CN209213922U - 一种用于igcc电站燃机的增效减排装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置，包括污氮气收集装置，其中，污氮气收集装置安装在IGCC电站燃机空分装置污氮气管道上，污氮气收集装置的出口与IGCC电站燃机中的压气机进口连接；将空分装置中排出的污氮气进行收集并进行降温后，通入到燃烧室内，与通入燃烧室内的空气及燃料进行混合，用以降低燃烧室内氧气的含量，进而降低了燃烧室内的燃烧温度，所以使得燃机发电系统的NOx排放量大幅度的降低。

Description

一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置

技术领域

本实用新型涉及IGCC电站领域，具体涉及一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置。

背景技术

IGCC电站，即整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和燃气-蒸汽联合循环相结合的先进发电系统，既有较高的发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。IGCC电站主要由空分装置、汽化炉、合成气净化装置、燃机发电系统、余热锅炉和汽轮机发电系统组成。

在空分装置中，空气经过压缩、冷却和精馏等过程，可以获得纯氧、纯氮产品，纯氧气用于煤的气化，纯氮气用于输送煤粉和吹扫管道，还剩余大约相当于1/4空分装置进气量的污氮气。这部分污氮气成分为96％(体积分数)的N₂、2％的O₂和2％的Ar，压力约112Kpa(A),且完全不含水分，除了少部分用于吹扫空分装置的纯化系统外，其余直接排向大气。空分装置将多余的污氮气排空，是一种极大的能源浪费。

大气的温度对燃机发电系统的功率和效率有较大的影响，一般来说，大气温度每增加10℃，燃机的功率将下降5％，效率将下降0.1％。

对于燃烧装置来说，NOx的生成机理主要三种，分别是燃料型NOx、快速型NOx和热力型NOx。燃气轮机系统烟气排放的NOx主要是热力型NOx。当燃气轮机燃烧内局部温度高于1800K时，热力型NOx生成速率呈指数增加，而且过量空气系数对热力型NOx的影响也是非常明显的，热力型NOx生成量与氧浓度的平方根成正比，即氧的浓度越大，热力型NOx也会随之增加。对于某些燃烧设备，为了减少热力型NOx的生成，常用的方法就是将一部分燃烧产生的烟气进行循环与空气和燃料同时引入燃烧室中。其原理是降低了燃烧室内的含氧量，从而降低了局部高温温度。

由于已知降低燃机进口温度可以提高燃机发电量，同时减少燃机燃烧室内的空气的含氧量可以降低局部高温温度，从而减少燃机的NOx排放量。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置，解决了现有的污氮气进行排空，造成能源的浪费的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置，包括污氮气收集装置，其中，污氮气收集装置安装在IGCC电站燃机空分装置污氮气管道上，污氮气收集装置的出口与IGCC电站燃机中的压气机进口连接。

优选地，污氮气收集装置与压气机之间设置有用于降低压气机进气温度的循环换热系统。

优选地，循环换热系统包括冷却塔，所述冷却塔的进气口与污氮气收集装置的出口连接，冷却塔中降温后的污氮气出气口与压气机进口连接。

优选地，循环换热系统还包括水泵，所述水泵的出水口与设置在冷却塔上端的进水口连接。

优选地，冷却塔的进气口设置在底部。

优选地，压气机的进气管道之间还设置有用于空气的换热系统。

优选地，换热系统为换热器。

优选地，污氮气的收集装置为风机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置，将空分装置中排出的污氮气进行收集并进行降温后，通入到燃烧室内，与通入燃烧室内的空气及燃料进行混合，用以降低燃烧室内氧气的含量，进而降低了燃烧室内的局部最高温度，而平均温度基本不变,所以使得燃机发电系统的NOx排放量大幅度的降低。

进一步的，通过水泵和换热器之间冷却水的循环，降低了压气机进口空气的温度，进而提高了燃机发电系统的发电效率。

附图说明

图1是本实用新型增效减排装置的结构示意图；

图2是污氮气回注率与燃机NOx排放量的关系；

其中，1、污氮气管道 2、风机 3、进气管道 4、换热器 5、水泵 6、冷却塔 7、压气机8、透平 9、废气管道 10、燃料 11、燃烧室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置，包括安装在污氮气管道1上的风机2，所述风机2的出口依次连接有循环换热系统、压气机7、燃烧室11、透平8和发电机12，其中，循环换热系统包括换热器4、水泵5和冷却塔6，风机2的出口与冷却塔6底部的进气口连接，水泵5的出水口与冷却塔6上端的进水口连接，污氮气在水冷却塔6内由下到上与冷却塔6内喷淋的水滴接触混合，进而降低了冷却塔内的水和污氮气的温度；水泵2的进水口与换热器4的出水口连接，换热器4的进水口与冷却塔6的出水口连接。

同时，冷却塔6的出气口与压气机7的进气口连接；燃机空气进入换热器4中进行降温，降温后的燃机空气与冷却后的污氮气混合进入压气机7内。

该装置首先将利用污氮气管道和风机2将空分装置所排放的污氮气收集，污氮气主要来自于空分装置纯化系统排出的污氮气和排空的污氮气的总和。

收集后的污氮气被送入冷却塔6的底部，由下到上与冷却塔6内喷淋的水滴接触混合。由于污氮气极度干燥，含水量为零，所以在与水滴接触的过程中，部分水滴会蒸发从而吸收大量的热，使得水滴和污氮气的温度降低；根据空分装置水冷塔的经验，能将水温由30℃降至15℃左右。

燃机系统的进气管道3连通换热器4，空气与换热器4换热后温度降低，即降低了燃机系统的进气温度。进气温度与燃机发电量和效率的关系见表1所示。

在夏季的时候，大气温度较高，比如30℃，换热器能将燃机进气温度降低至约15℃左右，则根据表1所示，燃机的功率将增加6％，效率将增加0.8％；

在冬季的时候，由于大气温度相对较低，同时水容易结冰，则可以将冷却塔6、水泵5以及换热器4组成水循环换热装置的水排空，即冬季时，停用循环换热装置：

表1

污氮气通过冷却塔6换热后，本身温度也有一定的降低，然后燃机进口管道3内的空气混合，混合的主要目是降低燃烧室内的NOx排放量。

已知燃气轮机系统烟气排放的NOx主要来自于燃烧室，而且NOx的生成机理主要是热力型NOx。已知热力型机理包括下列两个链式反应：

O+N₂→NO+N N.1

N+O₂→NO+O N.2

反应N.1的活化能相当大(319050kJ/kmol),即这一反应与温度有很强的关系。作为一个经验的估计，在温度低于1800K时，热力型机理通常是不重要的，但是当燃烧内局部温度高于1800K时，热力型NOx生成速率呈指数增加。

IGCC电站中燃机所用燃料为富氢合成气燃料10，燃烧方式基本采用扩散燃烧方式。将污氮气与空气混合进入燃烧室11与合成气10进行燃烧，降低了空气中O₂含量，从而降低了燃烧室11内局部高温温度，则降低了燃机废气9中的Nox排放量；燃烧室11产生的高温烟气驱动透平8做功并驱动发电机12。

如图2所示，为污氮气回注率与燃机NOx排放量的关系，其中污氮气回注率为污氮气的体积与空气体积的百分比，根据计算结果，回注率约5％时，能将NOx的排放量降低10％左右。根据某IGCC电厂的运行数据，170MW的燃机满负荷时空气进气量约522kg/s,空分装置的污氮量约28.5kg/s。则在燃机满负荷工况运行时，根据计算能将燃烧室的局部高温温度降低约50℃，能将NOx的排放降低10mg/m³左右；同时能够降低压气机7的进气温度约15℃，根据表1，理想的情况下能够提高发电量约10MW。所以该装置不仅能够提高IGCC电站燃机系统的效率和发电量，而且能够降低其NOx的排放量。

Claims (8)

1.一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于,包括污氮气收集装置，其中，污氮气收集装置安装在IGCC电站燃机空分装置污氮气管道(1)上，污氮气收集装置的出口与IGCC电站燃机中的压气机(7)进口连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于,污氮气收集装置与压气机(7)之间设置有用于降低压气机(7)进口温度的循环换热系统。

3.根据权利要求1所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于,循环换热系统包括冷却塔(6)，所述冷却塔(6)的进气口与污氮气收集装置的出口连接，冷却塔(6)中降温后的污氮气出气口与压气机(7)进口连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于,循环换热系统还包括水泵(5)，所述水泵(5)的出水口与设置在冷却塔(6)上端的进水口连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于,冷却塔(6)的进气口设置在底部。

6.根据权利要求1所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于，压气机(7)的进气管道(3)内还设置有用于冷却空气的换热系统。

7.根据权利要求6所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置,其特征在于，换热系统为换热器(4)。

8.根据权利要求1所述的一种用于IGCC电站燃机的增效减排装置，其特征在于，污氮气的收集装置为风机(2)。