CN113606869A - 用于igcc的空分***、igcc和igcc的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于IGCC的空分***、IGCC和IGCC的控制方法。所述空分***包括空气预处理单元、制氧单元、氧气存储单元、氮气存储单元和产品气体处理单元，空气预处理单元具有处理前空气进口和处理后空气出口，精馏塔具有处理后空气进口、氧气出口和氮气出口，处理后空气进口与所述处理后空气出口相连，氧气存储单元和氮气存储单元分别包括氧气存储罐和氮气存储罐，其中氧气存储罐具有氧气存储罐进口和氧气存储罐出口，氮气存储罐具有氮气存储罐进口和氮气存储罐出口，产品气体处理单元包括氧气压缩机和氮气压缩机，本发明实施例的用于IGCC的空分***具有运行平稳性高和响应时间短等优点。

Description

用于IGCC的空分***、IGCC和IGCC的控制方法
技术领域
本发明涉及IGCC发电技术领域，具体涉及一种用于IGCC的空分***、IGCC和IGCC的控制方法。
背景技术
目前IGCC采用的空分***，由于速度的限制以及气液交换达到充分相平衡所必需的时间，导致很高的延迟特性，启动时间很长，工况调整时间也很长，在很大程度上制约了整个电站的启动和变工况运行的灵活性。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
IGCC的空分***中普遍使用的“深冷法”制氧，对于其核心部件双层精馏塔而言，精馏塔内气流速度过小，即小于临界速度时会出现不均匀鼓泡，导致氮氧分离在塔板局部范围进行，导致氮氧分离不彻底，且气流速度过小时，由于气体顶托不了清亮液层的静压，从而使液体从塔板上泄漏下来，进一步导致氮氧分离不彻底；精馏塔内气流速度过大时，一部分含氧量较高的液体被带入到上层含氧量较少而含氮量较高的液体中，导致氮氧分离不彻底，同时会造成液体不能顺利下流，累积在塔板上，不利于氮氧的分离。因此，空分***的制氧量受流速的限制，不能简单通过调节进入空气预处理单元的空气量实现制氧量的快速调节，空分***的调节具有一定的延迟特性，这在很大程度上制约了IGCC变工况运行的灵活性。并且，IGCC在变负荷运行尤其是低负荷运行时，空分***的压力减小的剧烈，会出现气化炉的氧气浓度难以稳定在设计值附近的问题，影响IGCC的运行安全。
此外，由于精馏塔中的气液交换要达到充分平衡也需要一定的时间，造成IGCC中空分***的最大延迟特性，导致IGCC启动时间很长，约3天左右。综上所述，空分***的延迟特性在很大程度上制约了IGCC的启动和变工况运行的灵活性。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种用于IGCC的空分***，以解决空分***的运行灵活性差的问题。
本发明的实施例提出一种IGCC，以解决空分***的运行灵活性差的问题。
本发明的实施例提出一种IGCC的控制方法，以解决空分***的运行灵活性差的问题。
根据本发明实施例的空分***包括：
空气预处理单元，所述空气预处理单元具有处理前空气进口和处理后空气出口；
制氧单元，所述制氧单元包括精馏塔，所述精馏塔具有处理后空气进口、氧气出口和氮气出口，所述处理后空气进口与所述处理后空气出口相连；
氧气存储单元和氮气存储单元，所述氧气存储单元包括氧气存储罐，所述氧气存储罐具有氧气存储罐进口和氧气存储罐出口，所述氧气存储罐进口与所述氧气出口相连，所述氮气存储单元包括氮气存储罐，所述氮气存储罐具有氮气存储罐进口和氮气存储罐出口，所述氮气存储罐进口与所述氮气出口相连；以及
产品气体处理单元，所述产品气体处理单元包括氧气压缩机和氮气压缩机，所述氧气压缩机具有压缩前氧气进口和压缩后氧气出口，所述压缩前氧气进口和所述氧气存储罐出口通过氧气管道相连，所述氧气管道上设有氧气调节阀，所述氮气压缩机具有压缩前氮气进口和压缩后氮气出口，所述压缩前氮气进口和所述氮气存储罐出口通过氮气管道相连，所述氮气管道上设有氮气调节阀。
根据本发明实施例的空分***具有运行平稳性高和响应时间短等优点。
在一些实施例中，所述氧气存储单元包括液态氧气存储单元和气态氧气存储单元，所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐进口与所述氧气出口相连，所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口与所述气态氧气存储单元的所述氧气存储罐进口相连，所述气态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口与所述压缩前氧气进口相连。
在一些实施例中，所述空分***进一步包括换热器，所述换热器具有加热气体进口、加热气体出口、换热前氧气进口和换热后氧气进口，所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口与所述换热前氧气进口相连，所述气态氧气存储单元的所述氧气存储罐进口与所述换热后氧气进口相连。
在一些实施例中，所述空分***进一步包括液氧泵，所述液氧泵具有液氧泵进口和液氧泵出口，所述液氧泵进口与所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口相连，所述液氧泵出口与所述换热前氧气进口相连。
在一些实施例中，所述氮气存储单元包括液态氮气存储单元和气态氮气存储单元，所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口与所述氮气出口相连，所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐出口与所述气态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口相连，所述气态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口与所述压缩前氮气进口相连。
在一些实施例中，所述空分***进一步包括换热器，所述换热器具有加热气体进口、加热气体出口、换热前氮气进口和换热后氮气进口，所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐出口与所述换热前氮气进口相连，所述气态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口与所述换热后氮气进口相连。
在一些实施例中，所述空分***进一步包括液氮泵，所述液氮泵具有液氮泵进口和液氮泵出口，所述液氮泵进口与所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐出口相连，所述液氮泵出口与所述换热前氮气进口相连。
在一些实施例中，所述处理后空气出口与所述加热气体进口相连，所述加热气体出口与所述处理后空气进口相连。
根据本发明实施例的IGCC包括气化炉、燃气轮机和空分***，所述空分***为根据本发明实施例的所述空分***，所述气化炉具有气化炉进口，所述燃气轮机具有燃气轮机进口，其中所述压缩后氧气出口与所述气化炉进口相连，所述压缩后氮气出口与所述燃气轮机进口相连。
根据本发明实施例的IGCC具有运行灵活性高等优点。
根据本发明实施例的IGCC的控制方法包括以下步骤：
利用所述空气预处理单元将空气处理成冷却空气；
利用所述制氧单元的精馏塔从所述冷却空气中分离出氮气和氧气；
利用所述氧气存储单元的所述氧气存储罐存储所述氧气，利用所述氮气存储单元的所述氮气罐存储所述氮气；
利用所述产品气体处理单元的氧气压缩机对所述氧气进行加压，以便得到加压后氧气，所述加压后氧气通入所述气化炉内，利用所述产品气体处理单元的氮气压缩机对所述氮气进行加压，以便得到加压后氮气，所述加压后氮气通入所述燃气轮机内；
当IGCC的负荷升高时，增大所述氧气调节阀的开度以便向所述气化炉提供更多的氧气，以使所述气化炉的氧气的浓度与所述气化炉的负荷相匹配，同时增大所述氮气调节阀的开度以便向所述燃气轮机提供更多的氮气，以使所述燃气轮机的氮气的浓度与所述燃气轮机的负荷相匹配；
当IGCC的负荷降低时，减小所述氧气调节阀的开度以便向所述气化炉提供更少的氧气，以使所述气化炉的氧气的浓度与所述气化炉的负荷相匹配，同时减小所述氮气调节阀的开度以便向所述燃气轮机提供更少的氮气，以使所述燃气轮机的氮气的浓度与所述燃气轮机的负荷相匹配。
根据本发明实施例的IGCC的控制方法运行灵活性高等优点。
在一些实施例中，所述控制方法进一步包括以下步骤：
先开启所述空分***，关闭所述氧气调节阀和所述氮气调节阀，以便利用所述氧气存储单元的所述氧气存储罐存储所述氧气，同时利用所述氮气罐存储的所述氮气存储罐存储所述氮气；
当所述空分***开启第一预设时间后，开启所述气化炉，并打开所述氧气调节阀，当所述空分***开启第二预设时间后，开启所述燃气轮机，并打开所述氮气调节阀。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的空分***的结构示意图。
图2是图1中换热器处的结构示意图。
附图标记：
空分***1000；
空气预处理单元100；
空压机1；处理前空气进口101；第一冷却器2；分子筛吸附器3；增压机4；第二冷却器5；膨胀机6；处理后空气出口601；
换热器7；加热气体进口701；加热气体出口702；换热前氧气进口703；换热后氧气进口704；换热前氮气进口705；换热后氮气进口706；
制氧单元200；
精馏塔8；处理后空气进口801；氧气出口802；氮气出口803；
液态氧气存储单元9；氧气存储罐进口901；氧气存储罐出口902；气态氧气存储单元10；氧气存储罐进口1001；氧气存储罐出口1002；液态氮气存储单元11；氮气存储罐进口1101；氮气存储罐出口1102；气态氮气存储单元12；氮气存储罐进口1201；氮气存储罐出口1202；液氧泵13；液氧泵进口131；液氧泵出口132；液氮泵14；液氮泵进口141；液氮泵出口142；
产品气体处理单元300；
氧气压缩机15；压缩前氧气进口151；压缩后氧气出口152；氮气压缩机16；压缩前氮气进口161；压缩后氮气出口162。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的IGCC包括气化炉、燃气轮机和空分***1000。气化炉具有气化炉进口，燃气轮机具有燃气轮机进口。
下面参看附图详细描述根据本发明实施例的空分***1000。
根据本发明实施例的空分***1000包括空气预处理单元100、制氧单元200、氧气存储单元、氮气存储单元和产品气体处理单元300。
空气预处理单元100具有处理前空气进口和处理后空气出口601。制氧单元200包括精馏塔8，精馏塔8具有处理后空气进口801、氧气出口802和氮气出口803，处理后空气进口801与处理后空气出口601相连。
氧气存储单元包括氧气存储罐，氧气存储罐具有氧气存储罐进口和氧气存储罐出口，氧气存储罐进口与氧气出口802相连。氮气存储单元包括氮气存储罐，氮气存储罐具有氮气存储罐进口和氮气存储罐出口相连，氮气存储罐进口与氮气出口803相连。
产品气体处理单元300包括氧气压缩机15和氮气压缩机16。氧气压缩机15具有压缩前氧气进口151和压缩后氧气出口152，压缩前氧气进口151和氧气存储罐出口通过氧气管道相连，氧气管道上设有氧气调节阀。氮气压缩机16具有压缩前氮气进口161和压缩后氮气出口162，压缩前氮气进口161和氮气存储罐出口通过氮气管道相连，氮气管道上设有氮气调节阀。
其中，压缩后氧气出口152与气化炉进口相连，压缩后氮气出口162与燃气轮机进口相连。
氧气管道上设有的氧气调节阀包括以下三种情况：第一种情况，氧气管道包括第一氧气管段和第二氧气管段，第一氧气管段与氧气存储罐出口相连，第二氧气管段与压缩前氧气进口151相连，氧气调节阀设置在第一氧气管段和第二氧气管段之间；第二种情况，氧气调节阀与氧气存储罐出口相连，氧气调节阀和压缩前氧气进口151通过氧气管道相连；第三种情况，氧气调节阀与压缩前氧气进口151相连，氧气存储罐出口和氧气调节阀通过氧气管道相连。
氮气管道上设有氮气调节阀包括以下三种情况：第一种情况，例如氮气管道包括第一氮气管段和第二氮气管段，第一氮气管段与氮气存储罐出口相连，第二氮气管段与压缩前氮气进口161相连，氮气调节阀设置在第一氮气管段和第二氮气管段之间；第二种情况，氮气调节阀与氮气存储罐出口相连，氮气调节阀和压缩前氮气进口161通过氮气管道相连；第三种情况，氮气调节阀与压缩前氮气进口161相连，氮气存储罐出口和氮气调节阀通过氮气管道相连。
根据本发明实施例的空分***1000运行时，未处理空气(处理前空气)经处理前空气进口进入空气预处理单元100，利用空气预处理单元100将空气处理成冷却空气，冷却空气通过处理后空气出口601排出。冷却空气经处理后空气进口801进入制氧单元200的精馏塔8中，利用精馏塔8从冷却空气中分离出氧气和氮气。分离出的氧气从氧气出口802排出并经氧气存储罐进口进入氧气存储单元的氧气存储罐中；分离出的氮气从氮气出口803排出并经氮气存储罐进口进入氮气存储单元的氮气存储罐中。一部分氧气经氧气存储罐出口和压缩前氧气进口151进入产品气体处理单元300的氧气压缩机15内，利用产品气体处理单元300的氧气压缩机15对该部分氧气进行加压，以便得到加压后的氧气，加压后氧气经气化炉进口通入气化炉内；一部分氮气经氮气存储罐出口和压缩前氮气进口161进入产品气体处理单元300的氮气压缩机16内，利用产品气体处理单元300的氮气压缩机16对该部分氮气进行加压，以便得到加压后的氮气，加压后氧气经燃气轮机进口通入燃气轮机内。
当IGCC负荷变化时，气化炉和燃气轮机的负荷相应的发生变化，且气化炉和燃气轮机的负荷随IGCC负荷的升高而升高、随IGCC负荷的降低而降低。此时，可以通过调节氧气调节阀和氮气调节阀的开度，使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配，同时使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。
具体地，当IGCC的负荷升高时，增大氧气调节阀的开度，从而可以向气化炉提供更多的氧气，进而使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配。同时增大氮气调节阀的开度，从而可以向燃气轮机提供更多的氮气，进而使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。当IGCC的负荷降低时，减小氧气调节阀的开度，从而可以像气化炉提供更少的氧气，进而使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配。同时减小氮气调节阀的开度，从而可以向燃气轮机提供更少的氮气，进而使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。实现空分***1000的氧气供应量和氮气供应量与IGCC的负荷匹配。
由此，在IGCC的负荷发生变化时，可以不用调节空气预处理单元100和制氧单元200的精馏塔8，或者空气预处理单元100和制氧单元200的精馏塔8进行小范围的调节，以保证精馏塔8的平稳运行。
本领域技术人员可以理解的是，当IGCC的负荷发生较大变化时，空气预处理单元100和制氧单元200的精馏塔8的工作状态不变时，即从精馏塔8分离出的氧气量和氮气量不变时；或者，空气预处理单元100和制氧单元200的精馏塔8的工作状态在小范围内发生变化时，即从精馏塔8分离出的氧气量和氮气量在小范围内发生变化时。由于进入气化炉内的氧气量和进入燃气轮机内的氮气量变化较大，使得氧气存储罐内的氧气量和氮气存储罐内的氮气量也会发生较大变化。例如，当IGCC的负荷升高时，氧气存储罐内的氧气量会逐渐减少(从氧气存储罐内流出的氧气量大于精馏塔8分离出的氧气量)，同时氮气存储罐内的氮气量也逐渐减少(从氮气存储罐内流出的氮气量大于精馏塔8分离出的氮气量)。当IGCC的负荷降低时，氧气存储罐内的氧气量会逐渐增加(从氧气存储罐内流出的氧气量小于精馏塔8分离出的氧气量)，同时氮气存储罐内的氮气量也逐渐增加(从氮气存储罐内流出的氮气量小于精馏塔8分离出的氮气量)。
此外，通过调节氧气调节阀和氮气调节阀变可以快速的使空分***1000的氧气供应量和氮气供应量与IGCC的负荷相匹配，与相关技术中通过调节精馏塔的运行工况来使空分***1000的氧气供应量和氮气供应量与IGCC的负荷相匹配相比，改变了IGCC中空分***1000的延迟特性，提高了IGCC的调节灵活性。
根据本发明实施例的空分***1000具有运行平稳性高和响应时间短等优点。
根据本发明实施例的IGCC具有空分***具有运行灵活性高等优点。
相关技术中，由于空分***的延迟特性，IGCC的启动时间较长(约为3天左右)。
优选地，根据本发明实施例的IGCC在开始运行之前，先开启空分***1000，关闭氧气存储单元的氧气调节阀和氮气存储单元的氮气调节阀，从而利用氧气存储单元的氧气存储罐存储氧气，同时利用氮气罐存储单元的氮气存储罐存储氮气。
当空分***1000开启第一预设时间后，开启气化炉，并打开氧气存储单元的氧气调节阀，以便加压后氧气经气化炉进口通入气化炉内。当空分***1000开启第二预设时间后，开启燃气轮机，并打开氮气存储单元的氮气调节阀，以便加压后氧气经燃气轮机进口通入燃气轮机内。
由此，在IGCC启动前，可以先利用空分***1000的氧气存储单元存储足够的氧气，利用空分***1000的氮气存储单元存储足够的氮气。在IGCC启动时，在气化炉开启时，空分***1000便可以向气化炉内提供足够的氧气，在燃气轮机开启时，空分***1000便可以向燃气轮机内提供足够的氮气。从而IGCC可以快速启动，大大缩短IGCC的启动时间。
在一些实施例中，空气预处理单元100包括空压机1、第一冷却器2、分子筛吸附器3、增压机4、第二冷却器5和膨胀机6。其中，空压机1的进口作为处理前空气进口101，待分离空气经处理前空气进口101进入空分***1000，膨胀机6的出口作为处理后空气出口601，处理后空气经处理后空气出口601进入下游设备中。
由此，待分离空气首先经空压机1压缩得到第一压缩空气，然后，第一压缩空气经第一冷却器2冷却得到第一冷却空气，之后，第一冷却空气经分子筛吸附器3净化得到净化空气，接着，净化空气进入增压机4增压得到第二压缩空气，第二压缩空气经第二冷却器5冷却得到第二冷却空气，第二冷却空气经膨胀机6膨胀做功降温得到冷却空气。
在一些实施例中，氧气存储单元包括液态氧气存储单元9和气态氧气存储单元10。液态氧气存储单元9的氧气存储罐进口901与氧气出口802相连，液态氧气存储单元9的氧气存储罐出口902与气态氧气存储单元10的氧气存储罐进口1001相连，气态氧气存储单元10的氧气存储罐出口1002与压缩前氧气进口151相连。换言之，液态氧气存储单元9设置在气态氧气存储单元10的上游。
对于精馏塔8分离出的氧气既有液态又有气态的情况，可以利用液态氧气存储单元9存储液态氧气，同时利用气态氧气存储单元10存储气态氧气，从而方便对精馏塔8分离出的氧气进行存储。具体地，精馏塔8分离出的混合态氧气(液态氧气和气态氧气)先经液态氧气存储单元9的氧气存储罐进口901进入液态氧气存储单元9的氧气存储罐内，其中混合态氧气中的液态氧气存储在液态氧气存储单元9的氧气存储罐内，而混合态氧气中的气态氧气经液态氧气存储单元9的氧气存储罐出口902和气态氧气存储单元10的氧气存储罐进口1001进入气态氧气存储单元10的氧气存储罐内，并存储在气态氧气存储单元10的氧气存储罐内。利用气态氧气存储单元10的氧气存储罐向气化炉提供氧气。
相比于液态氧气，气态氧气更容易被气化炉利用，因此，将液态氧气存储单元9设置在气态氧气存储单元10的上游，使气化炉先利用气态氧气存储单元10内氧气，在IGCC的负荷发生变化时，尤其是IGCC的负荷升高时，可以先调节气态氧气存储单元10的氧气调节阀，使空分***1000的氧气供应量IGCC的气化炉的负荷快速匹配，有利于进一步提高IGCC的调节灵活性。
本领域技术人员可以理解的是，在IGCC的气化炉运行时，进入气态氧气存储单元10的氧气存储罐内的氧气，可以全部经压缩前氧气进口151进入氧气压缩机15，并输送至气化炉，此时，进入气态氧气存储单元10的氧气存储罐内的氧气存储在气态氧气存储单元10的氧气存储罐内，可以理解为进入气态氧气存储单元10的氧气存储罐内的氧气只在气态氧气存储单元10的氧气存储罐做短暂存储。当然，进入气态氧气存储单元10的氧气存储罐内的氧气，也可以部分经压缩前氧气进口151进入氧气压缩机15，并输送至气化炉，部分存储在气态氧气存储单元10的氧气存储罐内，此时，经压缩前氧气进口151进入氧气压缩机15，并输送至气化炉的部分氧气，可以理解为在气态氧气存储单元10的氧气存储罐做短暂存储。在IGCC的气化炉停止运行时，进入气态氧气存储单元10的氧气存储罐内的氧气全部存储在气态氧气存储单元10的氧气存储罐内。
当然，在另一些实施例中，对于精馏塔分离出的氧气全部为气态氧气的情况，氧气存储单元只有气态氧气存储单元，而不需要设置液态氧气存储单元，此时，液态氧气存储单元的氧气存储罐进口与氧气出口相连，气态氧气存储单元的氧气存储罐出口与压缩前氧气进口相连。
在另一些实施例中，对于精馏塔分离出的氧气全部为液态氧气的情况，氧气存储单元只有液态氧气存储单元，而不需要设置气态氧气存储单元，此时，液态氧气存储单元的氧气存储罐进口与氧气出口相连，液态氧气存储单元的氧气存储罐出口与压缩前氧气进口相连。
在一些实施例中，氮气存储单元包括液态氮气存储单元11和气态氮气存储单元12。液态氮气存储单元11的氮气存储罐进口1121与氮气出口803相连，液态氮气存储单元11的氮气存储罐出口1122与气态氮气存储单元12的氮气存储罐进口1201相连，气态氮气存储单元12的氮气存储罐出口1202与压缩前氮气进口151相连。换言之，液态氮气存储单元11设置在气态氮气存储单元12的上游。
对于精馏塔8分离出的氮气既有液态又有气态的情况，可以利用液态氮气存储单元11存储液态氮气，同时利用气态氮气存储单元12存储气态氮气，从而方便对精馏塔8分离出的氮气进行存储。具体地，精馏塔8分离出的混合态氮气(液态氮气和气态氮气)先经液态氮气存储单元11的氮气存储罐进口1121进入液态氮气存储单元11的氮气存储罐内，其中混合态氮气中的液态氮气存储在液态氮气存储单元11的氮气存储罐内，而混合态氮气中的气态氮气经液态氮气存储单元11的氮气存储罐出口1122和气态氮气存储单元12的氮气存储罐进口1201进入气态氮气存储单元12的氮气存储罐内，并存储在气态氮气存储单元12的氮气存储罐内。利用气态氮气存储单元12的氮气存储罐向燃气轮机提供氮气。
相比于液态氮气，气态氮气更容易被燃气轮机利用，因此，将液态氮气存储单元11设置在气态氮气存储单元12的上游，使燃气轮机先利用气态氮气存储单元12内氮气，在IGCC的负荷发生变化时，尤其是IGCC的负荷升高时，可以先调节气态氮气存储单元12的氮气调节阀，使空分***1000的氮气供应量IGCC的燃气轮机的负荷快速匹配，有利于进一步提高IGCC的调节灵活性。
本领域技术人员可以理解的是，在IGCC的燃气轮机运行时，进入气态氮气存储单元12的氮气存储罐内的氮气，可以全部经压缩前氮气进口151进入氮气压缩机15，并输送至燃气轮机，此时，进入气态氮气存储单元12的氮气存储罐内的氮气存储在气态氮气存储单元12的氮气存储罐内，可以理解为进入气态氮气存储单元12的氮气存储罐内的氮气只在气态氮气存储单元12的氮气存储罐做短暂存储。当然，进入气态氮气存储单元12的氮气存储罐内的氮气，也可以部分经压缩前氮气进口151进入氮气压缩机15，并输送至燃气轮机，部分存储在气态氮气存储单元12的氮气存储罐内，此时，经压缩前氮气进口151进入氮气压缩机15，并输送至燃气轮机的部分氮气，可以理解为在气态氮气存储单元12的氮气存储罐做短暂存储。在IGCC的燃气轮机停止运行时，进入气态氮气存储单元12的氮气存储罐内的氮气全部存储在气态氮气存储单元12的氮气存储罐内。
当然，在另一些实施例中，对于精馏塔分离出的氮气全部为气态氮气的情况，氮气存储单元只有气态氮气存储单元，而不需要设置液态氮气存储单元，此时，液态氮气存储单元的氮气存储罐进口与氮气出口相连，气态氮气存储单元的氮气存储罐出口与压缩前氮气进口相连。
在另一些实施例中，对于精馏塔分离出的氮气全部为液态氮气的情况，氮气存储单元只有液态氮气存储单元，而不需要设置气态氮气存储单元，此时，液态氮气存储单元的氮气存储罐进口与氮气出口相连，液态氮气存储单元的氮气存储罐出口与压缩前氮气进口相连。
在一些实施例中，空分***1000进一步包括换热器7。换热器7具有加热气体进口701、加热气体出口702、换热前氧气进口703和换热后氧气进口704，液态氧气存储单元9的氧气存储罐出口902与换热前氧气进口相连，气态氧气存储单元的氧气存储罐进口1001与换热后氧气进口704相连。
从液态氧气存储单元9的氧气存储罐中流出的液态氧气经换热前氧气进口703进入换热器7，加热气体经加热气体进口701进入换热器7中，该液态氧气和该加热气体在换热器内换热，使该液态氧气转变为气态氧气，同时加热气体转变为温度较低的气体。从而可以将更多的气态氧气存储在气态氧气存储单元10的氧气存储罐内。
由此，在IGCC的负荷升高时，可以先调节气态氮气存储单元12的氮气调节阀，使空分***1000的氮气供应量IGCC的燃气轮机的负荷快速匹配，有利于进一步提高IGCC的调节灵活性。
优选地，该加热气体可以为空气。
优选地，处理后空气出口601与加热气体进口701相连，加热气体出口702与处理后空气进口801相连。
由此，经空气预处理单元100处理后的冷却空气作为加热气体进入换热器7中，从液态氧气存储单元9的氧气存储罐中流出的液态氧气也进入换热器7中，利用液态氧气对冷却空气进一步冷却而得到液态空气，同时利用冷却空气对液态氧气进行加热而得到气态氧气。使得空分***1000的热量和冷量充分被利用，有利于提高能源利用率。
在一些实施例中，在一些实施例中，空分***1000进一步包括换热器7。换热器7具有加热气体进口701、加热气体出口702、换热前氮气进口705和换热后氮气进口706，液态氮气存储单元11的氮气存储罐出口1122与换热前氮气进口相连，气态氮气存储单元的氮气存储罐进口1201与换热后氮气进口706相连。
从液态氮气存储单元11的氮气存储罐中流出的液态氮气经换热前氮气进口705进入换热器7，加热气体经加热气体进口701进入换热器7中，该液态氮气和该加热气体在换热器内换热，使该液态氮气转变为气态氮气，同时加热气体转变为温度较低的气体。从而可以将更多的气态氮气存储在气态氮气存储单元12的氮气存储罐内。
由此，在IGCC的负荷升高时，可以先调节气态氮气存储单元12的氮气调节阀，使空分***1000的氮气供应量IGCC的燃气轮机的负荷快速匹配，有利于进一步提高IGCC的调节灵活性。
优选地，该加热气体可以为空气。
优选地，处理后空气出口601与加热气体进口701相连，加热气体出口702与处理后空气进口801相连。
由此，经空气预处理单元100处理后的冷却空气作为加热气体进入换热器7中，从液态氮气存储单元11的氮气存储罐中流出的液态氮气也进入换热器7中，利用液态氮气对冷却空气进一步冷却而得到液态空气，同时利用冷却空气对液态氮气进行加热而得到气态氮气。使得空分***1000的热量和冷量充分被利用，有利于提高能源利用率。
在一些实施例中，空分***1000进一步包括液氧泵13。液氧泵13具有液氧泵进口131和液氧泵出口132，液氧泵进口131与液态氧气存储单元9的氧气存储罐出口902相连，液氧泵出口132与换热前氧气进口703相连。
由此，通过液氧泵13方便将液态氧气存储单元9中的液态氧气输送至换热器7中。
在一些实施例中，空分***1000进一步包括液氮泵14，液氮泵14具有液氮泵进口141和液氮泵出口142，液氮泵进口141与液态氮气存储单元11的氮气存储罐出口1102，液氮泵出口142与换热前氮气进口705相连。
由此，通过液氮泵14方便将液态氮气存储单元11中的液态氮气输送至换热器7中。
根据本发明实施例的IGCC的控制方法包括以下步骤：
利用空气预处理单元100将空气处理成冷却空气；
利用制氧单元200的精馏塔8从冷却空气中分离出氧气和氮气；
利用氧气存储单元的氧气存储罐存储氧气，利用氮气存储单元的氮气罐存储氮气；
利用产品气体处理单元300的氧气压缩机15对氧气进行加压，以便得到加压后氧气，利用产品气体处理单元300的氮气压缩机16对氮气进行加压，以便得到加压后氮气；
当IGCC的负荷升高时，增大氧气调节阀的开度以便向所述气化炉提供更多的氧气，以使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配，同时增大氮气调节阀的开度以便向所述燃气轮机提供更多的氮气，以使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。
当IGCC的负荷降低时，减小氧气调节阀的开度以便向气化炉提供更少的氧气，以使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配，同时减小氮气调节阀的开度以便向燃气轮机提供更少的氮气，以使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。
根据本发明实施例的IGCC的控制方法具有运行灵活性高等优点。
优选的，先开启空分***1000，关闭氧气调节阀和氮气调节阀，以便利用氧气存储单元的氧气存储罐存储氧气，同时利用氮气罐存储的氮气存储罐存储氮气；
当空分***开启第一预设时间后，开启气化炉，并打开氧气调节阀，当空分***开启第二预设时间后，开启燃气轮机，并打开氮气调节阀。
第一预设时间可以与第二预设时间相等，第一预设时间也可以小于第二预设之间。
下面参考图1和图2详细描述根据本发明实施例的IGCC的空分***的运行过程：
先开启空分***1000。待分离空气进入空气预处理单元100。经过空气预处理单元100处理后得到的冷却空气经过处理后空气出口601排出，冷却空气从加热气体进口701进入换热器7冷却得到液态空气。液态空气经处理后空气进口801进入精馏塔8中，并在精馏塔8中分离出氮气和氧气，分离出氮气从氮气出口803流出并存储在氧气存储单元内，分离出的氧气从氧气出口802流出并存储在氮气存储单元内。
当IGCC启动时，利用氧气存储单元向气化炉提供氧气，利用氮气存储单元向燃气轮机提供氮气。当IGCC的负荷发生变化时，通过调节氧气存储单元的氧气调节阀使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配，并调节氮气存储单元的氮气调节阀使使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。
优选地，当需要增加气化炉的氧气供应量时，先调节气态氧气存储单元9的氧气调节阀使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配，当气态氧气存储单元9中的氧气不足以与气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配时，再调节液态氧气存储单元10的氧气调节阀使气化炉的氧气的浓度与气化炉的负荷相匹配。当需要增加燃气轮机的氮气供应量时，先调节气态氮气存储单元11的氮气调节阀使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配，当气态氮气存储单元11中的氮气不足以与燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配时，再调节液态氮气存储单元12的氮气调节阀使燃气轮机的氮气的浓度与燃气轮机的负荷相匹配。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中弦媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中弦媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种用于IGCC的空分***，其特征在于，包括：
空气预处理单元，所述空气预处理单元具有处理前空气进口和处理后空气出口；
制氧单元，所述制氧单元包括精馏塔，所述精馏塔具有处理后空气进口、氧气出口和氮气出口，所述处理后空气进口与所述处理后空气出口相连；
氧气存储单元和氮气存储单元，所述氧气存储单元包括氧气存储罐，所述氧气存储罐具有氧气存储罐进口和氧气存储罐出口，所述氧气存储罐进口与所述氧气出口相连，所述氮气存储单元包括氮气存储罐，所述氮气存储罐具有氮气存储罐进口和氮气存储罐出口，所述氮气存储罐进口与所述氮气出口相连；以及
产品气体处理单元，所述产品气体处理单元包括氧气压缩机和氮气压缩机，所述氧气压缩机具有压缩前氧气进口和压缩后氧气出口，所述压缩前氧气进口和所述氧气存储罐出口通过氧气管道相连，所述氧气管道上设有氧气调节阀，所述氮气压缩机具有压缩前氮气进口和压缩后氮气出口，所述压缩前氮气进口和所述氮气存储罐出口通过氮气管道相连，所述氮气管道上设有氮气调节阀。
2.根据权利要求1所述的空分***，其特征在于，所述氧气存储单元包括液态氧气存储单元和气态氧气存储单元，所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐进口与所述氧气出口相连，所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口与所述气态氧气存储单元的所述氧气存储罐进口相连，所述气态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口与所述压缩前氧气进口相连。
3.根据权利要求2所述的空分***，其特征在于，进一步包括换热器，所述换热器具有加热气体进口、加热气体出口、换热前氧气进口和换热后氧气进口，所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口与所述换热前氧气进口相连，所述气态氧气存储单元的所述氧气存储罐进口与所述换热后氧气进口相连。
4.根据权利要求3所述的空分***，其特征在于，进一步包括液氧泵，所述液氧泵具有液氧泵进口和液氧泵出口，所述液氧泵进口与所述液态氧气存储单元的所述氧气存储罐出口相连，所述液氧泵出口与所述换热前氧气进口相连。
5.根据权利要求1所述的空分***，其特征在于，所述氮气存储单元包括液态氮气存储单元和气态氮气存储单元，所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口与所述氮气出口相连，所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐出口与所述气态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口相连，所述气态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口与所述压缩前氮气进口相连。
6.根据权利要求5所述的空分***，其特征在于，进一步包括换热器，所述换热器具有加热气体进口、加热气体出口、换热前氮气进口和换热后氮气进口，所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐出口与所述换热前氮气进口相连，所述气态氮气存储单元的所述氮气存储罐进口与所述换热后氮气进口相连。
7.根据权利要求6所述的空分***，其特征在于，进一步包括液氮泵，所述液氮泵具有液氮泵进口和液氮泵出口，所述液氮泵进口与所述液态氮气存储单元的所述氮气存储罐出口相连，所述液氮泵出口与所述换热前氮气进口相连。
8.根据权利要求3或6所述的空分***，其特征在于，所述处理后空气出口与所述加热气体进口相连，所述加热气体出口与所述处理后空气进口相连。
9.一种IGCC，其特征在于，包括气化炉、燃气轮机和空分***，所述空分***为根据权利要求1-8中任一项所述的空分***，所述气化炉具有气化炉进口，所述燃气轮机具有燃气轮机进口，其中所述压缩后氧气出口与所述气化炉进口相连，所述压缩后氮气出口与所述燃气轮机进口相连。
10.一种根据权利要求9所述的IGCC的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用所述空气预处理单元将空气处理成冷却空气；
利用所述制氧单元的精馏塔从所述冷却空气中分离出氮气和氧气；
利用所述氧气存储单元的所述氧气存储罐存储所述氧气，利用所述氮气存储单元的所述氮气罐存储所述氮气；
利用所述产品气体处理单元的氧气压缩机对所述氧气进行加压，以便得到加压后氧气，所述加压后氧气通入所述气化炉内，利用所述产品气体处理单元的氮气压缩机对所述氮气进行加压，以便得到加压后氮气，所述加压后氮气通入所述燃气轮机内；
当IGCC的负荷升高时，增大所述氧气调节阀的开度以便向所述气化炉提供更多的氧气，以使所述气化炉的氧气的浓度与所述气化炉的负荷相匹配，同时增大所述氮气调节阀的开度以便向所述燃气轮机提供更多的氮气，以使所述燃气轮机的氮气的浓度与所述燃气轮机的负荷相匹配；
当IGCC的负荷降低时，减小所述氧气调节阀的开度以便向所述气化炉提供更少的氧气，以使所述气化炉的氧气的浓度与所述气化炉的负荷相匹配，同时减小所述氮气调节阀的开度以便向所述燃气轮机提供更少的氮气，以使所述燃气轮机的氮气的浓度与所述燃气轮机的负荷相匹配。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括以下步骤：
先开启所述空分***，关闭所述氧气调节阀和所述氮气调节阀，以便利用所述氧气存储单元的所述氧气存储罐存储所述氧气，同时利用所述氮气罐存储的所述氮气存储罐存储所述氮气；
当所述空分***开启第一预设时间后，开启所述气化炉，并打开所述氧气调节阀，当所述空分***开启第二预设时间后，开启所述燃气轮机，并打开所述氮气调节阀。
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