應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電及化工領(lǐng)域，尤其涉及一種應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā) 電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，國家為了發(fā)展清潔的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電產(chǎn)業(yè)，同時振興我國的重型燃氣輪 機制造業(yè)，引進并建設(shè)了 50多臺天然氣聯(lián)合循環(huán)機組。而我國天然氣含量較低，天然氣的 供應量、價格等都存在著較大的不確定性，現(xiàn)有的聯(lián)合循環(huán)機組存在著停機的可能性。在 已有聯(lián)合循環(huán)機組的基礎(chǔ)上，將其改造為以煤為原料的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)電站，既符合我們的能源結(jié)構(gòu)，也為聯(lián)合循環(huán)機組的 利用提供了一種途徑，同時也是解決IGCC和聯(lián)產(chǎn)技術(shù)早期投資較大問題的途徑之一。東莞 已經(jīng)開展了聯(lián)合循環(huán)電站的改造工程，目前在建的120MW級IGCC電站，即是在原有的6B機 組上進行改造。
[0003] 新建IGCC由氣化島和動力島共同組成，兩者之間存在著復雜的物質(zhì)、能量的耦合 和集成。首先，為了利用高溫煤氣冷卻中的熱量，一般采用煤氣余熱鍋爐進行冷卻。新建 IGCC中，煤氣余熱鍋爐與動力島中聯(lián)合循環(huán)底循環(huán)進行汽水集成，產(chǎn)生高壓飽和蒸汽送往 底循環(huán)。其次，氣化爐、煤氣凈化等過程中需要消耗的中低壓蒸汽通常自聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐 底循環(huán)抽取。此外，中低溫煤氣冷卻中的熱量回收也往往需與聯(lián)合循環(huán)底循環(huán)進行集成。天 然氣聯(lián)合循環(huán)包含了 IGCC動力島中所有的單元，一般自成一個封閉的系統(tǒng)，與外界無物質(zhì) 能量交換。將天然氣聯(lián)合循環(huán)改造為IGCC時，在前面所述及的氣化島與動力島之間復雜的 汽水集成的前提下，如何保持氣化島獨立，是改造 IGCC面臨的重要問題。實際上，煤制化學 品，如煤制甲醇、二甲醚、乙二醇、天然氣、烯烴等煤化工行業(yè)，氣化島也是獨立存在的，同樣 面臨以上的問題。
[0004] 目前國內(nèi)在建東莞IGCC改造項目，其獨立氣化島中煤氣余熱鍋爐給水由廠區(qū)額 外配置的燃煤鍋爐供給。其所產(chǎn)蒸汽為約38. 5bar的中壓蒸汽，主要用于滿足氣化島其他 部分的工藝蒸汽需求。多余的中壓蒸汽配置了中壓蒸汽輪機用于發(fā)電。在此IGCC改造項 目中，中低溫煤氣冷卻過程的熱量直接被循環(huán)冷卻水帶走。
[0005] 在采用煤氣余熱鍋爐冷卻高溫煤氣的化工廠中，通常煤氣余熱鍋爐給水也是來自 于廠區(qū)額外配置的燃煤鍋爐的給水。在這些化工廠中，一部分工廠采用煤氣余熱鍋爐產(chǎn)生 中壓工藝蒸汽，滿足其他單元的蒸汽需求。另一部分工廠則主要是用于產(chǎn)生高壓過熱蒸汽 用于發(fā)電，以為廠區(qū)提供一部分的電力。在這種工藝流程中，煤氣余熱鍋爐除了包括輻射換 熱器及對流換熱器外，還需設(shè)置過熱面。煤氣余熱鍋爐的給水首先經(jīng)輻射和對流換熱器加 熱后成為高壓飽和蒸汽，再經(jīng)過熱面過熱為高壓過熱蒸汽，而后進入汽輪機發(fā)電機組進行 發(fā)電。另外，由于煤化工廠氣化島與IGCC氣化島相比，還包含煤氣的變化、脫碳、合成等單 元，煤氣冷卻過程中所釋放的中低溫余熱也更多。然而，目前的煤化工廠中，這些中低溫余 熱少數(shù)用于產(chǎn)生低壓工藝蒸汽，絕大多數(shù)直接通過循環(huán)冷卻水帶走。
[0006] 通過以上對現(xiàn)有IGCC改造工程及煤化工廠中獨立島煤氣冷卻、中低溫煤氣利用 工藝及方法的分析可以看出，雖然部分煤氣冷卻工藝中已注意到煤氣余熱的利用，但目前 的工藝還存在以下的缺陷：
[0007] 1)在采用煤氣余熱鍋爐對高溫煤氣進行冷卻時，多以滿足氣化島其他單元的工藝 蒸汽需求為目的，煤氣余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)多為中壓蒸汽。從能量梯級利用的角度，產(chǎn) 生中壓蒸汽并未對高溫煤氣中所產(chǎn)生的高品位熱量進行有效的利用，從而系統(tǒng)的綜合能量 效率較低。以東莞IGCC改造工程為例，其系統(tǒng)供電效率僅為30%左右。在采用煤氣余熱鍋 爐產(chǎn)生高壓過熱蒸汽以用于發(fā)電時，高壓蒸汽進一步過熱需要在煤氣余熱鍋爐中設(shè)置過熱 面。由于粗煤氣中含有灰渣等固體雜質(zhì)，煤氣余熱鍋爐工作條件惡劣，設(shè)計過熱面會大大增 加設(shè)備的安全隱患。在過熱面內(nèi)傳熱屬于氣體與氣體之間的換熱，傳熱系數(shù)小，過熱面需要 的面積會大大增加。煤氣余熱鍋爐的材料較為昂貴，從而大大增加了煤氣余熱鍋爐的造價。
[0008] 2)煤氣余熱鍋爐給水通常由廠區(qū)額外配置的燃煤鍋爐提供。一方面，通過燃煤鍋 爐產(chǎn)生熱水的方式，煤炭的能量利用率較低；另一方面，燃煤鍋爐與氣化島之間需要額外的 管路連接。
[0009] 3)氣化島中的中低溫熱量直接由循環(huán)冷卻水帶走的方式造成了這些能量的浪費， 降低了系統(tǒng)的綜合能量利用率。
[0010] 綜上，無論是天然氣聯(lián)合循環(huán)電站改造為IGCC電站的新建氣化島，還是煤化工氣 化島，獨立氣化島產(chǎn)生的蒸汽如何合理高效地消納和供給，煤氣冷卻過程中的熱量如何得 到更有效的利用都是亟待解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011](一）要解決的技術(shù)問題
[0012] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā)電系 統(tǒng)，以更加有效的利用獨立氣化島產(chǎn)生的蒸汽。
[0013] (二）技術(shù)方案
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā)電 系統(tǒng)。該飽和蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)包括：將高溫煤氣熱量轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽的煤氣余熱鍋 爐（100)，其煙氣側(cè)與高溫煤氣相連；以及使用飽和蒸汽進行發(fā)電的蒸汽輪機發(fā)電機組 (200)，其包括N個級聯(lián)的蒸汽輪機部分，其中2 < N < 5。
[0015] (三）有益效果
[0016] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)具 有以下有益效果：
[0017] (1)在匹配獨立氣化島煤氣冷卻過程中所產(chǎn)生的高壓飽和蒸汽特點的情況下，通 過設(shè)置飽和蒸汽輪機發(fā)電機組，將高壓蒸汽消納并利用，有效利用了高溫煤氣的高品位余 熱，提高了能量利用效率，且避免了在煤氣余熱鍋爐中設(shè)置過熱面，可提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和 安全性；
[0018] (2)煤氣余熱鍋爐的給水可直接由本發(fā)明提出的發(fā)電系統(tǒng)中的汽水循環(huán)過程提 供，無需額外設(shè)置單獨燃煤鍋爐為煤氣余熱鍋爐供給熱水。
[0019] (3)本發(fā)明提出的發(fā)電系統(tǒng)，可為獨立氣化島其他單元，如煤氣變換、煤氣凈化、 煤氣濕化等過程供給相應品位的蒸汽或熱水，并可有效利用獨立氣化島的中低溫煤氣的余 熱，進一步提高了系統(tǒng)的綜合能量利用率。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實施例應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為應用圖1所示實施例蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)改造電站流程示意圖。
[0022] 【主要元件】
[0023] 100-煤氣余熱鍋爐
[0024] 200-飽和蒸汽輪機發(fā)電機組
[0025] 211-高壓汽缸； 212-第一汽水分離器；
[0026] 213-第一再熱器； 214-第二再熱器；
[0027] 221-中壓汽缸； 222-第二汽水分離器；
[0028] 223-第三再熱器； 231-低壓汽缸；
[0029] 241-冷凝器； 242-冷凝水泵；
[0030] 243-第一低壓給水加熱器；244-第二低壓給水加熱器；
[0031] 245-除氧器； 246-第一高壓給水加熱器；
[0032] 247-第二高壓給水加熱器；248-鍋爐給水泵。
【具體實施方式】
[0033] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等 于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應的值。實施例中提到的 方向用語，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0034] 本發(fā)明利用獨立氣化島蒸汽消耗及產(chǎn)生、熱量利用的特點，提出一種飽和蒸汽輪 機發(fā)電系統(tǒng)，其以煤氣余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓飽和蒸汽為工質(zhì)，將飽和蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為飽 和蒸汽輪機的機械能，再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，期間可抽取部分工質(zhì)供給氣化島不同單 元的工藝蒸汽消耗。工質(zhì)循環(huán)加熱過程中所需要的熱量可由氣化島煤氣冷卻提供。
[0035] 在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機 發(fā)電系統(tǒng)。圖1為本發(fā)明實施例應用于獨立氣化島的飽和蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。請參照圖1，本實施例應用于