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整体煤气化联合循环(IGCC)技术是基于煤炭的能源梯级利用、清洁利用技术,非常适合我国以煤炭为主的能源国情,对维护国家能源安全、减少环境污染、提高能源利用效率、实现经济社会可持续发展具有非常重要的意义。本文阐述了IGCC系统的主要特点、发展现状和发展趋势,介绍了IGCC各个子系统的工作原理、生产流程和主要设备的特点,并以此为基础,研究了IGCC系统的协调控制方法,以寻求更高效的系统运行效率。
文章首先分析了IGCC电站空分系统精馏塔的制氧原理、工艺流程以及空分系统的配置方案,利用“逐板法”建立了空分系统精馏塔的数学模型,同时鉴于国内的空分系统目前还不具备自动变负荷控制的能力,介绍了国外先进的空分系统的自动变负荷控制系统策略,以提供参考。
然后,文章分别对IGCC煤气化系统和燃气——蒸汽联合循环系统的设备结构、动态特性及控制规律进行了分析与研究。针对目前广泛应用的Shell煤气化工艺,建立了Shell型气化炉的数学模型,根据煤气化过程的控制要求,将广义预测控制应用于IGCC气化炉控制系统中。仿真结果表明该算法具有较好的控制效果,能够实现对多变量复杂系统的有效快速控制。在Matlab/Simulink平台上建立了燃气轮机、余热锅炉及蒸汽轮机的数学模型,通过对燃气——蒸汽联合循环系统模型的分析,将模糊自适应PID控制应用于联合循环系统。
最后,结合各子系统的运行特性以及实际运行中所要求达到的控制效果,分析了IGCC系统的协调控制特性,确定了控制参数,在前文提出的气化炉装置和燃气-蒸汽联合循环系统的负荷控制方式的基础上,对IGCC的协调控制系统进行研究,将直接能量平衡法引入IGCC协调控制系统中,提出了直接能量平衡协调控制策略。