[发明专利]利用污氮气降低IGCC循环冷却水温度的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于降低IGCC循环冷却水温度技术领域，具体涉及一种利用污氮气降低IGCC循环冷却水温度的方法及装置。

背景技术

IGCC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，具有较高的发电效率和良好的环保性能，IGCC后续实施CO₂捕集能耗较低。IGCC由两大部分组成，即煤气化部分和燃气-蒸汽联合循环部分。煤气化部分主要设备有气化炉、空分系统、煤气净化设备(包括硫回收装置)等；燃气-蒸汽联合循环部分的主要设备有燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等。IGCC的工作过程简要描述为煤在气化炉中与工业级纯氧和水经过气化反应成为中低热值煤气(主要是CO+H₂)，经过净化后，除去粗煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，使之变为清洁的气体燃料，进入燃气轮机的燃烧室燃烧，然后高温气体工质驱动燃气透平作功，燃气轮机排气则进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。

在空分系统中，空气经过压缩、深冷与精馏等过程，可以获得工业级纯氧，部分高纯度氮气，以及纯度不太高的污氮气。空分系统中的绝大部分氮气最终以污氮气形式存在。这部分污氮气基本不含水，污氮气离开空分系统的温度也略低于常温。IGCC电站的空分系统可分为升压空分与低压空分，升压空分系统通常将污氮气回注燃气轮机。而低压空分系统的污氮气为常压状态，回注燃气轮机将耗费大量的压缩功，电站效率显著降低，通常的办法是将污氮直接排空。

降低汽轮机背压，可提高汽轮机的出力，提高发电效率。降低汽轮机背压最有效办法是通过降低冷源温度的方法，即降低循环冷却水的温度。循环冷却水通常是在湿式冷却塔中与大气空气直接接触换热，实现降温。上述具体过程为循环冷却水在汽轮机凝汽器中吸收汽轮机排汽热量，实现汽轮机排汽冷凝，循环冷却水同时升温；再将循环冷却水以喷雾方式，喷淋到冷却塔内的换热填料上，填料提供了更大的接触面，通过循环冷却水与空气的接触，达到换热效果。换热的推动力为循环冷却水温度与空气湿球温度的差值，表现为循环冷却水与空气之间的焓差，这部分焓差包含两部分，一部分是空气与循环冷却水之间的温差，另一部分是空气与循环冷却水之间的水蒸气浓度差。冷却塔的冷却能力是以循环冷却水温度与空气湿球温度的差值来衡量的。湿球温度越低，水冷却后的温度也越低，湿球温度是冷却塔的冷却极限温度。也就是说，无论冷却塔设计多么先进，冷却后的水都只能理论上接近大气的湿球温度。

由于污氮气是基本不含水的介质，其温度也略低于常温，因此污氮气的湿球温度显著低于大气的湿球温度，如果将污氮气通入冷却塔，可以有效降低循环冷却水温度，从而降低汽轮机背压，提高汽轮机的出力，提高发电功率。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用污氮气降低IGCC循环冷却水温度的方法及装置，能够有效降低循环冷却水温度，提高汽轮机的出力，提高发电效率。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

利用污氮气降低IGCC循环冷却水温度的方法，通过管道将空分系统产生的污氮气引入冷却塔底部的换热填料下部，并通过管道上的配气喷嘴，使污氮气均匀地分布在冷却塔底部；污氮气通过冷却塔上下部压差，向冷却塔上部流动，通过换热填料，与循环冷却水完成逆流传热传质过程，实现循环冷却水的降温。

所述方法应用于采用深冷空分与湿式冷却塔的IGCC电站中或存在深冷空分与循环冷却水需求的场合。

所述方法应用于采用低压空分系统或采用高压空分系统且氮气不回注燃气轮机的IGCC电站。

无需对冷却塔进行改造或或对冷却塔进行改造，所述对冷却塔的改造是指在冷却塔底部增加一层换热填料，采用双层换热填料，循环冷却水在上层换热填料中经过空气冷却后，落在下层换热填料与污氮气传热传质。

实现上述所述方法的装置，当无需对冷却塔进行改造时，所述装置包括未经改造的冷却塔以及通入冷却塔底部的通有污氮气的管道，在所述管道上设置有多个均匀分布的配气喷嘴。

实现上述所述方法的装置，当对冷却塔进行改造时，所述装置包括冷却塔，所述冷却塔换热填料的底部另外增加有一层底部换热填料，还包括通入增加的底部换热填料下部的通有污氮气的管道，在所述管道上设置有多个均匀分布的配气喷嘴。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明中污氮气通入湿式冷却塔，利用污氮气湿球温度低的特点，可有效降低循环冷却水温度，提高汽轮机的出力，提高发电效率。