部分气化空气预热燃煤联合循环发电系统.pdf

部分气化空气预热燃煤联合循环发电系统 第六图书馆 介绍半个世纪以来各国洁净燃煤发电技术的发展,并结合中国情况提出一种具有自主知识产权的“部分气化空气预热联合循环PGACC发 电系统,利用该系统对老机组进行改造,不仅可有效地提高电力装机容量,提高供电效率,减轻环境污染,还可充分利用原有设施节约投 资。介绍半个世纪以来各国洁净燃煤发电技术的发展,并结合中国情况提出一种具有自主知识产权的“部分气化空气预热联合循环 PGACC发电系统,利用该系统对老机组进行改造,不仅可有效地提高电力装机容量,提高供电效率,减轻环境污染,还可充分利用原有设施 节约投资。联合循环发电系统 燃煤 气化 锅炉 空气预热器中国电力韩安沛 龙潮中国国际工程咨询公司,北京1000442001 第六图书馆 部分气化空气预热燃煤联合循环发电系统 P a r t Ga s i f i c a t i o n Ai r Pr e h e a t i n g Co mb i n e d Cy c le Po we r Ge n e r a t i on S y s t e m 韩安 沛，龙潮 国匡际二程咨询公司， 北京 1 0 0 0 4 4 摘要 介绍半个世纪以来各 国洁净燃 煤发电技术 的发 展 ， 并结合中 国情况提出一种具有 自主知讽产权的 “ 部分气化空气预热联合循环 P G A C C 发电系统。 刺用该系统对老机组进行改造， 不仅可有效地提高电力蓑 机容量、 提高供 电效率 、 减轻环境污染 ， 还 可充分刺 用原有设 旗节约投资。 关键 词 洁净煤 ； 联合循环； 发电技术 ； 部分气化 ； 空气预热 Ab s t r a c t 血p a p e r i n t r o d u c e s t h e c l e a n ∞a l fi r e d p o w e r g e n e r a l i o n t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t in “ m c o u n t t i e s o v e r t h e p a s t l a t e r h a I f c e n t u r y ． a n d c o mb i n i n g wi t h C h i n a’ s s i t u a t i o n p u t s f o r wa r d a n e w p o we r g e n e r a t i o n s y s t e m w i th a u t o n o mo u s i n t dhe t u a d p rop e r t y -- P a r t g a s i f i c a ti on s i r p r e h e a tin g c o m b i n e d qe l e p o w e r g e n e r a t i o n s v s t e r n 1 G A C 0” Ke y wo r d s c l e o n c o a l ；c o mb i n e d c y c l e ；p o we r g e n e r a t i on ；p a r t g a s i fi c a t i o n ；a i r p r e h e a t ing 中图分类号 T K 0 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 - 9 6 4 9 2 0 0 1 0 3 - - 0 0 1 1 - 0 5 煤 炭 是 我 国 的 主 要 能 源 资 源 ， 煤 电 比 重 高 达 7 O ％以 上 。 2 Oa来 ， 我 国 电 力 工 业 迅 猛 发 展 有 效 地 保 证 了 国 民 经 济 持 续 高 速 增 长 ， 但 同 时 也 使 环境 的 燃 煤 污 染 日趋 严 重 。 因 而 尽 快 寻 找 一 种 洁 净 、 高 效 的 燃 煤 发 电 方 法 已成 为 实 现 我 国 国 民 经 济 可 持 续 发 展 的一 个 紧 迫 问 题 。政 府 已经 并 正 在 采 取 多 种 措 施 支 持 和 鼓 励 洁 净 燃 煤 技 术 的 开 发 。 现 从 国 情 出 发 ． 结 台 对 国 外 洁 净 燃 煤 技 术 的 了 解 ， 提 出 并 介 绍 一 种 适 合 我 国 实 际 情 况 的 洁 净 燃 煤 发 电 技 术 ， 部 分 气 化 空 气 预 热 联 台 循 环 发 电 系 统 P GA C C P a r t i a l G a s i - fi c a t i o n Ai r P r e h e a t C o mb i n e d C y c l e ，希 望 能 对 我 国 的 电力 工 业 和 环 境 保 护 有 所 裨 益 。 1 国外洁净燃煤发电技术简介 煤 炭 是 许 多 国 家 电 力 工 业 的 主 要 一 次 能 源 随 着 全 球 环 境 日益 恶 化 ．燃 煤 污 染 越 来 越 受 到 关 注 人 们 认 识 到 在 尽 可 能 减 少s O 、 N0 排 放 的 同 时 ． 还 必 须 努 力 提 高 燃 煤 电 厂 效 率 、 减 少 温 室 气 体 C0 排 放 ， 以 最 大 限 度 减 轻 燃 煤 电厂 污 染 。 第 1次 石 油 危 机 以后 ． 帅 年 代 以来 ，美 国 等 一 些 国 家 加 快 了这 方 面 努 力 ， 出 现 了 以 煤 气 化 为 基 础 的 整 体 煤 气 化 联 台 循 环 和 以 增 压 流 化 床 燃 烧 为 基 础 的 增 压 流 化 床 联 台 循 环 等 多 种 洁 净 燃 煤 发 电 技 术 。先 后 建 成 了 若 干 采 用 这 些 燃 煤 联 台 循 环 的 示 范 电 厂 其 中一 些 已初 步 具 备 商 业 化 条 件 ， 但 系 统 过 于 复 杂 、 高 温 烟 气 净 化 等 问 题 仍 有 待 进 一 步 解 决 。 1 ． 1 整体煤气化联合循环 I GC C 这 是 一 种 将 煤 全 部 气 化 ， 以 煤 气 作 为 燃 气 轮 机 燃 料 的燃 煤 联 台 循 环 系 统 。 它 将 煤 全 部 气 化 ， 并 在 煤 气 脱 硫 过 程 中 回收 硫 。其 气 化 炉 多 采 用 高 温 喷 流 床 和 氧 气 气 化 ， 产 生 中 热 值 煤 气 ， 除 作 为 燃 料 外 还 可 作 化 工 原 料 气 。 为 回 收 煤 气 中 的 硫 ， 需 专 门 的 煤 气 深 度 冷 却 和 硫 回 收 装 置 ， 因 而 整 个 系 统 十 分 复 杂 。 目前 已 有 多 座 采 用 这 种 循 环 的燃 煤 示 范 电 厂 在 不 同 国 家 投 入 运 行 。 1 _ 2 增压流化床联合循环 PF B C C C 这 种 系 统 利 用 增 压 流 化 床 锅 炉 的 高 温 烟 气 驱 动 燃 气 轮 机 ． 增 压 流 化 床 锅 炉 燃 烧 用 空 气 则 由 燃 气 轮 压 气 机 提 供 。 虽 然 系 统 远 比I GCC简 单 ， 但 其 高 温 烟 气 净 化 十 分 困 难 。 x ,／ 于 燃 气 轮 机 ， 进 气 温 度 又 不 够 高 约 9 0 0℃ ， 燃 气 轮 机 效 率 和 燃 气 轮 机 ／ 汽 轮 机 功 比都 不 高 ， 从 而 循 环 效 率 不 够 高 。 采 用 这 种 循 环 的 燃 煤 示 范 电 厂 已 投 运 多 年 ， 我 国 的 一 座 小 型 实 收稿 日I q } 2 0 0 0 1 2 1 2 作者 简介 韩安沛 t 9 2 9 一 ， 男． 湖北武汉人 ， 高级工程师 教授级 ， 从事先进发 电系统的研究 。 维普资讯 第六图书馆 2 0 0 1年第 3期 中国电力 第 3 4t l i 验 电 厂 也 已 基 本 建 成 。 1 ． 3第 2代增压流化床联合循环【 P F B C CC I I 】 为 提 高 燃 气 轮 机 的 进 气 温 度 以 提 高 其 效 率 和 燃 气 轮 机 ／ 汽 轮 机 功 率 比 ．在 增 压 流 化 床 联 合 循 环 基 础 上 增 加 一 个 煤 气 化 炉 和 燃 气 轮 机 前 置 燃 烧 室 ． 就 成 为 第 2代 增 压 流 化 床 联 合 循 环 系 统 。煤 在 气 化 炉 中 部 分 气 化 ， 产 生 的 煤 气 净 化 后 送 燃 气 轮 机 前 置 燃 烧 室 ， 以 补 燃 增 压 流 化 床 锅 炉 的 烟 气 ， ．O k 而 提 高 燃 气 轮 机 效 率 和 燃 气 轮 机 ／ 汽 轮 机 功 比 部 分 气 化 后 的 半 焦 送 增 压 流 化 床 锅 炉 燃 烧 ， 产 生 高 温 增 压 烟 气 这 种 系 统 的 效 率 远 高 于 第 1代 增 压 流 化 床 联 合 循 环 ， 而 整 个 系 统 仍 较 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 I GC C 简单 。目前 其 主 要 技 术 难 点 仍 在 于 增 压 流 化 床 锅 炉 高 温 烟 气 的 净 化 。 采 用 美 国 F W 公 司 f P F B C C C I I 技 术 的 示 范 电 厂 计 划 于 近 年 投 人 运 行 。 1 ． 4 外燃式联合循环{ E F C C 这 是 一 种 只用 煤 粉 燃 烧 室 获 得 高 温 空 气 驱 动 燃 气 轮 机 的联 合 循 环 。 在 液 态 排 渣 煤 粉 燃 烧 室 中产 生 高 温 烟 气 ，通 过 陶 瓷 加 热 器 将 燃 气 轮 机 压 气 机 的 压 缩 空 气 加 热 到 高 温 后 进 人 燃 气 轮 机 做 功 。 放 热 降 温 后 的 烟 气 ，通 过 余 热 锅 炉 产 生蒸 汽 与 燃 烧 室 中产 生 的蒸 汽 一 起 用 于驱 动 蒸 汽 轮 机 。 低 温 烟 气 经 除 尘 和 脱 硫 、 脱 氮后 排 出 。主 要 优 点 是 避 免 了 高 温 烟 气 及 燃 气 净 化 的 困难 。但 高 温 陶 瓷 加 热 器 的 材 N- 和 结 构 问 题 仍 未 解 决 。 目前 还 未 见 到 示 范 机 组 运 行 的 报 道 。 1 ． 5 低污染锅炉系统 { L E B S} 这 是 美 国 能 源 部 “ 2 0 0 O燃 烧 计 划 ” 的 一 部 分 ， 试 图 在有 效 降 低 燃 煤 锅 炉 污染 物 排 放 的 同 时 ， 通 过 采 用 高 效 超 临 界 参 数 以 达 到 既 减 轻 污 染 又 提 高 系 统 效 率 的 目的 。 这 种 系 统 最 为 简 单 ， 也 与 常 规 火 电 厂 最 接 近 。 但 其 系统 效 率 的 提 高 主 要 通 过 提 高 蒸 汽 循 环 参 数 实 现 ， 因 而 提 高 的 潜 力 十分 有 限 。德 国正 建 造 供 电 效 率 高 达 4 5 ％的超 I 临界 压 力 示 范 机 组 ， 计 划 2 0 0 2年 投 运 1 ． 6 高性能发电系统 H I P P S} 这 也 是 美 国 能 源 部 “ 2 0 O 0燃 烧 计 划 ” 的 一 部 分 。 包 括 2个 方 案 。一 是 在 高 温 煤 粉 燃 烧 室 中将 燃 气 轮 机 压 气 机 的 压 缩 空 气 加 热 到 高 温 ， 再 少 量 天 然 气 补 燃 ， 从 而 得 到 很 高 的 燃 气 轮 机 效 率 和 燃 气 轮 机 ／ 汽 轮 机 的 功 率 比 。煤 粉 燃 烧 室 及 其 烟 道 和 燃 气 轮 机 余 热 锅 炉 产 生 的 蒸 汽 供 给 蒸 汽 循 环 。低 温 烟 气 排 出 前 进 行 脱 硫 、 脱 氮 处 理 减 轻 污 染 。这 种 系 统 效 率 高 也 很 简 单 ， 但 需 天 然 气 补 燃 ， 且 其 高 温 空 气 加 热 器 的 材 料 和 结 构 问 题 尚 待 晟 后 解 决 是 煤 在 气 化 炉 中 部 分 气 化 ， 产 生 的 半 焦 冷 却 、 磨 细 后 在 煤 粉 炉 中燃 烧 加 热 压 缩 空 气 。加 热 的压 缩 空 气 用 气 化 炉 产 生 的 煤 气 补 燃 后 进 人 燃 气 轮 机 做 功 。煤 粉 炉 及 其 烟 道 和 余 热 锅 炉 产 生 的 蒸 汽 供 给 蒸 汽 循 环 。 烟 气 排 出 前 需 脱 硫 、 脱 氨 处 理 。 该 方 案 效 率 也 很 高 ， 且 无 需 天 然 气 补 燃 。 但 系 统 和 半 焦 处 理 较 前 一 方 案 复 杂 ， 同 样 还 有 一 个 高 温 空 气 加 热 器 的 材 料 问 题 尚 待 最 后 解 决 。 HI P P s系 统 目前 尚 处 于 前 期 准 备 阶 段 ， 计 划 2 0 0 4年 建 成 示 范 电 厂 。 1 - 7 空气气化混台式联合循环 { A B GC 这 是 英 国三 井 B a b c o c k正 在 开 发 的一 种 联 合 循 环 系 统 。 也 是 将 煤 部 分 气 化 ， 煤 气 作 为 燃 气 轮 机 的 燃 料 。 而 气 化 后 的 半 焦 送 常 压 循 环 流 化 床 锅 炉 燃 尽 ， 产 生 的 蒸 汽 驱 动 汽 轮 机 。这 种 系 统 较 简 单 ， 但 其 半 焦 热 量 只 用 于 产 生 蒸 汽 。 因 而 燃 气 轮 机 ／ 汽 轮 机 功 率 比 低 ， 系 统 效 率 低 于P F B CC～ CC I I 及 HI P P S 这 一 方 案 的 准 备 工 作 已 近 完 成 ， 正 在 寻 找 建 设 示 范 机 组 的 合 作 伙 伴 。 2 部分气 化空气 预热联 合循环发 电系 统 P GA CC ．O k 国 外 的 发 展 过 程 看 到 ， 将 煤 气 化 或 部 分 气 化 以 实 现 燃 气 ／ 蒸 汽 联 合 循 环 是 洁 净 煤 发 电 技 术 的 发 展 趋 势 。焦 点 在 于 如 何 更 好 地 实 现 煤 的 气 化 或 部 分 气 化 ， 实 现 燃 气 ／ 蒸 汽 系 统 之 间 的 合 理 匹 配 。 并 解 决 或 避 开 上 述 各 种 循 环 中一 时 难 以 解 决 的 问 题 。 为 此 ， 在 认 真 分 析 上 述 技 术 方 案 的 基 础 上 ， 提 出 如 下 的 “ 部 分 气 化 空 气 预 热 联 合 循 环 ” 发 电 系统 2 ． 1 系统 的组 成及流 程 系 统 由 煤 气 岛 、 锅 炉 岛 、 燃 气 轮 机 岛 和 汽 轮 机 岛组 成 见 图 1 ，煤 在 增 压 流 化 床 气 化 炉 中部 分 气 化 。 产 生 的 煤 气 经 除 尘 、 冷 却 和 过 滤 后 进 人 燃 气 轮 机 前 置 燃 烧 室 。气 化 后 的 半 焦 减 压 后 送 双 工 质 循 环 流 化 床 锅 炉 燃 尽 燃 气 轮 机 压 气 机 的 压 缩 空 气 经 双 工 质 锅 炉 的 空 气 加 热 器 加 热 后 送 燃 气 轮 机 前 置 燃 烧 室 。 用 煤 气 补 燃 后 的 高 温 燃 气 进 人 燃 气 轮 机 做 功 。双 工 质 锅 炉 产 生 的 少 量 饱 和 蒸 汽 与 燃 气 轮 机 余 热 锅 炉 产 生 的饱 和 蒸 汽 经 煤 气 冷 却／ 蒸 汽 过 热 器 过 热 后 驱 动 蒸 汽 轮 机 。 2 ． 2主要设 备及 其特点 增 压 流 化 床 气 化 炉 气 化 炉 灰 熔 聚 流 化 床 气 化 炉 为 基 础 。 因不 要 求 全 部 气 化 ， 将 灰 熔 聚部 分 取 消 简 化 结 构 。工 作 压 力 为 0 ．9 8 1 ． 9 6MP a ， 按 燃 气 轮 机 压 比确 定 部 分 气 化 的 碳 转 化 率 约 6 0 0 7 ,一 8 0 0J C ， 视 不 同 煤 种 而 定 。 在 气 化 的 同 时 加 脱 硫 剂 石 灰 石 实 现 炉 内 脱 硫 ， 无 需 煤 气 深 度 冷 却 和 硫 回 收装 置 。空 气 气 化 产 生 低 热 值 煤 气 ， 无 须 专 用 的 空 分 装 置 。 系统 简 化 且 厂 用 电少 。 气 化 炉 工作 温 度 约 1 0 0 0 o C， 远 低 于 喷 流 床 的 温 度 约 1 5 0 0℃ 。这 样 不 仅 煤 气 净 化 过 程 显 热 损 失 少 ， 且气 化 炉 炉 衬 材 料 要 求 低 ， 而 寿 命 更 长 双 工 质 循 环 流 化 床 锅 炉 一 引 进 的 Ci r c o fl u i d 型 低 倍 率 循 环 流 化 床 锅 炉 为 基 础 ， 保 持 炉 膛 结 构 不 丁 一⋯ 维普资讯 第六图书馆 第 3 4卷 部分气化空气预热燃 煤联合循环发电系统 2 0 0 “ 1 年第 3期 图 1 部分气化空气预热燃煤联音循环发电 系统 c P G A C C 1 - 煤气岛；2 - 增压砘化赢汽化炉 ；}旋风舟离器4 _ 煤气冷却器， 蒸汽过热器 ；5陶瓷过滤器；6 _ 增压空压机1 o _ 锅炉岛；1 1 一 循环流化床锅炉；1 2 一 锅炉炉 膛；1 3 一 空气加热器l 4 _ 旋风分离器 ；1 古煤器 ； l 6 _ 空 气预热 器；1 7 一 连风机 ；1 8 一 锅筒；l 9 _ 除尘器 ； 引风机； 2 1亲热锅炉 {n 燃气轮机岛；3 1 一 压 气机 ；3 2 一 前置燃烧室 3 3 一 燃气轮机； 3 4 一 发 电机 ； 4 0 一 饩轮机岛 41 一藏汽轮 机．4 2发电机 ；4 3 一 狰 凝器 ； 4 4一 凝结水泵； 4 5 陈氧器； 4 给水泵 变 以 空 气 加 热 器 管 组 取 代 炉 膛 上 方 原 有 的 过 热 器 和 省 煤 器 。 锅 炉 在 保 证 半 焦 燃 尽 的 同 时 ， 将 大 部 分 热 量 用 于 加 热 空 气 。半 焦 及 残 余 的脱 硫 剂 在 燃 烧 过 程 中 可 继 续 脱 硫 并 完 成 气 化 炉 排 出 的 硫 化 钙 Ca S 的 最 终 转 化 。压 缩 空 气 加 热 器 的 管 材 在 现 阶 段 可 采 用 6 0 0℃ 过 热 器 用 锅 炉 合 金 钢 管 ，这 时 空 气 出 口温 度 低 于 约 5 5 0℃ 随 国 产 耐 热 钢 管 工 作 温 度 提 高 ， 空 气 加 热 温 度 可 相 应 提 高 。 煤 气 冷 却 ／ 蒸 汽 过 热 器 一 这 是 一 种 专 用 的 管 壳 式 气 ／ 汽 热 交 换 器 。 壳 侧 为 高 温 煤 气 ，管 内 为 过 热 蒸 汽 在 将 高 温 煤 气 冷 却 到 陶 瓷 过 滤 器 工 作 温 度 的 同 时 使 蒸 汽 过 热 其 热 交 换 过 程 及 相 应 的 工 程 设 计 与 一 般 气 ／ 气 热 交 换 器 基 本 相 同 但 应 充 分 考 虑 煤 气 含 灰 及 易 燃 易 爆 等 特 点 ， 在 结 构 设 计 上 采 取 相 应 措 施 。 陶 瓷 过 滤 器 一 为 使 煤 气 的 含 尘 量 符 合 燃 气 轮 机 要 求 ， 特 别 是 为 滤 除 煤 气 中 的 碱 金 属 ， 采 用 耐 高 温 的 陶 瓷 过 滤 器 以进 一 步 净 化 煤 气 。过 滤 器 前 煤 气 温 度 应 不 高 于 6 0 0℃ ，使 其 工 作 在 气 态 碱 金 属 凝 固 温 度 以下 ， 以有 效 滤 除 碱 金 属 燃 气 轮 机 余 热 锅 炉 一 与 通 常 的 燃 气 轮 机 余 热 锅 炉 基 本 相 同 ， 但 无 需 在 其 中 使 蒸 汽 过 热 ， 因 而 其 布 置 及 结 构 比通 常 的余 热 锅 炉 简 单 。 其 结 构 形 式 以 卧 式 为 宜 燃 气 轮 机 组 一 系 统 的 燃 气 轮 机 应 能 燃 用 低 热 值 煤 气 ， 同 时 还 应 考 虑 压 气 机 输 出 的 压 缩 空 气 需 克 服 空 气 加 热 器 阻 力 及 提 供 煤 气 炉 气 化 用 空 气 蒸 汽 轮 机 组 一 汽 轮 机 与 常 规 电 厂 基 本 相 同 ， 但 无 需 多 级 给 水 加 热 器 。 汽 轮 机 只 需 少 量 抽 汽 用 于 气 化 炉 和 低 压 除 氧 器 。 这 样 可 尽 量 降 低 余 热 锅 炉 和 循 环 流 化 床 锅 炉 的 排 烟 温 度 ． 从 而 提 高 整 个 系 统 效 率 。 其 他 设 备 或 装 置 一 应 注 意 的 是 气 化 炉 的 半 焦 排 放 ／ 减 压 装 置 。这 是 一 个 将 气 化 炉 半 焦 高 温 高 压 固体 粒 子 流 减 压 并 送 人 常 压 循 环 流 化 床 锅 炉 的 连 接 ／ 控 制 装 置 ， 工 作 条 件 恶 劣 且 要 求 高 2 ． 3系统主要性能 根 据 对 系 统 的 初 步 热 平 衡 计 算 结 果 ， 在 燃 气 轮 机进 气温 度 为 l ／ 5 0 ℃ ， 汽 轮机 热耗 为 8 3 6 0 k J ／ k W h ， 空 气 加 热 到 温 度 5 5 0 o c， 煤 气 冷 却 到 2 5 0℃ ， 使 用 雁 北 煤 时 P G ACC 系 统 的 主 要 性 能 大 致 如 表 l所 列 。 这 一 系 统 与 国 外 几 种 主 要 燃 煤 发 电 系 统 的 简 单 对 比如 表 2所 示 表 1 燃用雁北煤时 P G A C C系统的主要性能 从 以上 简 单 比 较 可 看 到 ， P GAC C 系 统 主 要 指 标 都 处 于 好 或 较 好 水 平 。 2 ． 4 P G AC C 系统性能初步分析 2 ． 4 1 部分 气化加 半 焦燃烧使 煤 炭 的气化厦 脱硫 过 程 大 为 简 化 P GACC 系 统 采 用 部 分 气 化 加 半 焦 燃 尽 实 现 籀 瑟 霾 篓 ， 一 维普资讯 第六图书馆 2 0 0 1年第 3期 中国电力 簟 a _ I ● 煤 炭 化 学 能 的 转 化 ， 因 而 无 须 全 部 气 化 和 氧 气 气 化 时 的 空 分 装 置 ，也 避 免 了 高 温 喷 流 床 时 的 炉 衬 和 燃 烧 器 易 损 问 题 。 部 分 气 化 可 缩 短 气 化 过 程 简 化 气 化 设 备 ， 还 可 减 少 煤 气 本 身 的 显 热 。 采 用 流 化 床 气 化 技 术 ， 可 在 气 化 的 同 时 加 脱 硫 剂 ， 使 煤 气 的 脱 硫 得 以 简 化 。 半 焦 在 C F B燃 烧 室 中 不 仅 能 以 9 8 ％～ 9 9 ％的 高 效 率 燃 尽 ， 还 可 完 成 气 化 炉 脱 硫 产 物 Ca S 的 最 终 转 化 和 残 余 硫 的 吸 收 ， 因 而 无 须 烟 气 脱 硫 、 脱 氮 装 置 2 ． 4 ． 2双 _T - 质循 环流化床 锅 妒使 半焦 的热量 得 以 高效利 用 P GAC C系 统 采 用 双 工 质 循 环 流 化 床 锅 炉 ， 半 焦 燃 烧 的 热 量 大 部 分 用 于 加 热 燃 气 轮 机 压 缩 空 气 ， 从 而 可 有 效 提 高 整 个 循 环 效 率 据 热 平 衡 初 步 估 算 ， 燃 气 轮 机 压 缩 空 气 从 3 5 0 ～ 4 0 0 o C加 热 到 5 5 0 ～ 6 0 0 ℃ ， 循 环 效 率 约 提 高 2 ％ 且 随 着 高 温 材 料 发 展 ， 空 气 加 热 温 度 将 会 逐 步 提 高 ， 因 而 循 环 效 率 还 可 进 一 步 提 高 。 2 4 ． 3煤 气冷 却／ 蒸汽过 热 器使 煤 气 的高温热 能得 以合 理利 用 通 常 为 回 收 高 温 煤 气 显 热 多 采 用 烟 管 式 余 热 锅 炉 或 省 煤 器 。 这 样 虽 设 备 较 为 简 单 ， 但 煤 气 高 温 热 量 未 能 台 理 利 用 。 P GAC C 系 统 采 用 蒸 汽 冷 却 高 温 煤 气 ， 既 合 理 利 用 了 煤 气 的 高 温 热 量 ， 叉 使 余 热 锅 炉 不 必 装 过 热 器 ， 结 构 得 以 简 化 还 由 于 过 热 汽 温 不 再 受 燃 气 轮 机 排 气 温 度 限 制 ． 因 而 可 进 一 步 提 高 蒸 汽 循 环 效 率 。 2 ． 44关于 P GA C C 系统的可靠性 问题 为 保 证 电厂 安 垒 可 靠 ， P GACC系 统 尽 可 能 采 用 目前 已成 熟 或 趋 于 成 熟 的 技 术 和设 备 。系 统 关 键 设 备 气 化 炉 是 趋 于 成 熟 的 ， 国 内外 均 有 类 似 设 备 在 化 工 企 业 投 入 运 行 。本 系统 采 用 的 是 将 其 复 杂 的 灰 团 聚 部 分 取 消 后 的简 化 设 备 ． 因 而 将 更 可 靠 此 外 ， 为 使 气 化 环 节 更 可靠 ， 对 上 述 1 8 8 MW 系 统 ． 拟 采 用 2 台处 理 能 力 各 为 约 3 0 t ／ h 煤 的 气 化 炉 ， 使 大 型 化 过 程 更 稳 妥 另 一 关 键 设 备 ， 双 工 质 循 环 流 化 床 锅 炉 ， 其 技 术 也 是 成 熟 的 。 仍 以 上 述 8 8 Mw 系 统 为 例 ， 它 的 燃 烧 室 就 是 1 台 l 3 0 t ／ h C i r c o fl u i d循 环 流 化 床 锅 炉 的 燃 烧 室 ， 二 者 的 结 构 完 全 相 同 目前 ， 已 有 数 十 台 这 种 循 环 流 化 床 锅 炉 在 运 行 ， 容 量 从 7 5 t ／ h到 3 0 0 t ／ h不 等 。 至 于 空 气 加 热 器 ， 其 传 热 方 式 和 结 构 形 式 与 原 有 过 热 器 相 同 。 所 不 同 的 只 是 其 管 内 介 质 为 压 缩 空 气 因 而 可 通 过 必 要 的 实 验 取 得 管 内 为 压 缩 空 气 时 的 设 计 数 据 ， 使 结 构 设 计 稳 妥 可 靠 ， 第 3 个 重 要 设 备 是 煤 气 冷 却 ／ 蒸 汽 过 热 器 。 尽 管 其 传 热 方 式 和 结 构 形 式 与 一 般 气 ／ 气 热 交 换 器 并 无 原 则 不 同 。但 由 于 其 壳 侧 为 高 温 高 压 且 易 燃 易 爆 的 煤 气 ， 因 而 其 结 构 设 计 应 十 分 慎 重 ， 并 装 设 必 要 的 防 爆 安 全 装 置 。 为 保 证 其 性 能 ， 可 通 过 必 要 的 实 验 取 得 可 靠 的设 计 数 据 。 此 外 ， 高 温 煤 气 陶 瓷 过 滤 器 和 气 化 炉 排 焦 ／ 减 压 装 置 因 目 前 国 内 尚 无 类 似 产 品 为 稳 妥 起 见 ， 可 先 行 进 口 ， 以 加 快 系 统 示 范 的 步 伐 。 除 以 上 设 备 外 ， P GACC 系 统 的 其 他 主 要 设 备 ， 如 燃 气 轮 机 、 蒸 汽 轮 机 、 余 热 锅 炉 、 旋 风 分 离 器 和 增 压 压 缩 机 等 ， 都 是 一 般 联 合 循 环 或 蒸 汽 循 环 发 电 系 统 的 成 熟 设 备 ， 较 为 可 靠 。P GACC 系 统 可 能 的 风 险 将 主 要 来 自 以 下 2方 面 设 备 方 面 f 1 增 压 流 化 床 气 化 炉 尽 管 不 会 有 颠 覆 性 风 险 ． 但 将 需 要 一 个 不 断 改 进 完 善 的 过 程 。 2 煤 气 冷 却 ／ 蒸 汽 过 热 器 尽 管 工 作 原 理 简 单 ， 结 构 也 不 复 杂 ， 但 也 需 要 不 断 改 进 和 完 善 ， 以 确 保 安 全 。 3 气 化 炉 排 渣 ／ 减 压 装 置 ， 由 于 工 作 条 件 恶 劣 ， 且 直 接 影 响 气 化 和 燃 烧 过 程 2个 主 要 设 备 的 正 常 运 行 ， 将 是 整 个 系 统 中 风 险 较 大 的 环 节 。 系 统 方 面 f 1 P GACC 系 统 各 部 分 参 数 的 选 择 ，各 部 分 之 问 的 连 接 、 配 合 也 会 有 一 个 不 断 修 正 完 善 的 过 程 。 2 表 2 P G A C C系统与国外几种主要燃煤发电系统的筒单对 比 维普资讯 第六图书馆 第 3 4卷 部分气化 空气预热燃煤 联合循环发 电系统 2 0 0 1年第 3期 裹 3 1 9 9 7年底我 国火电机组构成 箪税蓉差 庄l力 疆麈 凛 蒋 单琦礞 供龟竣率 相对 ／ M W ／ M P a ／ ℃ ／ s 。 w。 h j ／ g 。 w。 h j 肺／ _％ PGACC 系 统 的 启 动 、 运 行 和 调 试 将 需 要 一 个 逐 步 熟 悉 和 掌 握 的 过 程 。 可 见 ， 由 于 采 用 成 熟 或 趋 于 成 熟 的 技 术 和 设 备 ， 且 较 好 地 回 避 了 其 他 燃 煤 联 合 循 环 的 主 要 困 难 ， 因 而 这 一 系 统 较 可 靠 而 风 险 不 大 。 其 中 的 1 ／ 3， 约 2 0 0台 ，其 原 有 总 容 量 约 1 5 0 0 0 Mw ， 改 造 后 总 容 量 约 3 0 0 0 0 Mw 。 这 样 不 仅 可 有 效 地 提 高 电 力 装 机 容 量 及 供 电 效 率 ，减 轻 环 境 污 染 ， 还 可 充 分 利 用 原 有 电 力 设 施 并 节 约 投 资 ， 其 经 济 和 社 会 效 益 都 将 十 分 明 显 。 3 P G A C C 系统的经济效益 参考文献 PGACC方 案 具 有 系 统 相 对 简 单 、 技 术 难 点 较 少 和 供 电 效 率 高 等 优 势 。 由 于 大 部 分 设 备 和 技 术 立 足 国 内 ， 系 统 造 价 将 较 低 。因 而 采 用 这 一 方 案 可 能 以 较 少 的 投 资 建 设 高 效 低 污 染 的 燃 煤 电 厂 。 P GACC 系 统 也 便 于 对 老 旧 机 组 进 行 改 造 。其 经 济 效 益 可 大 致 分 析 如 下 。 据 统 计 ， 1 9 9 7年 底 我 国 火 电 机 组 构 成 见 表 3， 这 些 机 组 的 供 电 煤 耗 及 效 率 见 表 4。 表 4 中 列 入 了 一 组 用 P GACC 系 统 改 造 老 的 5 0 -1 0 0 Mw 机 组 的 对 照 数 据 。 它 表 示 ，利 用 原 有 厂 房 及 基 础 设 施 ， 对 5 0 -1 0 0Mw 老 机 组 ， 以 相 近 或 稍 大 容 量 的 燃 气 轮 机 及 相 应 的 气 化 炉 、 双 工 质 锅 炉 加 以 改 造 的 效 果 从 中 可 看 到 ， 改 造 后 机 组 容 量 相 应 为 1 0 0 - 2 0 0 Mw ， 增 加 1倍 且 系 统 效 率 大 幅 提 高 、 煤 耗 降 低 ， 环 境 污 染 大 为 减 轻 。 我 国 目 前 约 有 5 0 -1 2 5 Mw 老 机 组 6 0 0 台 ，总 容 量 约 4 7 3 o 0 MW 。 在 未 来 1 0 ～ 2 0 a， 若 以 P GAcC 系 统 改 造 【 1 ]白先忠_ _ 一 十一世纪燃煤发电技术【 A 】 中国燃煤技术研讨会【 q 1 9 9 4 _ 2 _L A R u th ， J H w C o mb u s t i o n 2 0 O 0 p r o g r a m t o d e v e l o p c o a l p l a n t t e e h n o l o [ J ] ．P o w e r E n g i n e e r i n g ,1 9 9 3 ，14 【 3 】D s B E l晖 曲 I E l a c c d m e d h i p e ff o n n o e p ～ s 娜l U n i t e d T e e h n o lo K l t e s e m c 1 9 9 8 『 4 1 M R T o rpe y ，J F r i e d r i c h ，R J G r a h a m , e t D e s i g a n d d e v e l o p n n t o f p u l v e riz e d c h a r c mn 0 r f o r t h e h i s h p e r f n u a n c e po r s y s t e m f R1 F o t e r Wk e e l e r D e I m n t Co r po r a t i o n，1 9 9 8 ． 【 5 】D W i U S O O E , F E I E p 1 l p i n ei n t e g r a te d g e a fi o n c 。 d c x l e p 币 神d o s e d 肌 a n d s n 【 U S K r e a n im wu h o p o n me r e a n d蛐 m 1 9 9 9 ． 【 q J R u F R o b in D J S e e r ／ Hi B h p e r f o mmn e e p o w e r s y s t e m H I P P S ．o p por t u n i t i e *a n d o p t i o n s f o r t h e c o a l fi r e d p o w e r p l a n t ma r k e t [ R l U s- K o r e a n j o l n t w o r k s h o p 曲 e n e r g y 衄d e n v i r o n me nt ． 1 9 9 9 责任编辑 李秀平 I 维普资讯 第六图书馆