进行余热回收后供应空分系统。
所述的燃机岛工艺方法，其所述用合成气燃气轮机压縮机抽取5%-30% 的空气，其压缩机抽取部分空气的量是根据合成气的热值，计算出透平的 通流增加量，以保证透平正常通流为依据来确定的。所述的燃机岛工艺方法，其所述以空分系统的氮气或用系统余热加热 的热水对合成气进行稀释，是单独用氮气稀释，或单独用湿化器湿化，或 是两者的组合。
所述的燃机岛工艺方法，其所述合成气的稀释，利用了系统中本来没
用的氮气和25(TC以下的低品位热水。
所述的燃机岛工艺方法，其包括步骤
a) 空分来的氧气和煤在气化炉中产生合成气；
b) 合成气在湿化器中与余热进行逆流换热，形成水蒸气稀释的合 成气，其中，水蒸气的体积比为0-60%;
c) 由b)步形成的稀释的合成气，经过热器过热为^5CTC后进入燃 烧室进行燃烧；
d) 燃烧室中的空气与合成气燃烧后的燃气进入透平膨胀做功，带 动发电机发电，透平排出的烟气通往余热锅炉产生蒸汽供蒸汽轮 机发电。
所述的燃机岛工艺方法，适用于空分的操作压力和压縮机的压力相匹 配的系统；其包括步骤
a) 空分来的氧气和煤在气化炉中产生合成气；
b) 由a)步形成的合成气与空分来的氮气在掺混器中进行掺混，产 生的氮气稀释合成气进入燃烧室燃烧；
c) 同时，合成气燃气轮机的压縮机抽取压縮空气进入冷却器进行 换热后供应空分；
d) 燃烧室中的空气与氮气稀释合成气燃烧后的燃气进入透平膨胀做功，带动发电机发电，透平排出的烟气通往余热锅炉产生蒸汽 供蒸汽轮机发电。
本发明的效果是实现联产和IGCC系统中燃机岛工艺方法，在全工况
范围内实现低N0x排放、燃气轮机压縮机和透平的通流匹配，降低空分的
耗功，系统效率提高，系统简单、调控灵活。
图l本发明燃机岛工艺方法流程图2本发明燃机岛工艺方法的一种实施特例；
图3本发明燃机岛工艺方法的另一种实施特例。
具体实施例方式
参见附图1，为本发明燃机岛工艺方法的流程简图，其中包括合成气 燃气轮机(由压縮机8、燃烧室7和透平9组成)，合成气稀释供应方案(气 化炉l、掺混器4、湿化器5、过热器6及换热器10)，燃气轮机压縮机抽 气利用方案(空分2、冷却器3)。
本发明燃机岛工艺方法流程，阐述如下
如图1所示合成气燃气轮机包括压縮机8、燃烧室7和透平9，空气 经压缩机8压縮后大部分进入燃烧室7，其中一部分进入冷却器3进行余 热利用后供应空分2，燃烧室7中的空气与合成气燃烧后的高温高压燃气 进入透平9膨胀做功，带动发电机发电，透平9排出的烟气通往余热锅炉产生蒸汽供蒸汽轮机发电。
合成气稀释工艺方案由气化炉1、空分2、掺混器4、湿化器5、过热
器6以及换热器10组成，由气化炉1来的合成气和由空分2来的氮气在 掺混器4进行掺混形成由氮气稀释的合成气；然后进入湿化器5与由换热 器10来的热水进行逆流传热传质，使得合成气增温增湿，达到稀释的目 的，同时利用了系统中先前无法利用的低品位余热，提高了系统的效率； 稀释并湿化的合成气进入过热器6进行过热以避免合成气中的水蒸气凝 结，然后进入燃气轮机燃烧室7进行燃烧。
燃气轮机压縮机抽气利用方案由压縮机8、冷却器3以及空分2组成， 在压缩机8的排气缸处抽取部分压缩空气，经冷却器3进行余热利用后， 供应空分2构成部分空分。由于燃气轮机压縮机8的效率往往高于空分2 中的压縮机，所以从压縮机8抽气供应空分可以降低空分2的耗功，从而 提高整个系统的效率。此抽气利用方案可以使得燃气轮机压縮机8和透平 7之间由于合成气稀释导致的通流匹配问题得到解决。部分整体空分可以 克服完全整体空分的系统气动灵活性问题，同时也提高了系统的效率。
图2所示为本发明的一种实施例，空分2来的氧气和煤在气化炉1中 产生热值为10MJ的合成气，合成气在湿化器5中与余热进行逆流换热， 形成7MJ的水蒸气稀释合成气(水蒸气所占体积比为30%),经过热器6 过热后进入燃烧室7进行燃烧。本实施例压縮机8无需抽气即可实现压縮 机8和透平9的通流匹配，由于本实施特例利用了系统低品位余热(250 'C以下的热水)，因此系统的效率高，系统简单，操控灵活。本实施例的 缺点是需要消耗软化水，因此在缺水的地方可以适用如图3所示的另一实施例。
图3为另一实施例，气化炉1来的热值为10MJ的合成气与空分2来的氮气在掺混器4中进行掺混，产生6MJ的氮气稀释合成气(其中氮气所占的体积比为40%)进入燃烧室7燃烧，抽取压缩机8的总空气量的5%进入冷却器3进行换热后供应空分2，此部分空气为空分2所需空气量的30%，构成合适的部分整体空分。此实施例适用于空分2的操作压力和压縮机8的压力相匹配的系统。
以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种燃机岛工艺方法，用于煤炭联产和IGCC中的动力生产，是一种合成气燃气轮机与系统之间的匹配方法；其特征在于合成气燃气轮机的燃烧室采用稀释扩散燃烧方式进行燃烧；对合成气燃气轮机供应的合成气，以空分系统的氮气或用系统余热加热的热水进行稀释；合成气燃气轮机压缩机抽取空气供应空分，以解决合成气燃气轮机通流匹配。
2. 如权利要求1所述的燃机岛工艺方法，其特征在于所述合成气燃气 轮机压縮机抽取空气供应空分，是抽取压縮机总空气量的5%-30%的 空气供应空分系统构成30%-100%的部分整体空分。
3. 如权利要求1所述的燃机岛工艺方法，其特征在于所述用合成气燃 气轮机压縮机抽取空气供应空分，是抽取的空气经换热器进行余热回 收后供应空分系统。
4. 如权利要求2所述的燃机岛工艺方法，其特征在于所述用合成气燃 气轮机压縮机抽取5%-30%的空气，其压縮机抽取部分空气的量是根 据合成气的热值，计算出透平的通流增加量，以保证透平正常通流为 依据来确定的。
5. 如权利要求1所述的燃机岛工艺方法，其特征在于所述以空分系统 的氮气或用系统余热加热的热水对合成气进行稀释，是单独用氮气稀 释，或单独用湿化器湿化，或是两者的组合。
6. 如权利要求1或5所述的燃机岛工艺方法，其特征在于所述合成气的稀释，利用了系统中本来没用的氮气和25(TC以下的低品位热水。
7.如权利要求1所述的燃机岛工艺方法，其特征在于包括步骤a) 空分来的氧气和煤在气化炉中产生合成气；b) 合成气在湿化器中与余热进行逆流换热，形成水蒸气稀释的合成气，其中，水蒸气的体积比为0_60%;c) 由b)步形成的稀释的合成气，经过热器过热为^5(TC后进入燃 烧室进行燃烧；d) 燃烧室中的空气与合成气燃烧后的燃气进入透平膨胀做功，带 动发电机发电，透平排出的烟气通往余热锅炉产生蒸汽供蒸汽 轮机发电。
8、如权利要求1所述的燃机岛工艺方法，适用于空分的操作压力和压縮 机的压力相匹配的系统；其特征在于包括步骤a) 空分来的氧气和煤在气化炉中产生合成气；b) 由a)步形成的合成气与空分来的氮气在掺混器中进行掺混，产 生的氮气稀释合成气进入燃烧室燃烧；c) 同时，合成气燃气轮机的压縮机抽取压縮空气进入冷却器进行 换热后供应空分；d) 燃烧室中的空气与氮气稀释合成气燃烧后的燃气进入透平膨胀 做功，带动发电机发电，透平排出的烟气通往余热锅炉产生蒸汽 供蒸汽轮机发电。
全文摘要
本发明一种燃机岛工艺方法，用于煤炭联产和IGCC中的动力生产，通过燃机与系统的优化匹配，使合成气燃机在联产和IGCC系统中实现稳定、高效、低污染运行，达到系统的性能指标，保证系统的经济性。其中包括合成气燃气轮机，合成气稀释供应方案以及燃气轮机压缩机抽气利用方案。合成气稀释供应方案为合成气燃气轮机提供合适的稀释合成气的同时提高了系统效率，燃气轮机压缩机抽气利用方案解决了压缩机与透平的通流匹配问题的同时提高了系统效率。
文档编号F01K23/10GK101555834SQ200810103648
公开日2009年10月14日 申请日期2008年4月9日 优先权日2008年4月9日
发明者张哲巅, 岳 王, 肖云汉 申请人:中国科学院工程热物理研究所