CN103742891A - 多机组联体发电工艺与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电领域，尤其涉及多机组联体发电工艺与装置，包括：远程防爆总控监测中心（1）、循环燃烧装置（2）、发电装置（3）、联体净化装置（4）、脱氧装置（5）、碳黑加工装置（6）、肥料成品加工装置（7）、余热装置（8）、并网装置（9）；将C与CO2送入循环燃烧装置（2）反应产生蒸汽供发电装置（3）进行发电，烟气通过余热装置（8）、联体净化装置（4）、脱氧装置（5）、碳黑加工装置（6）、肥料成品加工装置（7）进行副产品加工或循环利用。本发明的有益效果在于：一是节约土地；二是大幅降低设备投资；三是实现CO2和O2循环利用；四是烟气污染物近零排放，尘硝硫资源化利用生产肥料；五是联产高附加值碳黑；六是有效利用电厂烟气热能，降低排烟温度，节约资源，提高电厂的经济性。

Description

多机组联体发电工艺与装置
技术领域
本发明涉及发电领域，尤其涉及多机组联体发电工艺与装置。
背景技术
近年来，随着城镇扩大与科技发展，对于电力的需求也越来越大。我国火电机组装机总容量也不断增加，其中绝大部分都是燃烧煤粉的汽轮机电站，但是这类电厂容易产生大量的废气导致空气污染，因此如何处理燃煤发电厂的废气，收集和综合利用其中的CO2是一项重要的任务。
燃煤发电厂通过燃烧，将热能转化为电能用于发电，但是在空气燃烧中热能净转化率低，燃烧1吨标煤需约2.7吨O2，并带进约10吨N2，在燃烧排放烟气中，N2含量78—85%，CO2含量仅8—15%。烟气中N2含量高，一是造成热能净转化率低的直接原因，二是造成锅炉与除尘、脱硝、脱硫、烟囱等配套工程设备容积大，浪费电厂投资成本与运行成本。同时，传统电厂烟气中500—1000℃的热能，几乎在除尘、脱硝、脱硫过程被全部消耗掉和被烟囱排放掉，是造成电厂热能净转化率低于40%的主要原因之一，而烟气中CO2含量太低，加大了CO2捕集成本，造成电厂CO2资源普遍浪费。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供多机组联体发电工艺与装置，解决现有燃煤发电技术的缺陷，实现多机组联体发电、二氧化碳和氧气循环利用、以及烟气污染物近零排放的目的。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：多机组联体发电工艺，包括：循环燃烧、发电、净化、脱氧、副产品加工，具体包括以下步骤：
第一步：依次打开远程防爆总控监测中心和其它各系电源开关、以及循环水开关；
第二步：将C、CO2和O2分别送入循环燃烧装置进行催化反应和燃烧，产生蒸汽；
第三步：将循环燃烧装置锅炉的蒸汽送入发电装置发电，将各发电装置的电力送并网装置统一上网，供用电单位使用；
第四步：将各循环燃烧装置锅炉回流使用多余的500—1000℃烟气经余热装置后集中统一送联体净化装置进行除尘、脱硝、脱硫一体化净化处理，余热装置对烟气余热转化为电能利用；净化处理后的尘硝硫物质送肥料成品加工装置生产硫基硝基复合肥料，净化处理后的CO2送脱氧装置进行C和O2分离；
第五步：经脱氧装置分离的O2送循环燃烧装置锅炉燃烧，经脱氧装置分离的C送碳黑加工装置精制包装，或送循环燃烧装置与CO2进行催化反应后燃烧发电。
作为优选，循环燃烧装置的燃烧温度为1300—1350℃，蒸汽温度为550—650℃；脱氧装置的反应温度为0—200℃；余热装置将烟气温度降到120℃以下。
多机组联体发电装置，包括：远程防爆总控监测中心、循环燃烧装置、发电装置、联体净化装置、脱氧装置、碳黑加工装置、肥料成品加工装置、余热装置、并网装置，所述循环燃烧装置与发电装置、余热装置连接，发电装置与并网装置连接，余热装置与联体净化装置连接，联体净化装置与脱氧装置、肥料成品加工装置连接，脱氧装置与循环燃烧装置、碳黑加工装置连接；所述远程防爆总控监测中心监测各装置。
作为优选，所述循环燃烧装置有2—20个，发电装置的安装个数与循环燃烧装置相同。
作为优选，所述脱氧装置形状为长蛋形或上为圆下为长方形，长蛋形高度为1—120m，脱氧压力为0.01—20KPa。
作为优选，所述脱氧装置由若干个脱氧器组成，脱氧器分别与与碳黑加工装置、O2储气罐连接形成环岛形；所述脱氧器内设有催化电极圈，催化电极圈以长方型田格式、或网格型排列。
作为优选，所述脱氧器有4个。
作为优选，所述催化电极圈由1—50圈组成，每圈间隔0.2—2m；催化电极圈有1—480层，每层间隔0.2—1m。
作为优选，所述联体净化装置包括：烟气进口管、第一净化池、第二净化池、第三净化池、不锈隔板、净化水池、固液分离池、净化池围壁、在线温度测量器、在线压力测量器、远程防爆自动减压器；所述烟气进口管连接余热装置与第一净化池，第一净化池还与净化水池连接；不锈隔板将依次排列的第一净化池、第二净化池、第三净化池隔离，第一净化池、第二净化池、第三净化池底部与固液分离池连接，固液分离池与肥料成品加工装置连接，第三净化池与脱氧装置连接；在线温度测量器、在线压力测量器、远程防爆自动减压器对第一净化池、第二净化池、第三净化池进行远程防爆、在线温度、在线压力测量。
作为优选，所述净化水池水温30℃以下，第一净化池水温60℃以下，第二净化池水温40℃以下、第三净化池水温30℃以下。
本发明的有益效果在于：一是节约土地，建超大型电站；二是大幅降低设备投资；三是实现CO2和O2循环利用；四是烟气污染物近零排放，尘硝硫资源化利用生产肥料；五是联产高附加值碳黑；六是有效利用电厂烟气热能，降低排烟温度，节约资源，提高电厂的经济性。
附图说明
图1是10×1000MW机组联体发电工艺结构示意图；
图2是循环燃烧装置的结构示意图；
图3是长蛋形脱氧装置的结构示意图；
图4是催化电极圈的俯视图；
图5是脱氧装置的工作示意图；
图6是净化装置的结构示意图；
图7是余热装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：如图1所示，10×1000MW机组联体发电装置，包括：远程防爆总控监测中心1、10个循环燃烧装置2、10个发电装置3、联体净化装置4、脱氧装置5、碳黑加工装置6、肥料成品加工装置7、2个余热装置8、并网装置9，所述循环燃烧装置2与发电装置3、余热装置8连接，发电装置3与并网装置9连接，余热装置8与联体净化装置4连接，联体净化装置4与脱氧装置5、肥料成品加工装置7连接，脱氧装置5与循环燃烧装置2、碳黑加工装置6连接；所述远程防爆总控监测中心1监测各装置。
具体实施步骤：
第一步：依次打开远程防爆总控监测中心1和其它各系电源开关、以及循环水开关；
第二步：将C、CO2和O2分别送入循环燃烧装置2进行催化反应和燃烧，产生蒸汽；
第三步：将循环燃烧装置2锅炉的蒸汽送入发电装置3发电，将各发电装置3的电力送并网装置9统一上网，供用电单位使用；
第四步：将各循环燃烧装置2锅炉回流使用多余的500—1000℃烟气经余热装置8后集中统一送联体净化装置4进行除尘、脱硝、脱硫一体化净化处理；净化处理后的尘硝硫物质送肥料成品加工装置7生产硫基硝基复合肥料，净化处理后的CO2送脱氧装置5进行C和O2分离；
第五步：经脱氧装置5分离的O2送循环燃烧装置2锅炉燃烧，经脱氧装置5分离的C送碳黑加工装置6精制包装，或送循环燃烧装置2与CO2进行催化反应后燃烧发电。
如图2所示，循环燃烧装置包括：循环燃烧锅炉系统10、等离子炬催化器系统11、送煤系统12、增压风机Ⅰ13、CO2回流器系统14、纯氧燃烧器系统15、热交换器系统16、鼓风机17；所述所述等离子炬催化器系统11一端连接送煤系统12、增压风机Ⅰ13，增压风机Ⅰ13与CO2回流器系统14连接，另一端与循环燃烧锅炉系统10下部的烟气进口连通，循环燃烧锅炉系统10顶端设有出口，顶端的出口与CO2回流器系统14、热交换器系统16连通，循环燃烧锅炉系统10与纯氧燃烧器系统15连接，纯氧燃烧器系统15与热交换器系统16的烟气进口烟道连接；所述热交换器系统16的烟气出口烟道与余热装置8连接，余热装置8与联体净化装置4连接，联体净化装置4与脱氧装置5连接，脱氧装置5与碳黑加工装置6、鼓风机17连接，鼓风机17与热交换器系统16连接。
具体实施步骤：
第一步：打开等离子炬催化器系统11的电源开关和循环水阀门，用CO2回流器系统14输出的高温CO2将送煤系统12的煤粉送到等离子炬催化器系统11内完成催化反应；
主要反应：
CO2+C（煤）——2CO   （1）；
第二步：将等离子炬催化器系统11催化的CO送循环燃烧锅炉10与纯氧燃烧器15输出的O2进行燃烧，主要反应：2CO+O2——2CO2   （2）。
循环燃烧装置2完成以下主要反应：
CO2+C（煤）——2CO   （1）
2CO+O2——2CO2   （2）
优选循环燃烧锅炉10炉膛燃烧温度为1300—1350℃。
优选循环燃烧锅炉10蒸汽温度为550—650℃。
优选循环燃烧锅炉10类型为超超临界锅炉或超临界锅炉或亚临界锅炉。
优选循环燃烧锅炉10数量为2—20个，锅炉之间距离为8—50米。
优选炉膛出口温度为500—1000℃。
优选CO2回流器14送煤粉进等离子炬催化器11温度为500—1000℃。
优选等离子炬催化器功率为0.1—15MW。
优选超超临界锅炉安装等离子炬催化器有1—8层，每层有2—10个。
优选热交换器系统15为纯氧燃烧器系统14的O2加热100℃以上。
优选超超临界锅炉纯氧燃烧主燃区O2量占75—95%，燃烬区占5—25%。
第三步：将循环燃烧锅炉10炉膛出口温度达500—1000℃的烟气，一部分烟气送CO2回流器系统14，一部分烟气送余热装置8，优选送CO2回流器系统14的烟气量为40—60%。
如图3、图4、图5所示，所述脱氧装置5由若干个脱氧器24组成，脱氧器24分别与与碳黑加工装置6、O2储气罐30连接形成环岛形；所述脱氧器24内设有催化电极圈20，催化电极圈20以长方型田格式、或网格型排列。脱氧装置5形状可以为长蛋形或上为圆下为长方形，图3是长蛋形脱氧装置的结构示意图，长蛋形脱氧装置包括：CO2进气口18、C出料口19、催化电极圈20、催化电极芯21、绝缘体22、O2出口23、脱氧器壳24、高压高频脉冲波型器25、脉冲电源26、远程防爆自动减压阀27、远程在线监测器28。所述所述脱氧器壳24底部设有C出料口19，脱氧器壳24下部设有CO2进气口18，脱氧器壳24顶部设有O2出口23，脱氧器壳24上部设有绝缘体22，绝缘体22上设有催化电极芯21，催化电极芯21上设有催化电极圈20，绝缘体22伸出脱氧器壳24外部的一端与高压高频脉冲波型器25连接，高压高频脉冲波型器25与脉冲电源26连接；所述远程防爆自动减压阀27、远程在线监测器28安装在脱氧器壳24上，分别进行自动排气减压及在线检测记录温度、压力。
具体实施步骤：
第一步：在脱氧器壳24内壁与催化电极圈20、催化电极芯21上涂上催化剂；
第二步：打开脉冲电源26、高压高频脉冲波型器25开关和CO2进气口18阀门，CO2在脱氧器壳24内快速分解成C和O2，其中O2送纯氧燃烧器系统15燃烧，C送碳黑加工装置6进行碳黑包装出售，或送到送煤系统12循环利用。
完成主要反应：
CO2——C（碳黑）+O2   （3）
优选脱氧装置5反应温度为0—200℃。
优选脉冲电源26电压为220—500V。
优选高压高频脉冲波型器25输出电压未20—120KV，直流迭加幅值为40—1000KV，脉宽为0.01—50Us，脉冲频率为1—200KHz。
优选脱氧装置5长蛋形高度1—120m。
优选脱氧器材质为不锈钢，或钢筋水泥土壳不锈钢内衬。
催化电极圈20也可优选以长方型田格式、或网格型排列。
第三步：打开远程防爆自动减压阀27、远程在线监测器28电源，当脱氧装置5压力超过设定值时，远程防爆自动减压阀27将自动排气减压。远程在线监测器28在线检测记录温度、压力。
优选脱氧压力为0.01—20KPa。
优选CO2进气口18压力为0.5—50KPa。
优选O2出口23压力为0.2—20KPa。
其中，催化电极圈20如图4所示，催化电极圈20与催化电极芯21连接。
优选催化电极圈20、催化电极芯21、催化电极芯中心棒29材质为不锈钢。
优选催化电极圈20由1—50圈组成，如20A、20B、20C、20D圈。每圈之间距离0.2—2m。
优选催化电极圈20层数为1—480层，每层之间距离0.2—1m。
优选催化电极圈20与脱氧器壳24内壁距离0.2—1m。
优选催化电极芯21由1—16块组成。如十字型排列21A、21B、21C、21D。
优选催化电极圈20、优选催化电极芯21、催化电极芯中心棒29、脱氧器壳24内壁均涂一层催化剂，促进脱氧反应快速进行。
如图6所示，联体净化装置4包括：烟气进口管31、第一净化池32A、第二净化池32B、第三净化池32C、不锈隔板33、净化水池34、固液分离池35、净化池围壁36、在线温度测量器37、在线压力测量器38、远程防爆自动减压器39；所述烟气进口管31连接余热装置8与第一净化池32A，第一净化池32A还与净化水池34连接；不锈隔板33将依次排列的第一净化池32A、第二净化池32B、第三净化池32C隔离，第一净化池32A、第二净化池32B、第三净化池32C底部与固液分离池35连接，固液分离池35与肥料成品加工装置7连接，第三净化池32C与脱氧装置5连接；在线温度测量器37、在线压力测量器38、远程防爆自动减压器39对第一净化池32A、第二净化池32B、第三净化池32C进行远程防爆、在线温度、在线压力测量。
具体实施步骤：
第一步：打开净化水池34龙头阀门，向净化池中送清水；
第二步：打开在线温度测量器37、在线压力测量器38、远程防爆自动减压器39电源开关，进行远程防爆和在线温度、压力测量。
第三步：打开余热装置8的烟气阀门，送烟气送第一净化池32A，统一精选除尘、脱硫、脱硝；经第二净化池32B、第三净化池32C处理后，将CO2烟气送脱氧装置5进行脱O2，将吸收尘硫硝的混合液送固液分离池35沉淀和固液分离，液体部分送净化水池34循环使用，固体部分送肥料成品加工装置7生产硫基硝基复合肥料。
优选净化水池34水温30℃以下。
第一净化池32A水温60℃以下，第二净化池32B水温40℃以下、第三净化池32C水温30℃以下。
本发明净化池32也可以设置为2—8隔，中间用不锈隔板33隔离。
优选净化池围壁36材质为不锈钢，或外壁为钢筋水泥内衬不锈钢。
为了能够有效利用烟气热能，余热装置8将热能转化为电能，一方面烟气热能得到有效利用，另一方面减少了排烟温度。如图7所示，余热装置8包括：增压风机Ⅱ40、烟气余热蒸汽交换器41、清水膜处理池42、多螺杆膨胀发电机43，清水膜处理池42、增压风机Ⅱ40与烟气余热蒸汽交换器41连接，烟气余热蒸汽交换器与联体净化装置4、多螺杆膨胀发电机43连接，多螺杆膨胀发电机43与并网装置9连接。
实施步骤：
第一步、分别将清水膜处理池42处理的清水与高温烟气经增压风机40增压送入烟气余热蒸汽交换器41；
第二步、将经烟气余热蒸汽交换器41冷凝后的烟气，送入联体净化装置4，对烟气进行净化处量；
第三步、将经烟气余热蒸汽交换器41产生的蒸汽送入多螺杆膨胀发电机43发电后，送电力并网装置9。
优选烟气余热蒸汽交换器41产生的蒸汽温度为150—300℃。
优选多螺杆膨胀发电机为2—50个螺杆膨胀装置。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.多机组联体发电工艺，其特征在于包括：循环燃烧、发电、净化、脱氧、副产品加工，具体包括以下步骤：
第一步：依次打开远程防爆总控监测中心（1）和其它各系电源开关、以及循环水开关；
第二步：将C、CO2和O2分别送入循环燃烧装置（2）进行催化反应和燃烧，产生蒸汽；
第三步：将循环燃烧装置（2）锅炉的蒸汽送入发电装置（3）发电，将各发电装置（3）的电力送并网装置（9）统一上网，供用电单位使用；
第四步：将各循环燃烧装置（2）锅炉回流使用多余的500—1000℃烟气经余热装置（8）后集中统一送联体净化装置（4）进行除尘、脱硝、脱硫一体化净化处理，余热装置（8）对烟气余热转化为电能利用；净化处理后的尘硝硫物质送肥料成品加工装置（7）生产硫基硝基复合肥料，净化处理后的CO2送脱氧装置（5）进行C和O2分离；
第五步：经脱氧装置（5）分离的O2送循环燃烧装置（2）锅炉燃烧，经脱氧装置（5）分离的C送碳黑加工装置（6）精制包装，或送循环燃烧装置（2）与CO2进行催化反应后燃烧发电。
2.根据权利要求1所述的多机组联体发电工艺，其特征在于，循环燃烧装置（2）的燃烧温度为1300—1350℃，蒸汽温度为550—650℃；脱氧装置（5）的反应温度为0—200℃；余热装置（8）将烟气温度降到120℃以下。
3.实现上述工艺的多机组联体发电装置，其特征在于包括：远程防爆总控监测中心（1）、循环燃烧装置（2）、发电装置（3）、联体净化装置（4）、脱氧装置（5）、碳黑加工装置（6）、肥料成品加工装置（7）、余热装置（8）、并网装置（9），所述循环燃烧装置（2）与发电装置（3）、余热装置（8）连接，发电装置（3）与并网装置（9）连接，余热装置（8）与联体净化装置（4）连接，联体净化装置（4）与脱氧装置（5）、肥料成品加工装置（7）连接，脱氧装置（5）与循环燃烧装置（2）、碳黑加工装置（6）连接；所述远程防爆总控监测中心（1）监测各装置。
4.根据权利要求3所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述循环燃烧装置（2）有2—20个，发电装置（3）的安装个数与循环燃烧装置（2）相同。
5.根据权利要求4所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述脱氧装置（5）形状为长蛋形或上为圆下为长方形，长蛋形高度为1—120m，脱氧压力为0.01—20KPa。
6.根据权利要求5所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述脱氧装置（5）由若干个脱氧器组成，脱氧器分别与与碳黑加工装置（6）、O2储气罐（30）连接形成环岛形；所述脱氧器内设有催化电极圈，催化电极圈以长方型田格式、或网格型排列。
7.根据权利要求6所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述脱氧器有4个。
8.根据权利要求7所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述催化电极圈由1—50圈组成，每圈间隔0.2—2m；催化电极圈有1—480层，每层间隔0.2—1m。
9.根据权利要求3所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述联体净化装置（4）包括：烟气进口管（31）、第一净化池（32A）、第二净化池（32B）、第三净化池（32C）、不锈隔板（33）、净化水池（34）、固液分离池（35）、净化池围壁（36）、在线温度测量器（37）、在线压力测量器（38）、远程防爆自动减压器（39）；所述烟气进口管（31）连接余热装置（8）与第一净化池（32A），第一净化池（32A）还与净化水池（34）连接；不锈隔板（33）将依次排列的第一净化池（32A）、第二净化池（32B）、第三净化池（32C）隔离，第一净化池（32A）、第二净化池（32B）、第三净化池（32C）底部与固液分离池（35）连接，固液分离池（35）与肥料成品加工装置（7）连接，第三净化池（32C）与脱氧装置（5）连接；在线温度测量器（37）、在线压力测量器（38）、远程防爆自动减压器（39）对第一净化池（32A）、第二净化池（32B）、第三净化池（32C）进行远程防爆、在线温度、在线压力测量。
10.根据权利要求9所述的多机组联体发电装置，其特征在于，所述净化水池（34）水温30℃以下，第一净化池（32A）水温60℃以下，第二净化池（32B）水温40℃以下、第三净化池（32C）水温30℃以下。
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