PDF《Overall Performance in IGCC》

1 所示. Table 1. Primary parameters of design load 表1. 设计工况的主要参数 项目 单位 指标 项目 单位 指标 设计煤种 / 内蒙满世煤 空分整体化率 %

30 气化炉容量 t/d

2000 燃气轮机型号 / GE9171E改造 气化压力 MPa 3.6 高压蒸汽压力 MPa 92.51 气化温度 ℃ 1311.7 中压蒸汽压力 MPa 24.52 水煤浆浓度 % 60.5 低压蒸汽压力 MPa 3.61 水-煤比 t/t 0.3669 高/中/低压节点温差 ℃ 10/10/10 氧-煤比 t/t 0.7390 高/中/低压节点温差 ℃ 16/5/5

3 结果与分析 3.1 循环形式 本研究的IGCC发电系统中,燃气轮机的排气流量 大于120 kg/s,排气温度高于510℃,适宜采用双压或 三压的汽水流程系统.为此,本文设计了三种汽水循 环形式:分别为三压再热(基准算例)、三压无再热 和双压再热. 常规的联合循环机组燃机与汽机的功率比约为 2:1 ,而在本IGCC 工程中,由于气化岛高温合成气的 热量被常规岛汽水系统有效利用,汽轮机的进汽量增 加,汽轮机出力有了较大的提高,使得燃机与汽机的功 率达到1~1.2:1, 从图2可以看出, 由于三种方案燃机 负荷率都以100%条件下进行计算, 因此燃机的发电功 率基本不变,而汽机的发电功率有较大变化,从而影 响到总的发电功率.系统总功率以及汽机功率占总功 率比的大小顺序均为:三压再热>

双压再热>

三压无再 热. Figure 2. Influence of steam cycle modes on power distribution 图2. 循环形式对功率分配的影响 造成系统性能变化的深层原因是在不同汽水循环 形式中,对高、中、低压段的汽水流量进行了重新分 配,从而使得余热锅炉和蒸汽轮机的热量转换有所不 同. 从图3可以看出, 废热锅炉产生的高压蒸汽量占总 高压蒸汽流量的55%~70%,其中,辐射废热锅炉产生 的高压蒸汽量约为对流废热锅炉的两倍.中压蒸汽与 低压蒸汽量相当,均只有高压蒸汽量的10%左右. 双压再热和三压再热相比,高压蒸汽流量有所降 低,由于减少了中压级,低压蒸汽流量增加7.13t/h, 同时由于引至废热锅炉的蒸汽焓有所降低,使得辐射 废热锅炉和对流废热锅炉的蒸汽流量略有增加;

三压 无再热高压蒸汽流量有较大提高,主要是因为取消再 热后,高压汽包蒸发量大幅提高,中压和低压蒸汽流 量变化不大. Figure 3. Influence of steam cycle modes on steam flow 图3. 汽水循环形式对汽水流量的影响 表2列出了200MW级IGCC系统额定工况下,三种汽 水循环形式的燃气轮机效率 、余热锅炉效率 、 汽轮机效率 以及系统净效率 . 以氧气为气化剂的IGCC系统各效率可由以下公式 求得[15] 其中 :分配到燃气轮机中参与做功的热能,kJ/h;

:分配到蒸汽轮机中参与做功的热能,kJ/h;

:进入余热锅炉高温烟气所携带的热能,kJ/h;

:余热锅炉排出烟气所携带的热能,kJ/h;

:燃机轴端发电功率的热当量,kJ/h;

:厂用电率,%;

B ? :气化炉效率,%. Table 2. Influence of steam cycle modes on efficiency 表2. 汽水循环形式对效率的影响 循环形式 三压再热 双压再热 三压无再热 燃机效率(%) 32.9 33.0 33.0 余锅效率(%) 87.8 87.4 88.3 汽机效率(%) 37.8 37.0 36.7 系统净效率(%) 40.6 40.1 39.8 可以看出,三种方案中,燃机效率基本不变;

系 统净效率与汽机效率的高低顺序一致,均为:三压再 热>

双压再热>

三压无再热,三压再热形式的系统净效 率为40.4%, 比双压再热高0.7%, 而双压再热比三压无 再热仅高0.3%左右,也印证了三压再热循环形式由于 增加了余热锅炉的受热面积,充分回收了燃气轮机的 排气余热,电厂的总体性能有所提高. 而余热锅炉当量效率反映了余热锅炉中高温烟气 与汽水系统的换热情况.虽然三压无再热循环形式比 三压再热形式少了一级再热器,但在相同气化岛和燃 机岛运行特性的前提下,利用ED模式对不同汽水循环 形式余热锅炉的各换热设备特性指标(如管排数、管 径及换热面积等)进行了重新计算和评估,得出三压 无再热循环形式的总换热面积反而比三压再热形式的 大,因此排烟温度也就最低,对应的余热锅炉当量效 率最高. 总之,由于三压无再热汽轮机低压末级叶片蒸汽 干度没法保证,同时也是三种循环形式中系统净效率 最低的一种,故三压无再热循环方式在本级别 IGCC 系统的设计方案中可不作考虑,而三压再热虽然比双 压再热系统净效率高 0.5%,但由于三压余热锅炉的汽 水系统比双压要复杂,增加了系统投资,需要通过经 济技术比较........