[发明专利]提高发电效率及气体分离的方法和气体分离系统

说明书

技术领域

本发明是关于一种通过提高发电效率、降低电能成本和分离气体的方法并且提出一种气体分离系统，具体地说就是关于利用变负荷和非经济运行的发电机组所生产超出电网调度允许的电力驱动气体分离机组分离气体的方法。

背景技术

电力系统包括一个及以上个发电分系统、输变电分系统和用电分系统。发电分系统至少包括一台发电机、机械运动产生部和附属配套部，比如火力发电系统至少包括锅炉部、汽轮机部和发电机部，还包括水系统部和空气压缩机等各种辅机部。这时的空气压缩机组只是为了满足发电机组的生产工艺需要。随着经济的发展，用电分系统的电力需求越来越大，用电分系统的负荷变化也越来越呈现随机变化，同时电力负荷的峰谷差别也越来越大。发电机组主要包括火力发电、燃气发电、水电、核电等；电网内发电机组可以分为基本负荷机组、可用发电能力机组和备用发电能力机组，基本负荷机组多是满负荷发电机组，可用发电能力机组一般多是优先被用于适应电力系统用电负荷的变化；由于电网用电负荷变化频繁所以经常需要调整发电机组功率的大小，在很多时段经常有发电机组以低于满负荷发电效率运行，用电负荷变化较大时有时还需要停机。不经济负荷调节包括停机和非优效率运行，电力系统的用电负荷变化中包括日常、昼夜调峰和季节变化，但发电机组负荷调整最频繁的是因为日常多见用电系统负荷的波浪型随机变化，发电机组负荷调整幅度较大的是昼夜电力负荷调节。现在实行的调度方法有节能发电调度方法和有序调停燃煤机组的节能调度模式。主要是根据机组煤耗、排放水平、负荷率平衡分配各个机组的发电数量。现较多的发电机组经常以30-60％的功率负荷运行，这时发电机组每度电的能源消耗远大于发电机组以设计负荷发电效率运行时的能源消耗，发电机组以设计负荷率运行时的煤耗或经济效率运行的成本一般是最低的。《中国电力》2012年1月刊发的《超超临界机组瞬变负荷对供电煤耗率的影响》一文，即说明了低负荷率时的较高煤耗，也说明了负荷经常变化也会造成较高的煤耗。经济发达的江浙地区华能海门电厂一台额定功率1036MW发电机组，机组设计标准供电煤耗率为283g/kW.h，实际运行中由于经常变负荷运行的影响很难达到设计值。[2011年全国火电平均煤耗为330克/kW.h。]根据该机组实际某一天负荷调度曲线统计，700MW到1000MW之间变负荷波动2次，从750MW到900MW之间变负荷波动3次，从800MW到900MW之间变负荷波动至少5次，其它稍小的负荷波动更多，将一天负荷波动统计计算后得知发电机组至少多消耗煤1203.47t，如果以800元/t煤计算，每天每台机组至少多花费96.2776万元。请注意上述计算只是发电机组从稳定运行状态改变运行状态到新的运行状态之间所产生的损失，不一定是经济运行状态！从文章中可以看到发电机组在800MW到1036MW之间供电煤耗的变化曲线趋于平缓，如果以860MW到1036MW之间作为经济运行功率，这时发电煤耗变化不会超过1g/kW.h，经济运行功率可以定为860MW-1036MW之间，发电机组最优功率则为920MW左右或最优成本供电煤耗率为279.768g/kW.h。还有文献报道一台12.5万kw的火力发电机组启停一次，需消耗20t标准煤；一台20万kw的火力发电机组启停一次，需消耗34.8t标准煤。湖南电网2008年单日负荷峰谷差仅为488万kW.，2012年单日负荷峰谷差已超过1000万kW.。详情见[中国电力]2013年10月P1。2011年我国用电负荷峰谷相差达到40-50％，至少有20-30％的电源容量充当调峰电源；为了调整电力负荷白天夜间的峰谷差距，现在最常见的是建设抽水蓄能电站，抽水蓄能电站一是投资巨大，一般在5000元/千瓦及以上；二是需要经过两次有能量损失的电能量转换，能量损失较大，抽水蓄能电站的能量转换效率-综合效率系数有的只有65％左右；三是水资源要靠天吃饭，有丰枯季节之分；四是最终能量形式还是有较大损耗的电能。以2010年底统计，我国发电设备容量9.62亿KW，火电占73.44％；抽水蓄能电量16345MW，在建12040MW，预计到2020年建设抽水蓄能电量约70000MW。目前运行的抽水蓄能机组每年约启动2000-4000次。国外的电网中抽水蓄能电量最高约为总电量的15％左右。电力负荷调节还有其它的方式，如电池蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能、电容器蓄能、空调制冰蓄能、调相机蓄能等；还有为生产氢气而电解水，家用电解法制氧的单耗高达13kw.h/立方米.氧气，工业电解法制氢的单耗高达8.0-9.0kw.h/立方米.氢气，可以参见机械工业出版社《制氧技术问答》张辉、王和平编著；所以如果将此类氢气用于氧化燃烧则没有节能益处。由于各种经济、技术原因上述蓄能设施除抽水蓄能外其它方案都没有大规模采用或容量不足。发电机组的经济性包括排放水平、机组负荷率和煤耗；目前大型火力发电机组的能源转换效率一般是44％左右，前景发展目标也只是51％左右；热电联产的效率可以达到70-80％左右。在电力系统既定的现有条件下，各种发电机组共同的节能增效问题一是机组运行负荷率，二是负荷变化率；当然还有电压、电流、频率、有功功率、无功功率等调节方式的优化。随着智能电网技术的不断发展和广泛的实际应用，电网调度的自动化程度越来越高。除了发电端现有技术之外还在用电分系统的用户负荷管理也有很多方法，即常说的需求侧用电管理。需求侧用电管理是在用电紧张区域内对某些非重要的负荷，在用电高峰时停止或限量供电。有时电网调度也可以根据协议或合同直接控制确定的某些用户的设备。