节能原理与技术4教程

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1、中国矿业大学动力工程系 节能原理与技术(4) 中国矿业大学 机电学院动力工程系 韩东太 CUMT 节能原理与技术 中国矿业大学动力工程系 第4章 联合循环 概述 联合循环的基本型式 联合循环性能的理论分析 整体煤气化联合循环(IGCC) 增压流化床联合循环(PFBC-CC) 第4章 联合循环 中国矿业大学动力工程系 燃气轮机电厂 中国矿业大学动力工程系 4.1 概述 燃气轮机: 进气温度13701500,优点:平均吸热温度高; 排气温度450600,缺点:平均放热温度高; 热效率:33%-38% 蒸汽轮机: 进气温度540560,缺点:平均吸热温度低; 排气温度3038,优点:平均放热温度低;

2、 热效率:42% 4.1 概述 4.1.1 基本概念 燃气- 蒸汽联 合循环 中国矿业大学动力工程系 中国矿业大学动力工程系 4.1.2 联合循环的优越性 4.1 概述 优点: 效率高：E级联合循环效率5152F级5557 ，H级达到60以上 污染少： 可将NOx排放控制在50mg/Nm3以内 启动快、适合调峰： 燃机单循环可以在20分钟内带满负荷 联合循环可以在60分钟内带满负荷 可以实现黑启动、提高电网安全性 自动化程度高、人员配置少 中国矿业大学动力工程系 4.1.3 联合循环发展情况 4.1 概述 1.国外燃气-蒸汽轮机的发展概况 机型 项目 西屋501 -ATS GE-MS7001H

3、ABB GT26西门子 KWU 燃气初温，1510143012601190 压 比28233016.6 简单循环净出力 ,MW 290265240 简单循环效率,%4138.538 联合循环净出力 ,MW 426400396359 联合循环效率,%616058.558.1 中国矿业大学动力工程系 2.联合循环发电机组的性能参数 4.1 概述 中国矿业大学动力工程系 4.1.4 燃气-蒸汽联合循环发展趋势 4.1 概述 美国雄心 勃勃的ATS 计划和 GAGT计划 1.目标 效率60% 初温1427 价格降低10% NOX降低10% 中国矿业大学动力工程系 2.技术措施 采用压气中间冷却技术?!

4、 燃气透平通流部分改造,陶瓷叶片和喷涂技术; 研究湿空气透平(HAT)循环; 燃煤技术方面五种方案: IGCC,PFBC-CC,第二代PFBC-CC,采用高温陶瓷管的 外燃式联合循环(EFCC)以及直接在燃气轮机中燃用水 煤浆. 4.1 概述 3.最新进展:USA,GE公司推出初温1288,联合循环的单机 功率为376.2MW,供电效率56.3%,型号为9G和9H系列. 中国矿业大学动力工程系 指软化水经燃机排气加热后喷入压气机出口指软化水经燃机排气加热后喷入压气机出口 蒸发器中被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混蒸发器中被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混 合物在回热器中被燃气排气加热后，供给燃

5、烧室合物在回热器中被燃气排气加热后，供给燃烧室 ，产生的燃气、蒸汽混合物进入燃气轮机作功产生的燃气、蒸汽混合物进入燃气轮机作功。 由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高 循环效率；由于燃机工质流量增加，使机组功率循环效率；由于燃机工质流量增加，使机组功率 也大大增加；由于没有了蒸汽轮机，使系统大为也大大增加；由于没有了蒸汽轮机，使系统大为 简化，造价仅为余热锅炉型联合循环的简化，造价仅为余热锅炉型联合循环的5050。如。如 果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃 烧，就形成烧，就形成IGHATIGHAT循环，也

6、大大简化系统，节约投循环，也大大简化系统，节约投 资。资。 中国矿业大学动力工程系 4.2 联合循环的基本型式 4.2 联合循环的基本型式 4.2.1 不补燃余热锅炉联合循环系统 中国矿业大学动力工程系 4.2 联合循环的基本型式 4.2.2 有补燃的余热锅炉型联合循环 中国矿业大学动力工程系 4.2.3 增压锅炉型联合循环 4.2 联合循环的基本型式 中国矿业大学动力工程系 4.2 联合循环的基本型式 4.2.4 程式双流体循环 中国矿业大学动力工程系 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC) 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC) 实质:就是一种先进的洁净煤发电技术 洁净煤发电技术? u煤粉

7、燃烧+烟气脱硫（PC/FGD） u常压循环流化床燃烧（CFBC） u整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（IGCC） u增压流化床燃气-蒸汽联合循环（PFBC-CC） 工作原理=燃气-蒸汽联合循环+煤气化+净化 中国矿业大学动力工程系 IGCC发展概况 1984年1月美国建成世界最早的商业验证电站一 Cool Water电站，该电厂发电出力为120MW，耗 资262亿美元； 现在世界上已建、在建和拟建的IGCC电站近约 30座，其中美国拥有15座，居世界之冠。最大的 为美国的440MW机组，计划或可研中容量为德国 900MW和前苏联1000MW机组。一些发展中国家 ，如印度、中国也计划建立IGCC示范

8、电站 ； 我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行 性研究，国家电力公司拟在山东烟台电厂建设一 座容量为300400MW的IGCC示范电站 . 中国矿业大学动力工程系 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC) 组成 煤的储运、预处理、制备和供给系统 煤 的 气 化 系 统 除灰系统 脱硫系统 显热利用系统 燃气-蒸汽 发电系统 空分制氧系统 煤渣废水处理系统 中国矿业大学动力工程系 中国矿业大学动力工程系 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC) 优点 具有提高供电效率的最大潜力； 单机容量已经达到300-400MW，规模效应； 基本条件已经趋于成熟； 污染问题解决最彻底； 耗水量少50%

9、-70%； 废物处理量少，可以再利用；硫酸水泥建筑 产品多样化，发电、甲醇、汽油、尿素，降低成本 中国矿业大学动力工程系 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC) 中国矿业大学动力工程系 IGCC的关键技术及发展方向 （1）先进的煤气化工艺 研究与开发大容量的、能 量转化效率高的煤气化炉；选择合适炉型，提高 冷煤气效率和热煤气效率；高温、压力炉，增加 气化反应速率，提高碳转化率. （2）高温烟气净化系统 : 高温除尘 高温干式脱硫 （3）燃气轮机大型化、提高初温及其国产化. IGCC发展方向的核心，是提高效率和降低造价. 中国矿业大学动力工程系 发展趋势 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC)

10、提高单机容量和供电效率,措施:高温高压缩比机组； 采用新的气化炉形型式，影响装置效率和排放； 高效除灰及脱硫,湿法除灰常温脱硫,高温除灰和高温 脱硫技术； 开发新型空气分离系统； 降低比投资费用. 中国矿业大学动力工程系 4.3 整体煤气化联合循环(IGCC) 中国矿业大学动力工程系 4.5 增压流化床联合循环(PFBC-CC) 4.5 增压流化床联合循环 4.5.1 概述 p高压0.98-1.96MPa; p目的：实现高压低温燃烧，实现低NOx排放； p示范电站建于上个世纪八十年代，目前商业运 营只有8台，最大为360MW； p我国第一座PFBC-CC15MW中试装置建于江苏 徐州贾汪电厂；

11、 p实践证明PFBC-CC电站可以提高供电效率3- 5%，节煤10-15%，并显著减少污染物排放量。 中国矿业大学动力工程系 中国矿业大学动力工程系 4.5 增压流化床联合循环 4.5.2 增压流化床联合循环工作原理 工作原理 中国矿业大学动力工程系 4.5 增压流化床联合循环 系统构成 增压流 化床燃 烧锅炉 燃气轮机动 力装置25% 汽轮机动力 装置75% 中国矿业大学动力工程系 基本型式 4.5 增压流化床联合循环 I.空气埋管热交换系统 USA-DOE 13MW半工 业实验系统 （COGAS） 1.特点：燃气轮机承担总负荷的 60% 中国矿业大学动力工程系 II. 水蒸气埋管热交换系统 4.5 增压流化床联合循环 USA-GE 商 用联合循环 系统 1.特点：燃料热量34%产生燃气，60%产生蒸汽， 6%为灰渣显热损失 中国矿业大学动力工程系 4.5 增压流化床联合循环 中国矿业大学动力工程系 4.5.3 PFBC-CC电站案例 4.5 增压流化床联合循环 中国矿业大学动力工程系 4.5.4 第二代PFBC-CC 4.5 增压流化床联合循环