CN104597754A - 以热端部件为核心的igcc电站整体效率优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及IGCC电站整体控制技术领域，具体公开了一种以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，包括：启动动力岛，燃气轮机通过启动燃料带动余热锅炉产生蒸汽，通过蒸汽对整个气化岛与净化岛伴热；启动气化岛，通过在线组分与在线热值监测系统实时监测并分析其制备合成气的热值和组分，当达到燃气轮机低负荷条件使用的高热值合成气条件时，燃气轮机使用的燃料由启动燃料切换为高热值合成气燃料；燃气轮机燃料和气化岛工作状态调整。本发明有效提高了整个电站效率，提高燃气轮机使用寿命，降低电站运行成本，缩短电站启动时间，降低污染物排放，真正实现整体煤气化联合循环控制。

Description

以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法

技术领域

本发明涉及IGCC电站整体控制技术领域，尤其涉及一种以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法。

背景技术

整体煤气化联合循环(IGCC)电站的难度在于其系统的复杂度与系统优化。

如图1所示，目前的IGCC电站主要由两大部分组成，即煤气化与净化部分以及燃气-蒸汽联合循环发电部分(动力岛)。其中煤气化与净化部分由气化岛和净化岛组成，气化岛包括煤制备系统、气化炉、空分系统、合成气热回收装置；设置于气化岛下游的净化岛包括脱硫及硫回收装置，合成气变换及CO₂捕集装置；燃气-蒸汽联合循环发电部分包括燃气轮机、余热锅炉以及蒸汽轮机发电系统；其他辅助设备包括气化岛和净化岛下游的合成气在线热值与组分分析仪器、气化岛、净化岛控制模块以及燃气轮机控制模块。除了上述系统以外，IGCC电站还有全厂火炬系统、水处理系统、全厂仪表空压站等通用设施。

制备出的煤经气化炉气化成为中低热值的合成气，经过净化岛净化后，除去合成气中的硫化物、氮化物以及粉尘等，形成清洁的合成气进入动力岛中的燃气轮机进行燃烧，同时燃气轮机排气进入余热锅炉，产生过热蒸汽带动蒸汽轮机进行发电。

但是，IGCC电站不同于传统电力企业，而更多为化工行业与电力行业的综合，现有IGCC系统中，气化岛与净化岛往往归于化工行业设计范畴，而动力岛则归于电力行业设计范畴。两者关联较少，同时燃气轮机控制系统的接口封闭，无法发挥出IGCC系统的最优性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，以针对IGCC系统的特性，加强气化岛、净化岛与动力岛之间的联系，通过整体调控，创建以热端部件为核心的控制方法，改善了气化岛、净化岛与动力岛的信号传递与整体控制，实现了燃气轮机工作状态与IGCC电站整体的匹配，降低整个煤气化联合循环的运行成本，缩短启动时间，降低污染物排放。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，包括以下步骤：

S1.启动动力岛，燃气轮机通过启动燃料带动余热锅炉产生蒸汽，通过蒸汽对整个气化岛与净化岛伴热，以达到气化岛与动力岛的运行条件；

S2.启动气化岛，在气化岛启动的初期，通过在线组分与在线热值监测系统实时监测并分析其制备合成气的热值和组分，当达到燃气轮机低负荷条件使用的高热值合成气条件时，燃气轮机使用的燃料由启动燃料切换为高热值合成气燃料；

S3.燃气轮机燃料和气化岛工作状态调整，待燃气轮机火焰监测系统稳定、信号正常后，燃气轮机向气化岛发出信号，气化岛调整工作状态，通过净化岛末端的掺混装置逐步调节合成气热值至燃气轮机基本负荷条件所需要的低热值合成气。

优选地，如遇到气化炉发生跳车时，气化炉反馈信息至燃气轮机，燃气轮机对气化炉故障种类进行判别，从而决定是否进入到燃气轮机甩负荷工作模式，如气化炉故障时间过长，则燃气轮机直接进入跳车工作模式。

优选地，如遇到气化炉煤种、空分调节发生变化时，燃气控制系统根据监测到的合成气组分、热值信号对气化炉提出控制需求，以调整气化炉的工作压力和氧煤比。

优选地，所述气化岛具有多个空分系统。

或者，所述气化岛的空分系统采用深度空分模式和浅度空分模式。

优选地，其特征在于，所述气化岛向燃气轮机传输数据内容包括：

空分系统工作模式；

气化炉多个工作状态信号，包括：部分正常运行模式、部分负荷模式、暂时停炉模式以及完全停炉模式；

气化岛出口合成气组分与热值；

火炬系统工作状态。

优选地，其特征在于，所述燃气轮机向气化岛传输数据内容包括：

燃烧室工作模式；

对应需要的燃料流量与热值；

燃机负荷，包括：燃机升负荷指示、燃机降负荷指示；

燃料切换信号指示；

燃料切换至火炬系统指示。

优选地，所述气化岛向燃气轮机提供信号通过物理接线方式实现。

或者，气化岛向燃气轮机提供信号通过通讯方式实现。

(三)有益效果

本发明的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法在燃气轮机启动过程中采用深度空分模式而正常运行时采用浅度空分模式；当空分系统工作在深度空分模式下时，单位耗能较大而总流量较小，总耗能较小，此时合成气热值调整空间大，适合于燃气轮机启动过程使用；而当空分系统工作在浅度空分下，单位耗能较小，从而节省了空分消耗的大量能量，有效提高整个电站效率，降低电站运行成本，此时燃料热值调整空间较小，适合于燃气轮机处于基本负荷过程使用，大幅降低了运行成本。本发明可以将气化炉多个工作信号反馈给燃气轮机控制系统，减少燃气轮机跳车次数，有效延长燃气轮机寿命；同时也可以将燃气轮机的燃料需求反馈至气化炉控制单元中，当合成气燃料组分与设定值出现偏差后，反馈调节气化炉工作压力、 氧煤比等参数，修正出口燃料，真正实现整体煤气化联合循环。此控制策略通过多个信号交换优化启动过程，缩短启动时间，减少了火炬系统燃烧的合成气，节约成本，降低污染物排放。

附图说明

图1为IGCC电站的整体结构连接框图；

图2为本发明实施例的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法的启动流程图；

图3为本发明实施例的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法控制系统逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1、2所示，本实施例的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法包括以下步骤：

S1.启动动力岛，燃气轮机通过启动燃料(天然气或者轻油)带动余热锅炉产生蒸汽，通过蒸汽对整个气化岛与净化岛伴热，以达到气化岛与动力岛的运行条件；

S2.启动气化岛，在气化岛启动的初期，采用深度空分制备燃气轮机低负荷工作条件时的燃料，通过在线组分与在线热值监测系统实时监测并分析其制备合成气的热值和组分，当达到燃气轮机低负荷条件使用的高热值合成气条件时，燃气轮机使用的燃料由启动燃料切换为高热值合成气燃料；

S3.燃气轮机燃料和气化岛工作状态调整，待燃气轮机火焰监测系统稳定、信号正常后，燃气轮机向气化岛发出信号，气化岛调整工作状态，用浅度空分制备燃气轮机高负荷工作条件时的燃料，通过净化岛末端的掺混装置逐步调节合成气热值至燃气轮机基本负荷条件所需要的低热值合成气。

提供气化岛的工作模式信号至燃气轮机中，如遇到气化炉发生跳车时，气化炉反馈信息至燃气轮机，燃气轮机对气化炉故障种类进行判别，从而决定是否进入到燃气轮机甩负荷工作模式(此时燃气轮机切换为稳定值班燃料)，如气化炉故障时间过长，则燃气轮机直接进入跳车工作模式。通过这些故障判别以及模态应对，可以有效延长燃烧室以及整台燃气轮机的使用寿命。

提供燃气轮机燃料变化需求至气化岛控制单元，如遇到气化炉煤种、空分调节发生变化时，燃气控制系统根据监测到的合成气组分、热值信号对气化炉提出控制需求，以调整气化炉的工作压力和氧煤比。

气化岛可以具有多个空分系统，也可以采用深度空分模式和浅度空分模式。

气化岛向燃气轮机传递信号可采用物理接线方式实现，如果通信系统足够可靠，也可采用通讯方式，以保证信号传递的稳定性。

在上述过程中，调节空分装置工作模式，或者启动多套空分设备(根据空分装置设备能力规格而定)，其基本原理为，在燃气轮机启动阶段，采用深度空分，制备燃气轮机部分负荷时所需要的高热值合成气燃料，此时空分系统单位耗能较大，但由于合成气总流量较小，气化炉工作在部分负荷模式下；当燃气轮机进入基本负荷工作模式阶段，切换空分系统至浅度空分，此时由于空气分离并不彻底，制备燃气轮机基本负荷时所需要的低热值合成气燃料，大大节约了空分的耗能，此时气化炉出口的合成气热值本身降低，后期掺混量变小或者不需要掺混。

启动燃料不需要预热，气化炉出口的合成气中的显热通过合成气热回收装置进行回收，产生的蒸汽同样进入汽轮机发电。

如图3所示，所述气化岛向燃气轮机传输数据内容包括：

(1)空分系统工作模式；

(2)气化炉多个工作状态信号，包括：部分正常运行模式、部分负荷模式、暂时停炉模式以及完全停炉模式，如果有多台气化炉，则 不局限于一台气化炉；

(3)气化岛出口合成气组分与热值；

(4)火炬系统工作状态。

如图3所示，所述燃气轮机向气化岛传输数据内容包括：

(1)燃烧室工作模式；

(2)对应需要的燃料流量与热值；

(3)燃机负荷，包括：燃机升负荷指示、燃机降负荷指示；

(4)燃料切换信号指示；

(5)燃料切换至火炬系统指示。

本发明的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法在燃气轮机启动过程中采用深度空分模式而正常运行时采用浅度空分模式；当空分系统工作在深度空分模式下时，单位耗能较大而总流量较小，总耗能较小，此时合成气热值调整空间大，适合于燃气轮机启动过程使用；而当空分系统工作在浅度空分下，单位耗能较小，从而节省了空分消耗的大量能量，有效提高整个电站效率，降低电站运行成本，此时燃料热值调整空间较小，适合于燃气轮机处于基本负荷过程使用，大幅降低了运行成本。本发明可以将气化炉多个工作信号反馈给燃气轮机控制系统，减少燃气轮机跳车次数，有效延长燃气轮机寿命；同时也可以将燃气轮机的燃料需求反馈至气化炉控制单元中，当合成气燃料组分与设定值出现偏差后，反馈调节气化炉工作压力、氧煤比等参数，修正出口燃料，真正实现整体煤气化联合循环。此控制策略通过多个信号交换优化启动过程，缩短启动时间，减少了火炬系统燃烧的合成气，节约成本，降低污染物排放。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.启动动力岛，燃气轮机通过启动燃料带动余热锅炉产生蒸汽，通过蒸汽对整个气化岛与净化岛伴热，以达到气化岛与动力岛的运行条件；

S2.启动气化岛，在气化岛启动的初期，通过在线组分与在线热值监测系统实时监测并分析其制备合成气的热值和组分，当达到燃气轮机低负荷条件使用的高热值合成气条件时，燃气轮机使用的燃料由启动燃料切换为高热值合成气燃料；

S3.燃气轮机燃料和气化岛工作状态调整，待燃气轮机火焰监测系统稳定、信号正常后，燃气轮机向气化岛发出信号，气化岛调整工作状态，通过净化岛末端的掺混装置逐步调节合成气热值至燃气轮机基本负荷条件所需要的低热值合成气。

2.根据权利要求1所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，如遇到气化炉发生跳车时，气化炉反馈信息至燃气轮机，燃气轮机对气化炉故障种类进行判别，从而决定是否进入到燃气轮机甩负荷工作模式，如气化炉故障时间过长，则燃气轮机直接进入跳车工作模式。

3.根据权利要求1所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，如遇到气化炉煤种、空分调节发生变化时，燃气控制系统根据监测到的合成气组分、热值信号对气化炉提出控制需求，以调整气化炉的工作压力和氧煤比。

4.根据权利要求1所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，所述气化岛具有多个空分系统。

5.根据权利要求1所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，所述气化岛的空分系统采用深度空分模式和浅度空分模式。

6.根据权利要求2所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，所述气化岛向燃气轮机传输数据内容包括：

空分系统工作模式；

气化炉多个工作状态信号，包括：部分正常运行模式、部分负荷模式、暂时停炉模式以及完全停炉模式；

气化岛出口合成气组分与热值；

火炬系统工作状态。

7.根据权利要求3所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，所述燃气轮机向气化岛传输数据内容包括：

燃烧室工作模式；

对应需要的燃料流量与热值；

燃机负荷，包括：燃机升负荷指示、燃机降负荷指示；

燃料切换信号指示；

燃料切换至火炬系统指示。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，所述气化岛向燃气轮机提供信号通过物理接线方式实现。

9.根据权利要求1-7中任何一项所述的以热端部件为核心的IGCC电站整体效率优化控制方法，其特征在于，气化岛向燃气轮机提供信号通过通讯方式实现。