整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)中空气分离系统的特性研究

摘要

随着新技术和新工艺的不断出现，空气分离技术已达到第六代工艺的水平，我国第一家示范电站华能天津IGCC示范电站建成后，为其特性研究提供了新的方向。空气分离系统向IGCC电站气化装置提供高压氮气、中压氧气等产品，其稳定运行在很大程度上决定着IGCC系统的稳定性。同时，由于本套空气分离系统的大型压缩机全部由电机拖动，耗电超过发电量25%，对电站的供电效率有较大的影响。由此，确定本论文研究方向为空气分离系统的稳定性和节能降耗。 结合我国第一台IGCC示范电站华能（天津）煤气化发电有限公司的实际运行情况，分析空气分离系统的结构特点，采集实际生产数据，对其运行特性进行研究。着重对空气分离系统进行了效率分析，主要核算空分装置功耗，氧提取率，转机运行效率包括空压机、增压机、膨胀机的效率，高压换热器冷损、低压换热器冷损。发现增压机效率偏低；启动阶段主冷凝蒸发器积液速度慢；氧气放空阀有开度造成浪费。分析上述问题的产生原因，研究并提出了实际解决方案，包括增压机碳环密封改造；液氮反灌精馏塔；降低空压机压力；氧气放空阀全关投自动。 将上述技术改造方案应用于空气分离系统，通过对技改前后的数据进行对比，发现技改后效率明显提高，主要结果如下：（1）通过降低空分系统氧纯度，空分总功率减小2070kW，降低4.92%，创造效益3.6万元，厂用电率降低约0.85%。（2）IGGC系统由于润滑油泄露会造成经济损失146元/天，通过对增压机碳环密封改造，在2017年IGCC机组总计运行的4552小时内，共减少经济损失2.78万元。（3）IGCC机组启动时，采用液氮反灌主冷，每次可缩短启动时间5小时，节约用电180MWh。 本文提出的解决方案，对实际工程中空气分离系统存在的问题具有一定的指导意义。通过解决成本和技术问题，突破IGCC技术推广的瓶颈，保障整套设备更有经济性，运行更稳定。以尽快达到可推广、可复制的目标。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1.IGCC技术的发展背景及重要意义

1.1.1.IGCC的发展历程

1.1.2.IGCC发电技术与传统的超临界/超临界发电技术的比较

1.1.3.空气分离技术的比较

1.1.4.空气分离技术在IGCC系统中的应用研究

1.2.本文研究目标及内容

第二章 空气分离系统的特性研究

2.1.空气分离系统基本原理

2.1.1.空气分离系统中冷量的制取

2.1.2.空气分离技术中精馏工作原理

2.2.空气分离系统流程特性研究

2.3空气分离技术工艺特性研究

2.3.1液氧泵内压缩工艺特性分析

2.3.2全低压分子筛净化工艺特性分析

2.3.3带增压透平膨胀机工艺特性分析

2.4.本章小结

第三章 空气分离系统的效能核算

3.1.空分装置中的能量转换规律

3.1.1.压缩机中的能量转换过程

3.1.2.热交换器中的换热过程

3.2.1.氧提取率

3.2.2.空分装置功耗

3.2.3.空分转机运行效率

3.2.4换热器温差及装置冷冷量损失计算

3.3.本章小结

第四章 运行中影响空分特性的问题分析

4.1.液氮反灌精馏塔对空分特性的影响分析

4.1.1.问题分析

4.1.2.制定方案

4.1.3.实施方案

4.2.仪表空压机对空分特性的影响分析

4.2.1.问题分析

4.2.2.原因分析

4.2.3.方案制定与实施

4.2.4.经济效益

4.3.氧气放空阀对空分特性的影响分析

4.4.空分保冷起停车对空分特性的影响分析

4.4.1.空分保冷启动问题分析

4.4.2.空分保冷停机时的常见问题

4.4.3.小结

4.5.增压机对空分特性的影响分析

4.5.1.增压机密封改造

4.5.2.解决方案

4.6.氧气纯度降低对空分特性的影响分析

4.6.1.理论基础

4.6.2.降低氧气纯度的操作方法

4.6.3.氧气纯度与空分总功率的关系

4.6.4.其他因素对空分功耗的影响

4.7.本章小结

第五章 结论与展望

5.1.结论

5.2展望

参考文献

附录

发表论文和参加科研情况说明

致谢