整体煤气化湿化燃气轮机循环热力性能分析

【摘要】： 整体煤气化联合循环(IGCC)是洁净煤发电技术的重要方向。本文以降低系统NOx排放和有效利用低品位热量为出发点,将湿化循环与IGCC系统相结合,构建了基于水煤浆／干煤粉／输运床三种气化炉的燃料湿化IGCC循环、整体煤气化空气湿化(IGHAT)循环以及压气机出口空气湿化但蒸汽底循环保留的空气湿化循环(IGLOTHECO)并对其热力性能进行了考察,为整体煤气化湿化燃气轮机循环湿化方式及湿化程度的选择提供参考。然后将湿化循环与外部低品位热源(太阳能)相结合,考察系统利用外部低品位热量的能力,为提高整体煤气化湿化燃气轮机循环系统性能、也为太阳能的高效低成本利用提供一定参考。本文的主要内容如下： 1.建立了三种气化炉、煤制气燃气轮机、空气分离、湿化器、净化、余热锅炉等整体煤气化湿化循环主要单元模型并进行了验证。 2.将一种燃料湿化、两种空气湿化方式与不同气化炉类型的IGCC相结合,提出了概念流程,比较了降NOx所要达到的加湿程度要求。结果表明：不同类型湿化循环中,要达到相同的降NOx效果,干煤粉气化炉系统要求的湿化程度最高,水煤浆气化炉系统次之,输运床气化炉系统最低。 3.在满足同样的NOx排放要求的条件下,分析了不同循环的热力性能。结果表明：就效率而言,输运床气化炉系统效率较高,干煤粉气化炉系统次之,水煤浆气化炉系统效率较低；湿化循环降NOx优于注蒸汽循环；废锅流程优于激冷流程。就燃气轮机比功而言,空气湿化循环燃气轮机的比功较燃料湿化循环大。 4.将湿化循环与外部低品位热源(太阳能)相结合,考察了整体煤气化湿化燃气轮机循环利用外部低品位热量的能力。结果表明：除水煤浆激冷IGHAT与输运床激冷IGHAT循环外,其它循环具有利用系统外部中低品位热量、大幅提高系统效率的潜力,部分湿化循环的太阳能热电效率远超过单纯太阳能发电机组14%的全年热电效率。集成至湿化循环的太阳能系统有一定成本优势。 【关键词】：整体煤气化联合循环 湿化燃气轮机循环 气化炉 热力性能 太阳能
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK471
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 图目录11-13
• 表目录13-14
• 第一章 引言14-24
• 1.1 课题背景14-20
• 1.1.1 IGCC是我国能源可持续发展的战略需求14-15
• 1.1.2 湿化是利用IGCC系统的余热与控制NO_x排放的有效方式15-20
• 1.2 国内外整体煤气化湿化燃气轮机循环研究现状20-21
• 1.3 本文主要研究内容和工作21-24
• 第二章 关键部件模型24-42
• 2.1 空气分离装置24-25
• 2.2 气化炉25-33
• 2.2.1 水煤浆气化炉26-28
• 2.2.2 干煤粉气化炉28-29
• 2.2.3 输运床气化炉29-31
• 2.2.4 三种气化炉出口粗煤气成分31-33
• 2.3 煤气净化及硫回收33
• 2.4 湿化器33-35
• 2.5 燃气轮机35-38
• 2.6 蒸汽循环38-39
• 2.7 NO_x排放39-40
• 2.8 小结40-42
• 第三章 整体煤气化湿化燃气轮机循环流程构建42-52
• 3.1 整体煤气化燃料加湿循环42-46
• 3.1.1 基于水煤浆气化炉的整体煤气化燃料加湿循环42
• 3.1.2 基于干煤粉气化炉的整体煤气化燃料加湿循环42-43
• 3.1.3 基于输运床气化炉的整体煤气化燃料加湿循环43-46
• 3.2 IGLOTHECO循环46-48
• 3.2.1 基于水煤浆气化炉的IGLOTHECO循环46
• 3.2.2 基于干煤粉气化炉的IGLOTHECO循环46
• 3.2.3 基于输运床气化炉的IGLOTHECO循环46-48
• 3.3 IGHAT循环48-50
• 3.3.1 基于水煤浆气化炉的IGHAT循环48-49
• 3.3.2 基于干煤粉气化炉的IGHAT循环49
• 3.3.3 基于输运床气化炉的IGHAT循环49-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 整体煤气化湿化燃气轮机循环热力性能分析52-68
• 4.1 不同气化炉燃料加湿循环系统热力性能分析53-55
• 4.2 不同气化炉IGHAT循环系统热力性能分析55-57
• 4.3 不同气化炉IGLOTHECO循环系统热力性能分析57-59
• 4.4 不同气化炉整体煤气化湿化循环热力性能59-66
• 4.4.1 燃料气含湿量对燃料湿化循环热力性能的影响59-61
• 4.4.2 加湿/注蒸汽对燃料湿化循环热力性能的影响61-62
• 4.4.3 基于水煤浆气化炉的湿化燃气轮机循环热力性能分析62-65
• 4.4.4 湿化方式建议65-66
• 4.5 小结66-68
• 第五章 利用系统外部热量加湿的燃气轮机循环性能分析68-78
• 5.1 利用系统外部热量加湿的IGLOTHECO循环68-70
• 5.2 利用系统外部热量加湿的燃料湿化循环70-72
• 5.3 利用系统外部热量加湿的IGHAT循环72
• 5.4 小结72-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 硕士研究生期间发表的学术论文84-85
• 硕士研究生期间参加的科研项目85-86
• 致谢86

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