[发明专利]高、(中)、热值煤气配低热值煤气燃气轮机联合循环发电新工艺

说明书

技术领域

本发明；高、(中)、热值煤气配低热值煤气燃气轮机联合循环发电新工艺，涉及低热值的燃机联合循环电厂，燃机联合循环热电厂联产，整体联合循环电厂(简称IGCC)等。

技术背景

燃气轮机最初设计是燃用天然气或轻柴油等高品质的燃料，后来开发了燃用重油(品质较差、含灰较高)的燃气轮机。随着燃气轮机应用范围的扩大，人们开始考虑用低热值煤气作为燃气轮机的燃料。一个重要的原因是热效率。目前常规煤气以热效率为51％～56％的联合循环的机组配置，发电技术的热效率可达到40.8％～44.8％。中低热值煤气燃气-蒸汽联合循环形式，具有热效率高，可以电力、蒸汽并供，启动迅速，操作方便，调节灵活，占地少，建设周期短等优点，是最有前途的方案。燃气轮机及其组成的燃气-蒸汽联合循环电站得到了较快的发展。

目前已建成中低热值煤气电站也存在一些明显问题，主要有：

(1)供电效率低，并没有完全显示出其高效率的优越性，再者是系统没有优化，末得到动力回收，造成能量损失；蒸汽循环没优化致使燃气轮机排气余热未获充分利用。

(2)比投资费用和发电成本高

(3)整个系统未进行综合优化，它仅是各种技术、设备的简单组合，还没有考虑各子系统问的优化配置。燃气轮机系统、余热锅炉及蒸汽轮机侧系统流程与参数选择等都未从总体性能的高度来综合优化。

在联合循环中，燃气轮机发电机组毛功率P_gt为：

P_gt＝Q_gt·η_gt

式中，Q_gt为输入燃气轮机的燃料热量，

η_gt为燃气轮机发电机组的毛效率。

燃气轮机排气余热Q_exh为：

Q_exh＝Q_gt-P_gt＝Q_gt-Q_gt·η_gt＝Q_gt·(1-η_gt)

汽轮发电机组毛功率P_st

P_st＝Q_exh·η_hr·η_st＝Q_gt·(1-η_gt)·η_hr·η_st

式中，η_hr为余热锅炉效率，η_st为汽轮发电机组毛效率。

整套联合循环效率η_cc为：

η_cc＝(P_gt+P_st)/Q_gt

＝[Q_gt·η_gt+Q_gt·(1-η_gt)·η_hr·η_st]/Q_gt＝η_gt+(1-η_gt)·η_hr·η_st

上式结果表明，在联合循环中，提高燃气轮机效率η_gt、提高余热锅炉效率η_hr和汽轮机效率η_st对于改善联合循环效率η_cc的效果更为明显。因此在设计联合循环时，首先应选择功率和效率都能满足要求的燃气轮机作为设计出发点，然后再从整个联合循环的效率和投资角度，来考虑余热锅炉和汽轮机的系统和形式是否配置合理的问题。

因此提高联合循环效率的首要途径就是选择透平初温较高的燃气轮机。提高燃气轮机的初温，提高余热锅炉效率η_hr和汽轮机效率η_s可以使联合循环的效率大大提高，其影响效果比对简单循环燃气轮机效率的提高大得多。

煤气按其热值可分为中热值煤气和低热值煤气，其主要成分为CO和H₂，它的热值低于主要成分为CH₄的天然气。煤气是以空气吹入气化器产生的是一种低热值的燃料，其热值约为天然气热值的1/8；煤气是以氧气吹入气化器产生的是一种中热值的燃料，其热值约为天然气热值的1/3天然气热值的燃料，焦炉煤气是一种中热值的燃料。