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IGCC系统全工况特性与设计优化以及新系统开拓研究

段立强  
【摘要】: 整体煤气化联合循环(IGCC)是一种先进的洁净煤发电系统,由于它具有高效、低污染等优点而备受世人瞩目,现已进入商业验证运营阶段。虽然各国学者已经对它作了不少研究,但至今理论研究仍不充分,尤其是对IGCC系统整体优化方面,仍局限于单参数、不连续的优化;对于IGCC系统变工况特性方面的研究也不够深入;另外,如何解决IGCC系统中CO2排放问题仍处于起步阶段。 本论文基于国家重点科技项目(攻关)计划整体煤气化联合循环(IGCC)关键技术项目研究(97-A26)的第一课题第一专题“IGCC发电机组热力系统及其特性研究”第2分专题“IGCC发电分系统优化和整体优化的初步研究”(97-A26-01-01-02)和第三专题“IGCC发电机组运行技术研究”第2分专题“IGCC发电机组变工况计算分析”(97-A26-01-03-02)的研究任务以及国家基础研究973项目(G1999022302)的相关研究内容,在收集大量文献,借鉴和吸收前人研究成果的基础上,开展了相关研究和软件开发,还侧重对一些重要的理论问题进行深入的基础性研究,主要研究内容包括: (1) 概述了联合循环系统综合优化思路,分析了IGCC燃气侧子系统以及蒸汽侧子系统流程结构特点,并分别建立了流程超结构,提出了IGCC系统双层次和联合循环两大块交叉迭代综合优化的新思路;应用模块化建模新方法建立了IGCC系统各典型单元模块模型以及系统模型,为分析研究IGCC系统特性奠定了基础。 (2) 建立了IGCC系统综合优化分析模型,以IGCC系统效率为优化目标函数,对400MW级大型IGCC电站系统进行了优化分析研究,总结和揭示了IGCC系统综合优化的规律,得出许多有价值的结论;另外,还对由 Texaco气化技术组成的六种典型方案IGCC热力系统进行了全面比较分析研究。 分析了IGCC系统变工况特点和影响IGCC系统变工况的因素,建立了IGCC全工况特性分析模型,研究了燃气轮机采用不同调节方式以及大 WP=5 (3) 气温度变化时燃气轮机系统、蒸汽系统以及整个IGCC系统全工况特性,总结了IGCC系统变工况特性规律,构筑了全工况特性图谱框架,绘制了IGCC系统独立变量变化时全工况特性图谱和负荷与大气温度变化时系统性能图谱。 (4) 深入分析了IGCC系统的关键集成技术研究进展,基于这些关键技术进步和系统综合分析新方法,构筑了以采用蒸汽冷却技术的H型燃气轮机为核心的新型IGCC系统概念性方案,通过模拟分析,展现了新系统热力性能改进情况,得出一些有价值的结论。 (5) 阐述了IGCC系统中分离和回收CO2的五大类途径,深入研究了新的CO2准零排放IGCC系统开拓的两大关键科技问题,提出了采用膜分离与深冷结合法制氧的新方案,对CO2准零排放双循环IGCC系统(DC-IGCC)进行了模拟分析;针对IGCC系统排气中CO2回收能耗大的问题,分析归纳了CO2由气态(常温常压)转变为液态或固态的四种途径,提出了压缩-制冷液化结合法降低CO2回收能耗的新思路,对由半闭式循环系统与单级氨吸收制冷系统逆循环系统耦合的IGCC系统进行了分析研究。 以上研究工作将为IGCC系统的设计、优化、运行特性研究以及开拓研究新型高效IGCC系统提供理论支撑和基础的数据,并相信这也将为我国第一座IGCC示范电站研制提供支持。


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