專利名稱：一種粉煤直燃的整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，所述燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，具有較高熱-電轉(zhuǎn)換效率，但不需要煤的氣化單元，而是采用石墨化碳纖維過濾介質(zhì)，通過燃氣高溫過濾，直接用作燃氣輪機的工質(zhì)，所以與常規(guī)IGCC技術(shù)比較，有投資少、流程短、開工周期長，而且熱效率高等優(yōu)點。
背景技術(shù)：
IGCC (Integrated Gasification Combine cycle)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在近20 30年內(nèi)受到很多關(guān)注，其核心理念是由煤的氣化與凈化部分和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分組成。從燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的理論分析其熱-電轉(zhuǎn)換效率可以大幅度提升(到45%或更高)，但由于其氣化和凈化部分附加投資大，而且也有相當大的能耗，致使IGCC的總體熱-電效率并不高(從美國Tanpa工廠的報告數(shù)據(jù)僅為38. 5% )，所以當前的認識是只有在把CO2封存和煤氣部分合成化學品的儲能調(diào)峰考慮在一起，IGCC才能體現(xiàn)工業(yè)整體使用的優(yōu)勢。但美國能源部(DOE)和美國電力研究院(EPRI)最新展開的詳細研究表明使IGCC+C0,捕集技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)比較會使1.發(fā)電成本上升40%2.投資上升32%3.凈輸出功率下降15%4.熱-電效率降低22% ( 一說8% -10% )所以就限制了 IGCC的工程使用。采用煤炭直燃后進行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電主要是不需要空氣制氧、煤氣發(fā)生和燃氣凈化等過程，這樣就一方面可以獲得燃氣-蒸汽聯(lián)合發(fā)電的高熱-電轉(zhuǎn)換效率，另方面則可大幅簡化流程，減少投資，降低發(fā)電成本，而且也可以增加開工率，而且由于2/3電力來自燃氣輪機，1/3來自于汽輪機，這樣汽輪機冷卻水用量會有明顯減少。采用煤粉直燃后進行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的主要障礙，是燃氣中的固體粉塵夾帶對燃氣輪機的葉片磨蝕無法解決。高溫氣體過濾是煤粉直燃后聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的主要核心難題。因為沒有合適的高溫氣體過濾介質(zhì)材料，現(xiàn)有的陶瓷微濾材料，雖可以耐高溫，但是氣體通量小，而且質(zhì)脆，在熱沖擊條件下，易斷裂。采用專利2011202983165的石墨碳纖維介質(zhì)過濾，則可以順利解決上述問題。


圖1為新型煤灰直燃的整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)流程2為蒸汽多級發(fā)生再利用鍋爐流程圖

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利提出的煤粉直燃的整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的流程圖可參見附圖1。本發(fā)明專利提出的發(fā)電系統(tǒng)的流程細節(jié)如下描述(I)粉煤鍋爐燃燒室可以與粗旋風分離器耦合(或相互獨立)，其特點可以采用旋流式燃燒鍋將有利于與多級旋風粗除塵相銜接，鍋爐可以是設(shè)有蒸汽發(fā)生管束的熱壁式，也可以是冷壁式燃燒室，為了提高發(fā)電效率燃燒室可以是加壓式，加壓燃燒室的操作壓力可以O(shè) 8mp，而出溫度T = 1200°C 1400°C或更高。(2)為了除去燃燒后高溫氣體中的過量O2(—般過氧的余量<5%)把高溫高壓燃氣先送入催化燃凈室，這時補入適量的天然氣，天然氣補充量，可使O2完全燃凈，而且可以有CH4的余量。過量的CH4可以在燃氣輪機中燃凈，天然氣的余量可為0%-10%或更高。為充分燃凈O2燃凈室中可以加設(shè)各種催化材料，可以是粒狀催化劑填充層，催化金屬網(wǎng)或粉狀催化劑。如果粉煤灰有催化活性或新加微量粉狀催劑時，需要把(催化)燃凈室在流程中放置在多級旋風除塵器之前。(3)熱過濾設(shè)備采用石墨化碳纖維過濾器，其性能與結(jié)構(gòu)要求如專利2011202983165 所述。(4)經(jīng)過凈化的高溫高壓燃氣將進入燃氣-蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，可以根據(jù)過量CH4的部分，補充壓縮空氣以在燃氣輪機中燃凈，以后的流程與常規(guī)IGCC技術(shù)無明顯差別，其流程可以參見附圖2。附圖2標記說明(1)高壓蒸汽加熱器，(2)中壓蒸汽加熱器，(3)再加熱器，(4)高壓蒸汽發(fā)生器，(5)高壓蒸汽再熱器，(6)過熱器，(7)中壓蒸汽發(fā)生器，⑶低壓蒸汽加熱器，(9)低壓蒸汽發(fā)生器。
總之，本粉煤直燃整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，既保持了燃氣-蒸汽聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)高熱-電效率的優(yōu)點，而避免了 IGCC系統(tǒng)的缺點，當然本系統(tǒng)沒有與CO2捕集系統(tǒng)的剛性鏈接，在一定條件下，與超超臨界鍋爐發(fā)電有競爭的優(yōu)勢。
具體實施例方式(I)已經(jīng)建成了 IGCC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，如果經(jīng)濟技術(shù)成本過高，可以采用本專利技術(shù)進行拆分，就是把新建一套本專利所述的精燃燒氣(工作介質(zhì))的生產(chǎn)系統(tǒng)與已有的燃氣-蒸汽發(fā)電系統(tǒng)相銜接，以保持較高的熱點轉(zhuǎn)換效率。而拆分下來的煤氣化裝置可以獨立運行，并建設(shè)一套合成氨或合成甲醇等的生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)化學品。這樣即可提高經(jīng)濟效益、增加開工周期，使總體投資量下降。(2)可以完全新建粉煤直燃的整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其建設(shè)的經(jīng)濟規(guī)?？梢栽?00MW 400MW左右或更高。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明專利要求涉及一種粉煤直燃整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于采用石墨化碳纖維過濾技術(shù)，對高溫高壓(常壓)燃氣進行精細過濾。
2.根據(jù)本權(quán)利要求書第一條，本專利要求在燃燒室可以設(shè)有(或不設(shè)置)換熱水管附產(chǎn)蒸汽，初級燃燒室可以(也可以不用)是旋流型，以與多級旋風粗分離器一體化(或分別設(shè)置)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書第一、二條，本專利要求采用在熱過濾前的粗燃氣中補充適量的 CH4，并在有催化劑或無催化劑條件下，把燃氣中的余氧量完全燃盡(最終余氧濃度小于O.1 5ppm)，以保證在無氧條件下，石墨碳纖維過濾器的工作溫度可以長期在2000°C下。粗燃氣中余氧量一般為5%以下，所補充的CH4氣量可以為余氧量的120% 300%。以保證粗燃氣中余氧全部燃盡。
4.根據(jù)權(quán)利要求書第一、二、三條，本專利在燃凈室內(nèi)可以有(或沒有)催化劑助燃，催化劑可以是呈顆粒層狀，催化活性組分可以貴金屬、稀土金屬、鐵系金屬等，也可以是上述金屬的網(wǎng)狀材料。也可以是有催化活性的粉體，(如粉煤灰本身有催化活性)，在采用網(wǎng)狀和顆粒層狀催化劑時，催化燃凈室放置于多級施風粗分離器之后，在采用自催化活性的粉體或粉煤灰本身作催化劑時，則燃凈室放置于多級旋風粗分離器之前。
5.根據(jù)權(quán)利要求書第一、二、三、四條本權(quán)利要求，石墨碳纖維過濾器的使用，可以根據(jù)專利2011202983165進行。石墨化碳纖維過濾器的工作條件為P = O.1 8mp，T = 1200 1400°C，過濾器周期性地采用惰性氣體或CH4反吹，以清除濾餅。
6.根據(jù)權(quán)利要求書第一、二、三、四、五條，本專利要求經(jīng)過熱過濾的精燃燒氣進入燃氣輪機的條件是P = O.1 8mp，T = 1100 1400°C或更高，在進入燃氣輪機時補加適量壓縮空氣，使CH4在燃氣輪機內(nèi)燃燒完全。
7.流程的燃氣-蒸汽發(fā)電部分，本專利沒有權(quán)利要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，所述燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，具有較高熱-電轉(zhuǎn)換效率，但不需要煤的氣化單元，而是采用石墨化碳纖維過濾介質(zhì)，通過燃氣高溫過濾，直接用作燃氣輪機的工質(zhì)，所以與常規(guī)IGCC技術(shù)比較，有投資少、流程短、開工周期長，而且熱效率高等優(yōu)點。
文檔編號F02C6/00GK102996257SQ20111026897
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者金涌 申請人:金涌