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《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2009年
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基于输运床气化炉的IGCC系统集成研究

王波  
【摘要】: IGCC技术是以煤为主要燃料的高效洁净能源动力系统的重要技术选择方向。输运床气化技术可有效利用高灰分高灰熔点煤种,是一种适合于我国发展煤基IGCC的气化技术。本文对基于输运床煤气化技术的IGCC系统集成进行了研究,为形成优化的IGCC系统方案提供了参考。本文分为五部分内容,具体如下: 1.IGCC系统关键部件数学模型 作为系统分析的基础,建立了输运床气化、低热值燃料气燃气轮机及其NOx排放、高低压空分等IGCC关键部件数学模型并进行了验证。 2.IGCC中燃气轮机与空分集成研究 将燃气轮机分为理想燃气轮机和实际燃气轮机两类,考虑了燃气轮机改烧低热值煤气以后的变工况性能以及NOx排放的约束,对燃气轮机与空分集成的各种方式进行了研究。得到了低压空分时不宜采用空分整体化和氮气回注,而高压空分应与氮气回注和空分整体化配合的结果。与低压空分相比,采用高压整体空分且氮气回注的系统具有较低的NOx排放和较高的系统效率。 3.单元过程及参数对IGCC系统性能影响 比较了设置煤气余热锅炉和激冷流程的IGCC系统性能,分析了煤气余热锅炉蒸汽参数以及煤气出口温度对IGCC系统效率的影响。结果表明设置煤气余热锅炉的流程比激冷流程系统效率高2.82个百分点,产高压蒸汽比产中压蒸汽方案系统效率高1.25个百分点。对采用注蒸汽降NOx的IGCC系统,煤气余热锅炉设置省煤器的必要性不大。 针对不同热回收利用方式,设计了5种煤气低品位热利用方案并进行了比较。结果表明,通过燃料湿化和凝结水预热可有效利用煤气低品位热,与不回收这部分热量相比,可提高系统效率1.21个百分点。 分析了燃料湿化方式在IGCC系统中的作用,并就燃料湿化与注蒸汽降NOx对IGCC系统效率的影响进行了比较。结果表明一定程度的燃料湿化既可以提高系统效率,同时又能降低NOx排放;从系统效率的角度看,燃料湿化降NOx优于注蒸汽; 比较了输运床纯氧气化和空气气化的IGCC系统性能,结果显示采用空气气化的IGCC系统在效率、净发电功率以及NOx排放方面都有优势。 对输运床气化的除尘工艺选择进行了分析,结果表明采用干法除尘的IGCC系统比湿法除尘效率高1.81个百分点。 4.燃气轮机改烧低热值煤气的性能 提出了一种估算燃气轮机透平冷却空气量的方法。选取了几种典型的输运床气化产煤气,对PG9351FA燃气轮机改烧中低热值煤气以后的性能进行了分析。并对燃气轮机的各种调整通流能力的措施进行了分析比较,包括提高压气机压比、减小压气机流量、增加透平通流面积、降低透平进口温度以及空分整体化等。结果表明在采用输运床纯氧气化且燃料气不稀释时,燃机无需增加通流能力;而采用输运床空气气化时,采取从燃机抽气供气化炉的方式可解决燃机通流问题。 5.基于现有联合循环改造的IGCC系统 设计了3种将PG9351FA天然气联合循环改造为基于输运床气化炉的IGCC的方案,对联合循环变工况性能和IGCC整体性能进行了计算。结果显示改造后燃气轮机排气流量和温度与设计工况差距不大,底循环偏离设计工况点不远;改造后的IGCC系统供电效率能达到40%以上。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ545

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【引证文献】
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8 王爱军;天脊灰熔聚气化炉通过72小时测试[N];中国化工报;2009年
9 孙乐 李文霞 记者 张春鸽;子长县在全市首家引进秸秆节能气化炉[N];延安日报;2009年
10 ;宁南引进柴草气化炉示范项目[N];凉山日报(汉);2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李超;气流床气化炉内颗粒流动模拟及分区模型研究[D];华东理工大学;2013年
2 于海龙;新型水煤浆气化喷嘴和气化炉的开发以及气化过程数值模拟[D];浙江大学;2004年
3 王剑;气化炉渣口熔渣流动的实验及数值模拟研究[D];华东理工大学;2013年
4 林伟宁;气流床水冷壁气化炉熔渣沉积试验研究及水冷壁数值模拟[D];华东理工大学;2011年
5 周密;生物质在流化床气化炉内定向转化过程的模型模拟研究[D];中国科学技术大学;2006年
6 梁钦锋;扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究[D];华东理工大学;2010年
7 金渭龙;化学热回收两段组合式气化炉的实验及数值模拟研究[D];华东理工大学;2014年
8 王波;基于输运床气化炉的IGCC系统集成研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
9 孔祥东;工业气流床水煤浆气化炉的建模、控制与优化研究[D];华东理工大学;2014年
10 唐志国;基于无焰氧化的干法煤粉气化特性研究[D];中国科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘志宾;气化炉的建模及其进料优化[D];华北电力大学(河北);2009年
2 吕国富;加压气化炉关键件制造工艺研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
3 王晓;气化炉筒体破裂失效原因分析及安全评定[D];华东理工大学;2013年
4 龚云;大型气化炉现场组装技术关键及质量控制[D];四川大学;2007年
5 杜昌帅;结构参数对旋风气化炉内流场影响的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
6 王代红;对置式四喷嘴气化炉安全系统的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
7 王多明;气化炉制造工艺研究[D];西北大学;2012年
8 程相宣;水冷壁气化炉内熔渣流动及反应研究[D];华东理工大学;2012年
9 王朋朋;激冷式气化炉强度分析方法、焊接工艺研究及存在问题分析[D];西北大学;2014年
10 赵蒙;基于热传导原理的气化炉内高温测量技术研究[D];华东理工大学;2011年
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