專利名稱：燃氣和蒸汽輪機設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃氣和蒸汽輪機設備，該燃氣和蒸汽輪機設備帶有用于化石燃料的氣化裝置和相應的合成氣體燃料系統(tǒng)，以及涉及一種用于噴淋這種設備的合成氣體燃料系統(tǒng)的方法。
背景技術：
合成氣體燃料系統(tǒng)所要解決的技術問題是提供由燃料(例如碳)氣化獲得并且接著清潔的合成氣體，用于在燃氣輪機中燃燒(符合燃氣輪機要求)。為了使所述系統(tǒng)能夠按規(guī)定運行以及為了能夠在失效/故障之后能夠進行維修，需要將系統(tǒng)鈍化。在已知的IGCC設備(IGCC是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)，亦即帶有集成的氣化裝置的燃氣和蒸汽輪機設備)中，借助于噴淋介質蒸汽實現(xiàn)鈍化。然而，在此在較長的故障時間時會出現(xiàn)所謂的靜腐蝕，這種靜腐蝕通過燃料系統(tǒng)的管道內冷凝的蒸汽結合沒能在脫硫設備中從合成氣體流分離出的硫化物(PPm范圍內)導致。因此，為了避免這種問題，在燃氣輪機的上游設置用氮氣(N2)、尤其是純氮氣作為鈍化劑的噴淋系統(tǒng)，通過該噴淋系統(tǒng)從氣體鎖開始向前噴淋到燃氣輪機內。氣體鎖包括兩個鎧裝件(例如球頭)。在這兩個鎧裝件之間連接有中間卸載裝置或者壓力導管。中間卸載裝置可以連接在火焰上，通過該中間卸載裝置可以燃燒掉多余的燃氣。替代中間卸載裝置可以連接一個壓力導管，該壓力導管用于使得沒有氣體能經由氣體鎖鎧裝件流入。因此，氣體鎖足以滿足有關安全技術規(guī)定地將燃料系統(tǒng)氣密地分為在氣體鎖上游的第一區(qū)域 (氣化系統(tǒng))和在氣體鎖下游的第二區(qū)域(燃氣輪機燃料系統(tǒng))。與結合硫化物及冷凝導致腐蝕的蒸汽相反，氮氣的情況下不存在腐蝕的危險。氮氣在空氣分離設備中作為高純度的氮氣出現(xiàn)并且因此可以被用于鈍化燃料系統(tǒng)。這種方案已經申請專利(專利DE10002084C2)。燃料系統(tǒng)的前部區(qū)域(也就是氣體鎖和飽和系統(tǒng)的上游)在此沒有被鈍化。如果這些區(qū)域也被鈍化，系統(tǒng)在正常啟動或靜止時由氣化裝置用高純度的氮氣鈍化，并且使該區(qū)域保持在壓力下。然而，在氣化系統(tǒng)故障時，這種類型的鈍化則不可能。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種上述類型的燃氣和蒸汽輪機設備， 其中，燃料系統(tǒng)可以被以特別可靠的方式噴淋。此外，應提供一種方法，該方法使得能夠可靠并且以特別簡單的方式噴淋燃氣和蒸汽輪機設備的燃料系統(tǒng)。按照本發(fā)明，帶有集成的煤氣化裝置的所述燃氣和蒸汽輪機設備包括燃氣輪機、 連接在燃氣輪機的燃燒室上游的燃料系統(tǒng)，該燃料系統(tǒng)包括用于化石燃料的氣化裝置和從該氣化裝置分支出并且通入燃氣輪機的燃燒室的燃氣導管，其中，在燃燒室的上游在燃氣導管中連接有用于通過蒸汽來飽和燃料的飽和器。通過在所述燃氣和蒸汽輪機設備中設置在氣化裝置和飽和裝置之間匯入燃氣導管的噴淋導管將實現(xiàn)以下優(yōu)點
在通過氣化裝置用氮氣鈍化失效時，可以激活并且在一定的時間內進行設置在燃料系統(tǒng)下游的“緊急噴淋”。因此也可以在氣體鎖的上方實現(xiàn)燃料系統(tǒng)的鈍化。這種方案的優(yōu)點在于，即便在氣化裝置方面的鈍化失效也能保證燃料系統(tǒng)處于流動上游的部分的鈍化。因此，可以獨立于氣化裝置或者連接在上游的系統(tǒng)實現(xiàn)燃料系統(tǒng)的鈍化。這種優(yōu)點可以在所謂的多代設備中實現(xiàn)。在此，除了發(fā)電之外，還通過燃氣輪機生產附加的物質(例如SNG =合成天然氣或者代用天然氣、天然氣代用品)。如果在燃料系統(tǒng)的流動下游的部分出現(xiàn)故障，可以繼續(xù)運行多代設備，也就是繼續(xù)運行氣化裝置和燃氣處理裝置。在這種情況下，僅燃料系統(tǒng)的一部分不運行，在所述部分中燃料通常被調整，燃料系統(tǒng)的這一部分亦即位于下游的系統(tǒng)。如果沒有所述的方案不可能為了維修目的等鈍化燃料系統(tǒng)的這些部分，因為氣化裝置和燃氣處理裝置還在運行。即便在可能的啟動過程中，該系統(tǒng)也是有利的。IGCC電站的氣化裝置的啟動可能持續(xù)多個小時。反之，對于較短的維修位于下游的系統(tǒng)應當可以不切斷氣化裝置。對于這種情況，燃料系統(tǒng)各部分中獨立的鈍化也是有利的。噴淋導管在氣化裝置和混合裝置之間有利地通入燃氣導管，該混合裝置為了將氮氣輸送到合成氣體而在飽和裝置上游連接在燃氣導管中。還有利的是，脫硫設備在噴淋導管匯入燃氣導管的位置的上游連接在燃氣導管中。通過這樣選擇脫硫設備和混合裝置之間的匯合可以實現(xiàn)對所有參與燃料調整的部件的噴淋，而不必中斷燃料清潔的過程。噴淋導管相宜地與空氣分離設備(LZA)的純氮氣出口連接，該空氣分離設備為氣化裝置提供氧氣，其中也積聚氮氣。噴淋導管與LZA的純氮氣出口的連接可以直接或者通過其它的導管實現(xiàn)。例如通過源自LZA的、用于氮氣的輸送導管，并且如果除了噴淋導管還設有其它的噴淋導管，可以通過主噴淋導管實現(xiàn)，從該主噴淋導管中分支出所述噴淋導管和其它噴淋導管。有利地在輸送導管和主噴淋導管之間連接氮氣臨時存儲器。通過臨時存儲，即便在制備系統(tǒng)、例如空氣分離設備故障時，也能保證鈍化介質的噴淋。還有利的是，保留導管匯入輸送導管中，該保留導管在輸入側連接在氮氣，尤其是純氮氣的緊急填充系統(tǒng)上。因此，即便在空氣分離設備故障時也能特別可靠地保證用氮氣、 尤其是純氮氣噴淋燃料系統(tǒng)。有利的是，在飽和裝置和燃燒室之間在燃氣導管中連接氣體鎖，并且另一噴淋導管在氣體鎖和燃燒室，尤其是直接在氣體鎖鎧裝件的下游匯入燃氣導管中。以這種方式通過另一種措施確保了燃料系統(tǒng)在氣體鎖鎧裝件和燃燒室之間的可靠噴淋。如果僅要噴淋燃氣導管最后的部分，則所需的噴淋量特別小，因此特別經濟地設計設備的運行。另外的噴淋導管相宜地從主噴淋導管分支出。就用于噴淋燃氣和蒸汽輪機設備的燃料系統(tǒng)的至少一部分的方法而言，所述技術問題按照本發(fā)明由此解決，即，通過在氣化裝置和飽和裝置之間朝燃燒室將噴淋介質引入到燃氣導管中來噴淋燃料系統(tǒng)。噴淋介質有利地是純氮氣。由于要噴淋的體積較小，用氮氣噴淋是經濟的。在此， 蒸汽輪機設備還不必為噴淋過程損失蒸汽，因此燃氣和蒸汽輪機設備的總效率特別高。此外，省略了高合金鋼的使用，因為不會或者僅稍微出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。相宜地從空氣分離設備提取純氮氣，該空氣分離設備不再需要為氣化制備氧氣。噴淋介質有利地在連接在燃氣導管中的、用于混合氮氣和燃料的混合裝置以及合成氣體清潔裝置之間輸送，使得燃料調整裝置可以與燃料清潔無關地被噴淋。如上所述，在多代設備中這是特別讓人感興趣的，其中，氣化裝置和燃氣處理裝置還可以運行，而燃料系統(tǒng)和位于下游的系統(tǒng)不運行。


以下作為例子根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明。在附圖中示意但不按比例地示出圖1是燃氣和蒸汽輪機設備的燃氣輪機設備部分，其中，在燃氣輪機的上游連接
有氣化裝置。
具體實施例方式燃氣和蒸汽輪機設備包括按圖1所示的燃氣輪機設備和蒸汽輪機設備(未示出)。 燃氣輪機設備包括帶有耦連的空氣壓縮機2的燃氣透平1和連接在該燃氣透平1上游的燃燒室3，該燃燒室連接在壓縮機2的壓縮空氣導管4上。燃氣透平1和空氣壓縮機2以及發(fā)電機5位于同一根軸上。為將在燃氣透平1中膨脹的工作介質或者煙氣輸送到燃氣輪機設備的廢熱蒸汽發(fā)生器，在燃氣透平1的出口連接有廢氣導管7。燃氣輪機設備針對用氣化的原氣(Rohgas)或者合成氣體SG的運行而設計，所述原氣或合成氣體通過化石燃料B的氣化產生。例如氣化的煤或者氣化的石油作為合成氣體提供。為此，燃氣輪機設備包括燃料系統(tǒng)8，通過該燃料系統(tǒng)可向燃氣透平1的燃燒室3輸送合成氣體。燃料系統(tǒng)8包括燃氣導管9，該燃氣導管將氣化裝置10與燃氣透平1的燃燒室3連接。氣化裝置10可通過進料系統(tǒng)11供應作為化石燃料B的煤、天然氣或石油。燃料系統(tǒng)8還包括在氣化裝置10和燃氣透平1的燃燒室3之間連接在燃氣導管9中的若干部件。為制備化石燃料B氣化所需的氧氣O2，氣化裝置10通過氧氣導管12連接在屬于燃料系統(tǒng)8的空氣分離設備13的上游?？諝夥蛛x設備13可在輸入側加載空氣。為此，空氣分離設備13在輸入側連接在空氣抽取導管14上，該空氣抽取導管在分支位置15從壓縮空氣導管4分出。在空氣分離設備13中在空氣流分離時在氧氣&之外額外獲得的氮氣N2的一部分，所謂的不純的氮氣U-N2，通過連接在空氣分離設備13上的氮氣導管16輸送到混合裝置 17。在混合裝置17中，不純的氮氣U-N2為減小燃氣透平的NOx排放被與合成氣體SG混合。 在此，混合裝置17設計用于特別均勻并且不成束地(Strahnenfrei)將氮氣隊與合成氣體SG
混合ο從氣化裝置13流出的合成氣體SG經由燃氣導管9首先到達合成氣體廢熱蒸汽發(fā)生器18，在該廢熱蒸汽發(fā)生器中通過與流動介質的熱交換實現(xiàn)合成氣體SG的冷卻。沿合成氣體SG的流動方向看，在合成氣體廢氣蒸汽發(fā)生器18之后和在混合裝置 17之前在燃氣導管9中連接有用于合成氣體SG的除塵裝置19以及脫硫設備20。在可選的設計構造中，尤其是在石油作為燃料的氣化時，可以替代除塵裝置19設置洗塵裝置。
為了使氣化的燃料在燃燒室3中燃燒時的有害物排放特別少，規(guī)定在進入燃燒室 3之前向氣化的燃料添加水蒸汽。這可以以熱技術上特別有利的方式在飽和系統(tǒng)中實施。 為此，在燃氣導管9中連接有飽和裝置21，氣化的燃料在飽和裝置中與加熱的飽和水相反地導引。在此，飽和水在連接在飽和裝置21上的飽和裝置回路22中循環(huán)，在該飽和裝置回路中連接有循環(huán)泵23以及用于預熱飽和水的熱交換器M。為了補償飽和水在使氣化的燃料飽和時出現(xiàn)的損失，在飽和裝置回路22上連接供應導管25。沿合成氣體SG的流動方向看，在飽和裝置21后面在燃氣導管9的次級側連接起合成氣體-混合氣熱交換器作用的熱交換器26。在此，熱交換器沈在初級側在除塵裝置19 之前的一個位置同樣連接在燃氣導管9中，使得流入除塵裝置19的合成氣體將其一部分熱量傳遞到從飽和裝置21流出的合成氣體SG上。在此，合成氣體SG在進入脫硫設備20之前經過熱交換器沈的導引也可以設置在其它部件方面發(fā)生改變的連接方案中。尤其在接入洗塵裝置時，熱交換器優(yōu)選可以在合成氣體方面設在洗塵裝置的下游。在飽和裝置21和熱交換器沈之間，在燃氣導管9的次級側連接另一熱交換器27， 該熱交換器的初級側可以用供水加熱或者由蒸汽加熱。在此，通過設計為合成氣體-純氣體熱交換器的熱交換器26和熱交換器27即便在燃氣和蒸汽輪機設備的各種運行情況下也保證了對流入燃氣透平1的燃燒室3的合成氣體SG特別可靠的預熱。在燃料系統(tǒng)8啟動時要求噴淋。這按照現(xiàn)有技術以這樣的方式實現(xiàn)，即，在一個或多個步驟中單獨用氮氣噴淋燃料氣化系統(tǒng)8的第一和第二區(qū)域。在此，氣化系統(tǒng)(第一區(qū)域)和燃氣透平燃料系統(tǒng)(第二區(qū)域)通過氣體鎖觀相互分隔。氣化系統(tǒng)在此包括氣化裝置10直至氣體鎖觀，而燃氣透平-燃料系統(tǒng)包括氣體鎖觀和連接在下游的部件直至燃氣透平1的燃燒室3。氣體鎖觀在熱交換器沈之后設置在燃氣導管9中。氣體鎖觀包括設置在燃氣導管9中的快速封閉鎧裝件四，該快速封閉鎧裝件直接連接在設計為球頭的氣體鎖鎧裝件 30的下游。在氣化裝置斷開后的噴淋或者在噴淋飽和裝置和連接在下游的熱交換器時，剩余氣體通過氣體鎖鎧裝件四上游的排氣導管31排到火焰中。排氣導管31以及所屬的鎧裝件用作氣體鎖觀的壓力卸載系統(tǒng)32。燃氣導管9可通過氣體鎖觀氣密地閉鎖，并且在需要時通過快速封閉鎧裝件四在特別短的時間內關閉。在氣體鎖觀的下游直接連接有連接在燃氣導管9中的調節(jié)鎧裝件33，通過該調節(jié)鎧裝件在所有的負載情況下調節(jié)燃氣透平的燃料流。為了用氮氣N2噴淋氣化系統(tǒng)或者燃料系統(tǒng)的第一區(qū)域，也就是從氣化裝置10到氣體鎖觀，使用來自空氣分離設備13的純氮氣R-隊。為此，在空氣分離設備13中在空氣流L分離時在氧氣&之外產生的氮氣N2作為純氮氣R-N2通過輸送導管34從空氣分離設備13排出。可用閥35封閉的支管36從輸送導管34分支出，該支管為噴淋燃料系統(tǒng)8的第一區(qū)域而匯入用于化石燃料B的氣化裝置10中。已知的是，為了用氮氣隊噴淋第二區(qū)域或者燃氣透平燃料系統(tǒng)8，同樣使用純氮氣 R-隊作為噴淋介質。因此，輸送導管34匯入氮氣存儲裝置37中。另一可用閥38封閉的保留導管39匯入輸送導管34中，該保留導管在輸入側連接在用于純氮氣R-N2的緊急填充系統(tǒng)40中。因此，氮氣存儲器37既連接在空氣分離設備13上，也連接在緊急填充系統(tǒng)40 上，其既可以用來自空氣分離設備13的純氮氣R-N2也可以用來自緊急填充系統(tǒng)40的純氮氣R-N2填充。因此，即便在空氣分離設備13失效時，也能特別可靠地保證氣化系統(tǒng)8的噴淋。在此，氮氣存儲器37這樣地確定尺寸，使得其滿足噴淋過程對純氮氣R-N2的要求以及有足夠高的保留容量。氮氣存儲器37在出口側通過主噴淋導管41和另一噴淋導管44連接在燃氣導管9上。另外的噴淋導管44沿合成氣體SG的流動方向直接在氣體鎖觀之后、 也就是在氣體鎖鎧裝件30之后匯入到燃氣導管9中。在燃氣透平1從合成氣體SG每次向第二燃料轉換時(這對應于輸送到燃燒室6 的燃氣的變化)，提供用氮氣對燃氣透平燃料系統(tǒng)8進行的噴淋。由于噴淋過程，位于燃氣透平燃料系統(tǒng)中的合成氣體SG出于安全技術上的原因幾乎完全被擠出。為了用純氮氣R-N2噴淋燃料系統(tǒng)8的第一區(qū)域或者氣化系統(tǒng)，通過輸送導管34和支管36向氣化裝置10供應純氮氣R-隊。在此，通常規(guī)定以足夠大量的純氮氣R-N2作為噴淋介質在較長的時間內向前噴淋在氣化裝置10和氣體鎖28之間的區(qū)域，以便確保將合成氣體SG從燃料系統(tǒng)8的該區(qū)域擠出。噴淋過程的廢氣通過氣體鎖觀上游的排氣導管31 從燃料系統(tǒng)8排出。燃料系統(tǒng)在氣體鎖觀和燃氣透平1的燃燒室3之間用純氮氣R-N2向前噴淋。為此，在空氣分離設備3中產生的純氮氣R-N2通過氮氣導管41和另一噴淋導管44輸送到燃氣導管9。由于該系統(tǒng)較小的體積，用純氮氣R-N2向前噴淋是足夠的。如果氣化裝置和燃氣處理裝置(還)在運行，例如因為設備是多代設備或者氣化裝置剛好被啟動，這種啟動可能持續(xù)多個小時，或者為了較短的維修不關閉位于下游的氣化裝置系統(tǒng)，則省去了在氣化裝置上噴淋的可能性。按照本發(fā)明，然后激活設置在氣化裝置下游的燃料系統(tǒng)的“緊急噴淋”，并且在一定的時間內進行“緊急噴淋”，通過該緊急噴淋實現(xiàn)燃料系統(tǒng)在氣體鎖上方的鈍化。為此，純氮氣通過主噴淋導管41和可用閥43封閉的噴淋導管42輸送到混合裝置 17和脫硫設備20之間的燃氣導管9。通過氮氣導管16直接向混合裝置17噴淋不純的氮氣由于不純的氮氣過高的氧氣份額而不滿足這一要求。從空氣分離設備10起，直接在氮氣導管16中供入純氮氣對于不純的氮氣是沒有意義的，因為不經濟。這種改進實施例耗費時間并且需要較多的純氮氣，因為整個氮氣導管16必須一次被噴淋。
權利要求
1.一種燃氣和蒸汽輪機設備，帶有集成的碳氣化裝置，該燃氣和蒸汽輪機設備包括燃氣透平(1)、連接在燃氣透平(1)的燃燒室C3)上游的燃料系統(tǒng)(8)，所述燃料系統(tǒng)包括用于化石燃料的氣化裝置(10)和從所述氣化裝置(10)分支出并且匯入所述燃氣透平(1)的燃燒室(3)中的燃氣導管(9)，其中，在所述燃燒室(3)的上游在所述燃氣導管(9)中連接用于以蒸汽飽和燃料的飽和裝置(21)，其特征在于，設置噴淋導管(42)，該噴淋導管在所述氣化裝置(10)和所述飽和裝置之間匯入所述燃氣導管(9)。
2.如權利要求1所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，在所述飽和裝置的上游在所述燃氣導管(9)中連接用于將氮氣輸送到合成氣體的混合裝置(17)，其中，所述噴淋導管 (42)在氣化裝置(10)和混合裝置(17)之間匯入所述燃氣導管(9)。
3.如權利要求1或2所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，脫硫設備OO)在所述燃氣導管(9)中連接在這樣一個位置的上游，所述噴淋導管0 在所述位置匯入所述燃氣導管 ⑶。
4.如權利要求1至3之一所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，所述噴淋導管0 通過主噴淋導管G2)和和輸送導管(34)與空氣分離設備(13)的純氮氣出口連接。
5.如權利要求4所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，在所述輸送導管(34)和所述主噴淋導管Gl)之間連接有氮氣臨時存儲器(37)。
6.如權利要求4或5所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，一保留導管(39)匯入所述輸送導管(34)中，該保留導管在輸入側連接在用于氮氣、尤其是用于純氮氣的緊急填充系統(tǒng) (40)上。
7.如權利要求1至6之一所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，在所述飽和裝置和燃燒室C3)之間在所述燃氣導管(9)中連接氣體鎖(觀)，并且，另一噴淋導管G4)在氣體鎖08)和燃燒室( 之間匯入所述燃氣導管(9)。
8.如權利要求7所述的燃氣和蒸汽輪機設備，其中，所述另一噴淋導管04)從所述主噴淋導管Gl)分支出。
9.一種用于噴淋帶有集成的氣化裝置的燃氣和蒸汽輪機設備的燃料系統(tǒng)(8)的至少一部分的方法，其中，所述燃料系統(tǒng)(8)包括氣化裝置(10)，從該氣化裝置分支出燃氣導管 (9)，該燃氣導管匯入燃燒室( ，并且所述燃料系統(tǒng)(8)還包括飽和裝置，該飽和裝置連接在所述燃氣導管(9)中，其特征在于，所述燃料系統(tǒng)(8)通過在所述氣化裝置(10)和所述飽和裝置之間朝所述燃燒室C3)方向引入噴淋介質到所述燃氣導管(9)內而被噴淋。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述噴淋介質是純氮氣。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述純氮氣從空氣分離設備(13)提取。
12.如權利要求9至11之一所述的方法，其中，所述噴淋介質被輸送到連接在所述燃氣導管(9)中的混合裝置和脫硫裝置(20)之間，該混合裝置用于將氮氣混合到燃料中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有集成的碳氣化裝置的燃氣和蒸汽輪機設備，該設備包括燃氣透平(1)、連接在燃氣透平(1)的燃燒室(3)上游的燃料系統(tǒng)(8)，該燃料系統(tǒng)包括用于化石燃料的氣化裝置(10)和從所述氣化裝置(10)分支出并匯入所述燃氣透平(1)的燃燒室(3)中的燃氣導管(9)，其中，在所述燃燒室(3)的上游在所述燃氣導管(9)中連接用于以蒸汽飽和燃料的飽和裝置(21)，其中，設置噴淋導管(42)，該噴淋導管在所述氣化裝置(10)和所述飽和裝置(21)之間匯入所述燃氣導管(9)。
文檔編號C10K1/00GK102287243SQ20111016000
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權日2010年6月16日
發(fā)明者烏爾里克.希弗斯, 奧利弗.賴穆思, 詹斯.凱澤 申請人:西門子公司