含整体煤气化燃料电池-碳捕集电厂的风火储系统分布鲁棒调度方法

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)是与碳捕集技术高度适配的清洁、高效、稳定的绿色煤电技术,有望克服传统碳捕集技术在低浓度CO_(2)环境下产生的高成本、高能耗问题。该文构建含IGFC碳捕集电厂的风火储发电系统。研究IGFC碳捕集电厂的运行机理,对IGFC内部各环节建立数学模型,提出工况匹配时燃烧利用率和阴极空气利用率需要满足的运行条件,并针对该型碳捕集电厂的电碳特性进行分析。为计及风电出力的不确定性,构建风火储系统的两阶段分布鲁棒经济调度模型,引入k阶适应性理论,提出基于正交支撑子集策略的求解方法来获得鲁棒对等式。最后,在改进IEEE-30节点系统中进行算例分析,结果表明,该型碳捕集电厂可利用阳极碳富集的优势,实现系统低碳经济调度的目标,并验证所提优化方法能为可行解提供可解释性。

基于整体煤气化联合循环发电模式的汽水在线监测可靠性研究

整体煤气化联合循环发电厂汽水系统相比于传统的火力发电厂汽水系统较为复杂,不仅包含常规动力岛汽水系统,同时也包含气化岛、净化岛、空分岛汽水系统。复杂的汽水系统,使得整体水质容易恶化、汽水水质故障点增多、汽水水质变化幅度大等,进而导致水质故障点较难发现,解决问题耗费的人力、物力及时间较多。通过对在线仪表的有效分配,准确分析每个环境水质情况,优化了汽水取样系统以确保在线仪表的可靠性及准确性。同时,结合在线仪表测量数据,高效准确地发现汽水系统存在的问题及其原因,形成一个完整高效的监测系统,提高了整体煤气化联合循环水系统的监测准确性、及时性、可靠性。

整体煤气化联合循环汽轮机三改联动改造方案

整体煤气化联合循环(IGCC)发电站的主要燃料依然是煤炭。为了适应新形势下国家对煤电机组“三改联动”的要求和用户的实际需求,针对某IGCC电站汽轮机节能降耗改造、供热改造和灵活性改造等方案进行了研究。通过对比不同改造方案的技术路线和经济性,最终确定双转子互换循环水供热改造方案为优选方案,其主要包括非供暖季的通流改造和供暖季的高背压循环水供热改造。该方案实施后,机组各项性能指标将明显提高,纯凝热耗率验收工况下的热耗设计值将降低约5.15%,出力设计值比改造前增加约8.4%,对外供热功率约为186.67 MW。所提改造方案具有良好的经济效益和社会效益,可为类似机组的“三改联动”改造提供参考。

整体煤气化燃料电池发电与甲醇联产系统运行特性

基于实际煤化工系统,开展煤气化化工与固体氧化物燃料电池、燃气透平耦合技术研究是加快IGFC工程化及商业化发展的新思路。选取山东能源集团旗下内蒙古荣信化工多喷嘴对置式水煤浆气化生产甲醇系统,借助化工流程分析软件Aspen Plus开展煤气化化工与固体氧化物燃料电池、透平工艺流程构建,通过仿真计算研究运行参数对整体煤气化燃料电池发电与甲醇联产(IGFC-CMP)系统的影响,并对典型条件下系统化工品产出、电力和热力出力进行分析。在此基础上分析气化炉关键参数对各关键部件出力、效率及其他运行参数的影响。结果表明,甲醇生产装置联合燃料电池发电,使系统整体效率由57.71%提高至59.22%,说明新系统在能源利用效率方面具有优越性。水煤浆浓度由55%提升至60%时,对燃料电池功率和效率影响最大,对整体效率提升较小。燃料电池效率由42.46%提升至68.42%,功率由2.65 MW提升至4.22 MW,透平1功率由6.23 MW提升至6.56 MW。抽气占比由0提升至51.59%时,由于抽气量相对合成气总量不到2%,因此对甲醇产量影响较小,整体效率由59.20%提升至60.70%。通过抽取部分净化气实现“化工品-热-电”供给调节可行,建议通过设置并联备用机组实现发电机组扩容,以减少运行调控难度及维持燃料电池高效率。通过对原甲醇生产系统的优化设计,不仅提高了系统整体能效,也实现了从单一输出化工品、余热到“化工品-热-电”联供的转变,为缓解化工系统生产用电压力,优化产品多样性和经济性提供新思路。

整体煤气化联合循环(IGCC)底循环系统变工况特性

文中研究了整体煤气化联合循环 (IGCC)底循环系统的变工况特性。IGCC是一种先进的洁净煤动力系统 ,已成为当今世界能源动力领域的研究热点。其底循环系统是一个相当复杂的物质、能量转换利用系统 ,它的变工况性能对机组运行稳定性、安全性以及整体性能有重要的影响。文中详细分析了IGCC底循环系统热力与变工况的特点 ,并按“温度对口 ,能量梯级利用”的原则 ,运用温区模型的概念 ,建立了底循环系统变工况特性分析模型 ,编制了相应的软件 ,并结合实例分析了典型的双压再热底循环系统的变工况特性 ,揭示了负荷变化以及大气温度变化时IGCC底循环系统的变工况规律 ,为进一步研究IGCC系统运行特性和控制规基金项目 :国家重点基础研究 ( 973)资助项目 (G19990 2 2 30 2 ) ;国家“九五”重点科技攻关资助项目 ( 97 A2 6 )。

整体煤气化联合循环系统变工况特性研究

采用ThermoFlex软件建立了200MW级整体煤气化联合循环(integratedgasificationcombinedcycle,IGCC)系统模型,从系统的角度出发计算研究了200MW级IGCC系统的变工况特性。详细讨论了燃气轮机负荷、大气环境条件和整体空分系数对系统性能的影响。结果表明,燃气轮机采用压气机进口可转导叶角度调节–等燃气透平初温的调节方式降负荷时,燃气透平排气温度先增加后降低,而系统效率先缓慢降低后快速降低。随大气温度增加,燃气轮机功率、汽轮机功率和系统净功率均下降。在大气温度不变的条件下,大气压力对燃气轮机效率和系统净效率基本没有影响。增加整体空分系数可提高系统净效率,却使系统净功率降低。

整体煤气化联合循环系统中废热锅炉特性研究

废热锅炉包括辐射废热锅炉(radiant syngas cooler,RSC)和对流废热锅炉(convective syngas cooler,CSC),它是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined Cycle,IGCC)系统中的高温冷却单元,可回收气化炉出口粗合成气热能,以提高系统的效率,所以研究IGCC系统中废热锅炉的特性是很有意义的。该文利用ThermoFlex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统效率角度出发,首先研究对流废热锅炉出口合成气温度对IGCC系统性能的影响,然后研究废热锅炉产生不同蒸汽参数对IGCC系统性能的影响。结果表明:随着对流废热锅炉出口合成气温度的提高,系统的发电功率和效率下降;废热锅炉产生过热蒸汽的系统效率优于产生饱和蒸汽的系统效率,废热锅炉产生高压蒸汽的系统效率优于产生中压蒸汽的系统效率;综合考虑造价及其系统效率的影响,推荐最佳的蒸汽参数方案为辐射废热锅炉和对流废热锅炉均产生高压饱和蒸汽的系统。

整体煤气化联合循环(IGCC)系统变工况特性

作者分析了影响IGCC系统变工况的因素 ,基于通用性模块化建模思想 ,建立了IGCC系统变工况特性模型和开发出相应程序软件。通过大量的计算 ,得出三种调节方式下系统随负荷与大气温度变化时的变工况特性曲线簇 。

整体煤气化联合循环(IGCC)系统整体综合优化

本文提出ＩＧＣＣ系统两层次和联合循环两大块交叉迭代的整体综合优化的新思路和新方法，对大型ＩＧＣＣ电站系统进行模块化建模和模拟分析，总结和揭示了ＩＧＣＣ系统综合优化的规律，得出了许多有实用参考价值的结论．

整体煤气化燃料电池联合发电(IGFC)技术研究进展

整体煤气化燃料电池联合发电技术(IGFC)是一种新型煤基洁净高效发电技术,不考虑热电联供的情况下,发电效率达60%以上,可有效控制污染物的排放,为CO_(2)捕集和回收创造了条件,可实现CO_(2)的近零排放。IGFC系统一般由煤气化净化、燃料电池发电、余热回收及CO_(2)捕集和封存等子系统构成,其中燃料电池发电技术是制约IGFC发展的关键技术。固体氧化物燃料电池(SOFC)及熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是适配IGFC系统的2种燃料电池技术,其中SOFC在生产成本及发电效率方面更具优越性。2017年国家能源集团牵头,联合中国矿业大学(北京)、北京低碳清洁能源研究院、华能清洁能源技术研究院、清华大学等,在国家重点研发计划项目支持下承担了开发100 kW级SOFC和MCFC发电单元,建成MW_(th)级CO_(2)近零排放的IGFC示范工程任务,项目成果推动了我国IGFC系统从基础技术研发向产业化迈进的步伐。

基于整体煤气化联合循环的燃烧前CO_2捕集工艺及系统分析

CO_2减排作为应对全球变暖的重要手段而逐渐成为国内外研究热点。为研究燃烧前CO_2捕集系统关键技术,以华能(天津)265MW级整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)示范电站为依托,从气化装置抽出合成气约10000m3/h(标况下),进行一氧化碳耐硫变换、甲基二乙醇胺(MDEA)硫碳共脱、PDS硫回收等技术研究,同时完成我国首套工业规模级燃烧前捕集工艺模拟、系统分析及现场测试。研究结果表明:满负荷运行工况下,每年可捕集CO_2 7.811万吨,系统单位能耗2.35GJ/t(CO_2),CO_2捕集率≥85%;模拟结果与实际运行数据相吻合。其中MDEA工段能耗占捕集能耗的93.3%,热再生部分则占MDEA工段能耗的81.61%;同时分析了捕集系统各工段CO_2损失过程,增加四段变换可使系统能耗基本不变同时捕集率增加至92.29%;考察了CO_2压缩液化工段能耗及成本。本研究结果可为燃烧前CO_2捕集的设计、工业放大及过程优化提供理论支持。

整体煤气化联合循环系统空分单元集成特性

研究整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统空气分离单元(air separation unit,ASU)的集成特性。对ASU主要操作参数分析结果表明,提高空气压缩机压比会导致空气精馏分离过程困难,消耗的空气压力能有所增加,但是提高空气压缩机压比有利于降低ASU的制氧功耗及提高IGCC系统供电效率。综合考虑IGCC系统NOx排放限制以及制氧比功耗,推荐适合IGCC系统的ASU出口氧气纯度为0.85。对ASU与燃气轮机集成度分析表明,IGCC系统供电效率随着集成度的增加先提高后降低,集成度在0.80时,IGCC系统供电效率最高。另外,与独立空分方案相比,采用整体空分方案的IGCC系统通过开发利用燃气轮机抽气显热,其供电效率有进一步提高的潜力。

整体煤气化联合循环(IGCC)技术的发展和应用

针对整体煤气化联合循环(IGCC)系统商业化过程中所遇到的主要问题 ,作者阐述了目前世界上为解决这些问题 ,在降低成本和关键技术的发展方面所采取的主要手段及其进展 。

整体煤气化联合循环(IGCC)技术进展

本文基于大量文献资料的分析研究 ,论述了 IGCC技术进展 :发展历史背景和系统特点 ;早期原理概念的成功验证和呈现的主要问题 ;上世纪 90年代五大集成关键技术长足进步和一批商业示范装置达到的水平 ;当前相关新技术、新概念、新循环的开拓研究和新一代 IGCC系统的构思以及新世纪发展前景的展望等。

整体煤气化联合循环系统中燃气轮机的变工况特性

采用ThermoFlex软件建立了200 MW级整体煤气化联合循环(IGCC)系统模型,从系统的角度研究了200 MW级IGCC系统中燃气轮机的变工况特性.详细讨论了在3种调节方式下,燃气轮机负荷、整体空分系数(Xas)、氮气回注系数(Xgn)和大气环境条件对系统性能的影响.结果表明:随着燃气轮机负荷的降低,在压气机进口可转导叶(IGV)不调时,燃气透平初温(T3)和燃气透平排气温度(T4)均呈下降趋势;在等T3调节时,T4先升高后降低,转折点在80%负荷时;而在等T4调节时,T3先缓慢降低,而后快速降低,转折点在70%负荷时.在等T3调节时IGV可关闭的角度比等T4调节时的小.当Xas和Xgn增大时,系统发电效率降低.IGV可调的变工况性能比IGV不调时好.随着大气温度的升高,燃气轮机功率和系统功率均下降.当Xas=0.3时,燃气轮机功率和系统功率均随Xgn的增大而增加.

整体煤气化联合循环系统气化岛特性模拟研究

气化岛是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统中较为复杂的关键单元,对整个系统性能有较大的影响。利用Thermoflex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统角度出发,对直接激冷式、除尘系统前带有气/气热交换器和取消气/气热交换器的3种IGCC系统进行比较,结果表明取消气/气热交换器的IGCC系统同样具有较高的效率,且系统更加安全可靠。对此系统中空分单元的氮气回注系数、气化炉单元的氧煤质量比,以及对流废锅出口粗合成气温度进行计算。计算结果表明:在空分系数为30%时,系统最佳氮气回注系数为70%;综合多种因素考虑,所研究煤种的最佳的氧煤质量比约为0.91;系统效率随着对流废锅(convective syngas cooler,CSC)合成气出口温度的增加而下降,当辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)粗合成气出口温度为700℃,对流废锅出口合成气温度取350℃,系统效率较高。

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明:在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。

整体煤气化燃料电池发电系统构建及模拟优化研究

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)发电技术是一种清洁、高效、绿色的煤基发电技术,可以与CO_(2)捕集技术高效结合,实现CO_(2)近零排放。为实现对IGFC系统的高效模拟与计算分析,基于利用固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的百MW级IGFC系统流程,在Aspen Plus软件上建立模拟仿真模型。以操作温度800℃、操作压力1.5MPa、燃料利用率80%、阴极空气循环比例0.5、阴极空气利用率12.5%为燃料电池单元的典型操作条件进行模拟,实现了46.24%的系统净发电效率,并对系统中各单元的出力、耗能情况进行分析。进一步,针对阴极空气循环比例、燃料利用率、燃料电池操作温度、阴极空气利用率等关键控制参数进行敏感性分析,研究其对系统效率和系统各单元出力、耗能的影响作用规律。结果可为进一步提高IGFC系统性能提供指导建议。

CO_2零排放的整体煤气化联合循环系统研究进展

概述了目前国内外 CO2 零排放的整体煤气化联合循环 (IGCC)系统开拓研究的进展 ,归纳分析了IGCC系统中 CO2 分离和回收的五类途径 :在系统排烟中分离和回收 CO2 ;在燃烧前对燃料气进行处理与分离 ;IGCC与化工过程结合的多联产系统 ;燃料气定向转移的多种热力循环联合系统 ;

整体煤气化联合循环系统的可靠性分析与设计

成本过高和可靠性较低是制约整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环商业化的重要因素.从系统方面对不同配置的整体煤气化联合循环进行了可靠性建模与分析,并对单列整体煤气化联合循环系统进行了可靠性设计.结果表明:当前单列整体煤气化联合循环系统的可用度只有70%左右,采用多列耦合或备用气化炉能够大幅度提高整体煤气化联合循环系统可用度;要使单列整体煤气化联合循环可用度不低于90%,要求气化炉可用度高于94%,燃气轮机可用度高于97%,余热锅炉的可用度也需要较大幅度的提高.