[发明专利]类天然气联合循环

说明书

技术领域：

本发明涉及燃煤燃气轮机的洁净煤技术领域。

背景技术：

中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》能源问题被列在重点领域的首要位置，其中关键技术便是洁净煤技术。煤作为中国基础能源，2005年突破20亿吨大关，使中国能源安全和环境保护形势严峻。能否开发节约能源的洁净煤技术关系到建设资源节约型、环境友好型社会的成败。洁净煤技术是使煤作为一种能源应达到最大限度潜能的利用，而释放的污染控制在最低水平，达到煤的高效洁净利用目的的技术。目前，煤主要应用于发电，燃煤电站主要是锅炉电站，包括常规锅炉电站，超(超)临界发电，循环流化床锅炉燃烧发电。因受到热力循环(Rankine)限制，热效率已很难大幅度提高，燃气-蒸汽联合循环既发挥Brayton循环，又保留Rankine循环。较好实现煤化学能的洁净和高效的梯级利用。世界燃气轮机制造商都致力于燃煤燃气轮机技术开发，燃煤燃气轮机燃烧技术主要有增压流化床燃烧联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)。增压流化床燃烧联合循环包括第一代、第二代，PFBC-CC是煤与脱硫剂在增压(通常1.2∽1.6MPa)流化床锅炉燃烧，燃烧的部分热量通过安装在流化床内的埋管和水冷壁。使流经受热面的水加热产生蒸汽，通过蒸汽透平做功发电，离开燃烧室的加压燃气，经过高温除尘后，进入燃气轮机透平做功发电，即第一代PFBC-CC。也可将部分煤在气化炉气化后送入辅助燃烧室燃烧，产生的高温燃气再与PFBC约850℃燃气混合。把燃气轮机进气温度升到150∽1200℃，从而提高燃气轮机热效率，也即为第二代PFBC-CC。整体煤气化联合循环(IGCC)是使煤在气化炉中气化成为中热值煤气或低热值煤气，通过处理把粗煤气中的灰分、含硫化合物(主要是H₂S和COS)等有害物质除净，供给燃气-蒸汽联合循环中去燃烧做功，以达到煤代油(或天然气)的目的。这样，就可以间接实现燃气-蒸汽联合循环燃用固体燃料-煤的愿望。上述两种燃气轮机以煤做为燃料的技术有较好前景。特别是IGCC发展令人瞩目，它能较大幅度地提高燃煤电站的热效率，并使污染问题获得非常满意的解决，IGCC被认为是二十一世纪最有前途的洁净煤发电技术。第二代增压流化床燃烧循环发电技术也被国际公认有发展前景，可提高发电效率和改善环境的洁净发电技术。

然而为21世纪发电技术带来光明的增压流化床燃烧联合循环和整体煤气化联合循环发电技术都存在投资规模大，处理物料量大，污染净化不充分，热效率难以提高等问题。PFBC-CC存在污染净化不充分，高温除尘困难，燃机叶片冲刷腐蚀严重，电站安全可靠性差等问题。IGCC因煤气热值比天然气低得多，致使进入燃气轮机燃烧室的燃料流量增加，使燃气轮机的热力参数和工况点都发生变化，不能适应以石油和天然气作为燃料设计的燃气轮机，也就不能解决中国近期建设的以天然气为燃料F级机组气源问。本发明以煤等能源物质合成类天然气，并使煤的化学能最大限度地转化为满足燃气-蒸汽联合循环电站运行工况的类天然气燃料，并使煤充分净化，甚至可达到零污染目标，实现绿色煤电，可望解决中国燃气-蒸汽联合循环电站天然气气源问题。面对国际石油和天然气价格居高不下，中国天然气开采和管网建设周期长，国内民用、商业和一般工业消费天然气刚刚起步，中国以天然气纯发电在相当长时期困难重重，本发明为中国燃油电站和燃气电站经济走出困境带来希望。

发明内容：本发明目的在于合成一种适应燃气轮机燃烧的类天然气燃料并提供一种新的燃煤燃机技术方案——类天然气联合循环(Natural Gas-Like Combined Cycle简称NGLCC)，实现燃气-蒸汽联合循环以煤等能源物质作为燃料，煤等能源物质可以是煤及其制品、石油及其制品(石油焦、渣油等)、生物质能源，并达到高效、洁净燃烧，燃煤燃气轮机原技术方案增压流化床燃烧联合循环(PFBC-CC)存在高温除尘困难，环保性能欠佳，燃机叶片冲刷腐蚀严重等技术难题，影响装置长期安全可靠运行。整体煤气化联合循环(IGCC)存在系统物料流量大，气化显热利用效率不高，空分装置投资、能耗高，中间燃料煤气热值低等问题。IGCC效率只有42％，配套世界最先进燃气-蒸汽联合循环，期望能达到45％。且上述这两种技术方案系统复杂、投资巨大、厂电用电耗率高、污染控制有限，总能系统热效率很难提高。