一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，包括气化炉、合成气净化单元、燃气轮机发电系统、余热锅炉系统和蒸汽轮机发电系统，所述的气化炉所需氧气由空分系统提供；所述的空分系统包括向精馏塔提供冷却空气的可变频调节的空气冷却压缩系统，在精馏塔内空气被分成氮气和氧气，分别存入液氮储罐和液氧储罐，液氧储罐经液氧泵、冷箱与氧气加热器相连接，从氧气加热器出来的高压氧气送去气化炉；本实用新型专利技术克服了IGCC发电系统变负荷速度慢，电网调峰能力差的弊端，利用空分系统的储存能力实现了IGCC输出功率快速调节的能力，全厂输出功率可以在短时间内最快实现20％的范围的提升和降低。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于IGCC发电
，涉及一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置
技术介绍
电力生产具有随用随发，电能不能大规模存储的特点，因此，电网的发电侧和用电侧必须维持发电和用电的平衡。我国电网的峰谷差呈现不断增长的趋势，目前部分区域电网的昼夜峰谷差已达到60％以上，电网的调峰压力巨大。我国电网发电形式的组成主要包括火电、水电、核电、风电等，其中火电比重占据绝对的优势地位，水电装机容量趋于稳定，核电装机容量在稳步增长，风电装机则更是爆发式的增长。核电机组由于需要稳定运行，只能承担基本负荷，不能参与调峰，风电机组由于风资源不可控，也无法承担调峰责任，反而需要增加配套的调峰机组才能保证风电上网，水电机组由于受水利调节以及自身容量的限制，只能满足部分电网调峰的需求，因此，火电机组调峰是未来电网发电的必然要求。未来火电机组若想能够较好的生存，必须要有较高的调峰能力。此外，风能作为一种成熟的可再生能源技术，已经得到了大力发展，截止2015年，我国风电装机容量高达1.5亿千瓦。风力发电具有运行不稳定，可靠性差的特点，风力发电机组的发电功率不是根据电力需求侧的需求进行发电，而是根据风况的情况进行发电，当风场风速大的时候就可以多发出电能，风速小的时候发电功率就少，因而风电的上网进一步提升了电网的调峰需求。为保证大规模风电上网，避免弃风现象造成的能源浪费，就必须配套能够快速响应的调峰机组，当风电场发电功率增大时，调峰机组降低负荷，以保证电网供需平衡，当风电场因为风小而发电功率减小时，调峰机组要升高负荷，以满足电网的电力负荷需求。这种大规模的快速负荷响应调峰责任只能由火电机承担。整体煤气化联合循环(IntegratedGasificationCombineCycle,IGCC)是集成煤气化与燃气轮机联合循环的清洁高效发电技术，作为未来燃煤发电的重要发展方向之一，其调峰能力还不能满足电网的快速变负荷需求。IGCC发电是一种清洁高效的燃煤发电技术，相比于传统的燃煤机组，IGCC在发电效率、CO2排放水平、粉尘排放、氮氧化物排放、硫氧化物排放以及水耗方面都具有很大优势。然而，由于IGCC的工艺流程比较长，包括空分系统制氧、气化炉反应、合成气净化、燃气轮机发电、余热锅炉回收余热、汽轮机发电等一系列流程，当电网需要机组进行升降负荷时，IGCC电站首先需要从空分系统制氧量和气化炉投煤量进行调整，系统响应速率较慢，因而IGCC的负荷变动速率较慢，调峰能力比较弱，难以满足未来调峰需求。IGCC发电技术亟待完善，以提升调峰能力。
技术实现思路
为克服IGCC发电系统负荷响应慢、调峰能力弱的缺点，本技术提出一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，通过直接降低和提升IGCC的厂用电的方法，实现IGCC电站快速调峰的能力。本技术是通过以下技术方案来实现：一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，包括气化炉、合成气净化单元、燃气轮机发电系统、余热锅炉系统和蒸汽轮机发电系统，所述的气化炉所需氧气由空分系统提供；所述的空分系统包括向精馏塔提供冷却空气的可变频调节的空气冷却压缩系统，在精馏塔内空气被分成氮气和氧气，分别存入液氮储罐和液氧储罐，液氧储罐经液氧泵、冷箱与氧气加热器相连接，从氧气加热器出来的高压氧气送去气化炉。所述的空气冷却压缩系统包括空冷塔，自空冷塔出来的空气送往分子筛干燥器进行干燥，从分子筛干燥器出来的空气再经过增压机压缩后送膨胀压缩机，经过循环水冷却器冷却后进入冷箱进一步冷却，从冷箱出来的冷却空气再进入膨胀机膨胀降温后送入精馏塔。所述的空分系统采用独立的空压机将空气加压后送空冷塔进行冷却；或者，空分系统从燃气轮机压气机抽取高压空气送往空冷塔内进行冷却。进一步的，从精馏塔出来的液氧送入液氧储罐，液氧泵从液氧储罐抽取液氧加压后送去冷箱与空气换热，然后送去氧气加热器，从氧气加热器出来的高压氧气送去气化炉；从精馏塔出来的液氮存入液氮储罐，液氮泵从液氮储罐抽取液氮加压后送去冷箱与空气换热，然后送去氮气加热器加热后得到高压氮气，送去高压氮气系统；从精馏塔顶部分离的氮气送去低压氮气系统；氧气加热器和氮气加热器均采用低压蒸汽作为加热源。在氧气进入气化炉的同时投入煤粉，气化炉内发生气化反应生成合成气，合成气从气化炉出来后送合成气净化单元，经过净化的合成气送燃气轮机发电；燃气轮机的排烟送去余热锅炉回收排烟的余热，并产生蒸汽送去蒸汽轮机发电。当电网不需要IGCC电站调峰时，空分系统处于正常工作状态，空压机的进气量与空分系统提供的氧气和氮气量相平衡，此时利用冷箱的换热即可满足氮气和氧气的加热，氮气加热器和氧气加热器不需要工作；当IGCC电站因调峰需要提升负荷的时，减少空分系统的进气量，逐步降低空压机和增压机的出力直至停机，空分系统依赖液氧储罐存储的液氧和液氮储罐存储的液氮持续向气化炉提供氧气和高压氮气系统提供氮气；随着冷箱空气流量的减少，液氧和液氮在冷箱内不能获得充分加热，根据负荷需要启动氧气加热器和氮气加热器，调节对其供热的低压蒸汽流量，保证从氧气加热器和氮气加热器中流出的氧气和氮气的温度。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术提供的利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，克服了IGCC发电系统变负荷速度慢，电网调峰能力差的弊端，利用空分系统的储存能力实现了IGCC输出功率快速调节的能力，全厂输出功率可以在短时间内最快实现20％的范围的提升和降低。与气化炉和燃气轮机负荷调节协调配合，可以实现IGCC电厂更宽范围的快速变负荷能力。由于采用直接调节厂用电功率的策略进行输出功率调节，可以快速满足电网调峰需求，因而可以减轻气化炉、燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等设备的快速变负荷负担。本技术拓展了IGCC电厂调峰的负荷变动范围，使IGCC可以短时间承担超过额定输出功率20％的负荷。在IGCC电厂中，空分系统是主要的耗电大户，其中空压机和增压机的耗电功率约占总发功率的20％，通过降低空压机和增压机的功率，即可快速提升IGCC电站上网功率。在空分系统内设置大容量的液氧储罐和液氮储罐，并且专门设置了氧气加热器和氮气加热器。利用IGCC空分系统的储能能力，通过直接降低和提升IGCC的厂用电的方法，实现IGCC电站快速调峰的能力。附图说明图1为本技术的结构示意图。其中，1为煤粉；2为气化炉；3为合成气净化单元；4为燃气轮机；5为燃气轮发电机；6为余热锅炉；7为余锅排烟；8为蒸汽轮机；9为蒸汽轮发电机；10为凝汽器；11为给水泵；12为氧气加热器；13为氮气加热器；14为膨胀压缩机；15为膨胀机；16为循环水冷却器；17为冷箱；18为液氧泵；19为液氮泵；20为液氧储罐；21为液氮储罐；22为精馏塔；23为低压氮气；24为过冷器；25为空气；26为空压机；27为空冷塔；28为分子筛干燥器；29为增压机。具体实施方式下面结合具体的实施例对本技术做进一步的详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。如图1所示，一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，包括气化炉2、合成气净化单元3、燃气轮机发电系统、余热锅炉系统和蒸汽轮机发电系统，所述的气化炉2所需氧气由空分系统提供；所述的空分系统包括向精馏塔22提供冷却空气的可变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，包括气化炉(2)、合成气净化单元(3)、燃气轮机发电系统、余热锅炉系统和蒸汽轮机发电系统，其特征在于，所述的气化炉(2)所需氧气由空分系统提供；所述的空分系统包括向精馏塔(22)提供冷却空气的可变频调节的空气冷却压缩系统，在精馏塔(22)内空气被分成氮气和氧气，分别存入液氮储罐(21)和液氧储罐(20)，液氧储罐(20)经液氧泵(18)、冷箱(17)与氧气加热器(12）相连接，从氧气加热器(12)出来的高压氧气送去气化炉(2)。

【技术特征摘要】
1.一种利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，包括气化炉(2)、合成气净化单元(3)、燃气轮机发电系统、余热锅炉系统和蒸汽轮机发电系统，其特征在于，所述的气化炉(2)所需氧气由空分系统提供；所述的空分系统包括向精馏塔(22)提供冷却空气的可变频调节的空气冷却压缩系统，在精馏塔(22)内空气被分成氮气和氧气，分别存入液氮储罐(21)和液氧储罐(20)，液氧储罐(20)经液氧泵(18)、冷箱(17)与氧气加热器(12）相连接，从氧气加热器(12)出来的高压氧气送去气化炉(2)。2.如权利要求1所述的利用空分系统储能的IGCC电站调峰装置，其特征在于，所述的空气冷却压缩系统包括空冷塔(27)，自空冷塔(27)出来的空气送往分子筛干燥器(28)进行干燥，从分子筛干燥器(28)出来的空气再经过增压机(29)压缩后送膨胀压缩机(14)，经过循环水冷却器(16)冷却后进入冷箱(17)进一步冷却，从冷箱(17)出来的冷却空气再进入膨胀...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新明，张波，史绍平，闫姝，穆延非，许东灏，
申请(专利权)人：中国华能集团公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11