CN105331380A - 发电系统和发电方法 - Google Patents

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CN105331380A CN201510781827.5A CN201510781827A CN105331380A CN 105331380 A CN105331380 A CN 105331380A CN 201510781827 A CN201510781827 A CN 201510781827A CN 105331380 A CN105331380 A CN 105331380A
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蔡先明
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Abstract

本发明公开了发电系统和发电方法。其中，发电系统包括：热解炉，所述热解炉用于对含碳有机物进行热解处理，以便得到热解油气和焦炭，其中，所述热解油气包括煤气和焦油；燃烧室，所述燃烧室与所述热解炉相连，用于对所述热解油气进行直接燃烧处理，以便得到高温烟气；余热锅炉，所述余热锅炉与所述燃烧室相连，利用所述高温烟气与所述余热锅炉内的水进行换热处理，以便得到过热蒸汽和降温后的烟气；以及发电装置，所述发电装置与所述余热锅炉相连，用于利用所述过热蒸汽进行发电。该发电系统具有结构简单、热效率高、能耗低的优点。

Description

发电系统和发电方法
技术领域
本发明涉及发电系统和发电方法。
背景技术
目前，煤热解一般以生产半焦、焦油和荒煤气为主。热解产生的高温热解油气经油水分离后得到产品焦油和煤气，30％以上的高温热解油气余热未得到利用，造成了巨大的资源浪费；油水分离过程还会产生大量的污水，油水分离后的煤气和焦油品质低，需净化处理后才能作为化工原料，需要投入昂贵的污水处理设备和煤气净化设备，增加运行成本；而且净化后的焦油和煤气还需要进行深加工后才能成为最终产品销售。由此，煤热解产物的处理和利用有待改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、热效率高、能耗低的发电系统。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种发电系统。根据本发明的实施例，该系统包括：热解炉，所述热解炉用于对含碳有机物进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；燃烧室，所述燃烧室与所述热解炉相连，用于对所述热解油气进行直接燃烧处理，以便得到烟气；余热锅炉，所述余热锅炉与所述燃烧室相连，利用所述烟气与所述余热锅炉内的水进行换热处理，以便得到过热蒸汽和降温后的烟气；以及发电装置，所述发电装置与所述余热锅炉相连，用于利用所述过热蒸汽进行发电。
本发明中，对所述热解油气进行直接燃烧处理指的是将热解油气直接作为燃料进行燃烧。
所述热解炉具有进料口、热解油气出口、出料口、可燃气入口和烟气出口。
所述燃烧室具有热解油气入口、助燃空气入口和烟气出口。所述燃烧室与所述热解炉相连是指所述燃烧室的所述热解油气入口与所述热解炉的所述热解油气出口相连。
所述余热锅炉具有烟气入口、烟气出口、锅炉水入口和过热蒸汽出口。所述余热锅炉与所述燃烧室相连是指所述余热锅炉的所述烟气入口与所述燃烧室的烟气出口相连。
所述发电装置具有过热蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。所述发电装置与所述余热锅炉相连是指所述发电装置的所述过热蒸汽入口与所述余热锅炉的所述过热蒸汽出口相连。
根据本发明实施例的发电系统，热解炉产生的高温热解油气直接进入燃烧室燃烧，可以充分回收高温热解油气的显热和潜热，系统的热电转换效率高，并且不会产生大量难以处理的废水，不需要煤气净化和后加工设备。同时热解油气燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉产生大量的水蒸汽，水蒸气进入汽轮发电机发电，产品为清洁的电能，无二次污染，社会效益和经济效益高。由此，本发明实施例的发电系统具有结构简单、热效率高、能耗低的优点。
另外，根据本发明上述实施例的发电系统还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述热解炉为旋转床热解炉，所述热解炉包括：环形炉体；以及燃气辐射管加热器，所述燃气辐射管加热器设置在所述环形炉体的环形内壁上。
根据本发明的优选实施例，所述热解炉为蓄热式旋转床热解炉。
根据本发明的实施例，所述出料口处设置密封双螺旋出料机。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述的发电系统进行发电的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：利用热解炉将含碳有机物进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭，利用燃烧室将所述热解油气进行直接燃烧处理，以便得到烟气；利用余热锅炉将所述烟气与水进行换热处理，以便得到过热蒸汽和降温后的烟气；以及通过发电装置利用所述过热蒸汽进行发电。
根据本发明实施例的发电方法，热解处理产生的高温热解油气进行直接燃烧处理，可以充分回收高温热解油气的显热和潜热，该方法的热电转换效率高，并且不会产生大量难以处理的废水，不需要煤气净化和后加工设备。同时热解油气燃烧产生的高温烟气与水进行换热处理产生大量的水蒸汽，水蒸气进入汽轮发电机发电，产品为清洁的电能，无二次污染，社会效益和经济效益高。由此，本发明实施例的发电方法具有操作简单、热效率高、能耗低的优点。
另外，根据本发明上述实施例的发电方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述含碳有机物包括煤、生物质和垃圾中的至少一种。
根据本发明的实施例，通过热解处理在绝氧条件下进行的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的发电系统的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的发电方法的流程示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的发电方法的流程示意图。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。
需要说明的是，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一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种发电系统。参考图1，根据本发明的实施例，对该系统进行解释说明，该系统1000包括：热解炉100、燃烧室200、余热锅炉300和发电装置400。根据本发明的实施例，热解炉100对含碳有机物进行热解处理，得到热解油气和焦炭，其中，该热解油气包括煤气和焦油；燃烧室200与热解炉100相连，用于对热解油气进行直接燃烧处理，得到高温烟气；余热锅炉300与燃烧室200相连，利用高温烟气与余热锅炉300内的水进行换热处理，得到大量的过热蒸汽和降温后的烟气；发电装置400与余热锅炉300相连，利用过热蒸汽进行发电。
根据本发明实施例的发电系统，热解炉产生的高温热解油气直接进入燃烧室燃烧，不仅避免了热解油气中的焦油冷凝粘结管壁而导致的管路堵塞等问题，而且可以充分回收高温热解油气的显热和潜热，系统的热电转换效率显著提高，并且不会产生大量难以处理的废水，不需要煤气净化和后加工设备。同时，热解油气燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉产生大量的水蒸汽，水蒸汽进入汽轮发电机发电，产品为清洁的电能，无二次污染，社会效益和经济效益高。由此，本发明实施例的发电系统具有结构简单、热效率高、能耗低的优点。
根据本发明的一些实施例，热解炉100具有进料口、热解油气出口、出料口、可燃气入口和烟气出口；燃烧室200具有热解油气入口、助燃空气入口和烟气出口；余热锅炉300具有烟气入口、烟气出口、锅炉水入口和过热蒸汽出口；发电装置400具有过热蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。
根据本发明的一些实施例，燃烧室200与热解炉100相连是指热解炉100的热解油气出口与燃烧室200的热解油气入口相连；余热锅炉300与燃烧室200相连是指余热锅炉300的烟气入口与燃烧室200的烟气出口相连；发电装置400与余热锅炉300相连是指发电装置400的过热蒸汽入口与余热锅炉300的过热蒸汽出口相连。
根据本发明的实施例，所述热解炉为旋转床热解炉。由此，热解效率高，效果好。根据本发明的实施例，旋转床热解炉包括：环形炉体和燃气辐射管加热器，其中，燃气辐射管加热器设置在环形炉体的环形内壁上，通过燃气辐射管燃烧器加热，即通过燃烧可燃气以热辐射的方式提供热解所需热量。待热解物料布置在环形炉的环形炉底上，该炉底是可水平转动的，燃气辐射管燃烧器布置于环形炉的环形炉内壁上，辐射管内的烟气与环形炉内的气氛隔绝。由此，污泥在绝氧条件下，利用辐射管加热，热解油气与高温烟气隔绝，不产生二噁英污染，并且得到的热解油气品质高，热值在6000kcal以上。
根据本发明的优选实施例，热解炉为蓄热式旋转床热解炉。蓄热式旋转床热解炉采用蓄热式燃气辐射管加热器。由此，蓄热式燃气辐射管加热器的特点是可以使用>700kcal/m3的低品质燃料气，污泥热解炭气化所得燃料气热值大约在1200-1500kcal/m3，因此，优先选用蓄热式旋转床热解炉。
根据本发明的实施例，出料口处设置密封双螺旋出料机。通过密封双螺旋出料机的搅拌和挤压作用，对焦炭进行破碎处理，得到焦炭颗粒，使焦炭颗粒的粒径满足流化床等装置进一步处理的需要。
根据本发明的具体实施例，燃烧室采用烧嘴进行燃烧处理。由此，燃烧效率高，热解油气可在燃烧室内充分燃烧，产生高温烟气，根据本发明的具体实施例，高温烟气的温度达800-1000℃，有利于后续换热产生大量水蒸气。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述发电系统进行发电的方法。参考图2，根据本发明的实施例，对该方法进行解释说明，该方法包括：
S100热解处理
根据本发明的实施例，利用热解炉将含碳有机物进行热解处理，得到热解油气和焦炭，其中，所述热解油气包括煤气和焦油。由此，通过热解处理，将含碳有机物转化为可利用的、经济价值更高的热解油气和焦炭。
根据本发明的实施例，所述含碳有机物为煤。由此，易于热解，并且热解油气和焦炭的产率高。
根据本发明的实施例，所述热解处理的温度为400-650摄氏度，时间为50-120分钟。由此，热解效果好，含碳有机物充分热解，热解油气和焦炭的产率高。
根据本发明的实施例，通过热辐射的方式为所述热解处理提供热量。由此，含碳有机物在绝氧条件下进行热解处理。
S200直接燃烧处理
根据本发明的实施例，利用燃烧室将所述热解油气进行直接燃烧处理，得到烟气，该烟气为高温烟气。由此，通过燃烧处理，不仅避免了热解油气中的焦油冷凝粘结管壁而因素的管路堵塞等问题，而且热解油气中的煤气、焦油燃烧放热，可以充分回收高温热解油气的显热和潜热，热电转换效率显著提高，并且不会产生大量难以处理的废水，不需要煤气净化和后加工设备。同时燃烧产生的高温烟气有利于后续与水进行换热处理产生大量的水蒸汽，进行发电。
S300换热处理
根据本发明的实施例，利用余热锅炉将所述烟气与水进行换热处理，得到过热蒸汽和降温后的烟气。利用高温的高温烟气与水进行换热处理产生大量用于发电的过热蒸汽，其中，过热蒸汽的温度低于第二水蒸气的温度。由此，利用含碳有机物热解和燃烧产生的热量，通过换热处理，无需外部热源，即可获得大量用于发电的过热蒸汽。
根据本发明的一些实施例，过热蒸汽的温度为300-500摄氏度。由此，该温度条件下的水蒸汽易于驱动汽轮机旋转，从而由汽轮机带动发电机进行发电。
S400发电
根据本发明的实施例，通过发电装置利用所述过热蒸汽进行发电。由此，将水蒸汽的热能转换为汽轮机转子旋转的机械能，驱动同步发电机旋转产生电能进行发电，产品为清洁的电能，无二次污染，社会效益和经济效益高。
根据本发明的具体实施例，过热蒸汽进入汽轮机，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能，驱动同步汽轮发电机旋转产生电能，产生的电能部分自用外并入电网。经余热锅炉换热后的200℃以下的烟气处理后达标排放。
根据本发明实施例的发电方法，热解处理产生的高温热解油气进行直接燃烧处理，可以充分回收高温热解油气的显热和潜热，热电转换效率高，并且不会产生大量难以处理的废水，不需要煤气净化和后加工设备。同时热解油气燃烧产生的高温烟气与水进行换热处理产生大量的水蒸汽，水蒸汽进入汽轮发电机发电，产品为清洁的电能，无二次污染，社会效益和经济效益高。由此，本发明实施例的发电方法具有操作简单、热效率高、能耗低的优点。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例中，以长焰煤为原料，以旋转床热解炉为设备进行热解发电处理，处理规模为100万吨/年。本实施的发电系统包括旋转床热解炉、热解油气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机，其中，热解油气燃烧室具有高温热解油气入口，助燃空气入口和烟气出口，余热锅炉具有烟气入口，烟气出口，锅炉水入口和过热蒸汽出口，汽轮发电机具有蒸汽入口，蒸汽出口和电量输出端。燃烧室的高温热解油气入口与蓄热式辐射管旋转床的高温热解油气出口相连；燃烧室的助燃空气入口与旋转空气预热器相连；燃烧室的烟气出口与余热锅炉相连；余热锅炉的烟气出口与除尘系统相连；余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮发电机相连；汽轮发电机的电量输出端与用电设备或电网相连。参考图3，热解直燃发电的流程如下：
(1)将破碎的原料煤输送进入旋转床热解炉，热解条件为终温650℃，布料厚度150mm，旋转一周的反应时间80min，在600℃时，兰炭从炉侧采出，热解油气从炉顶采出，热解油气包括煤气、焦油和水蒸气，其中，炉顶采出高温热解油气47.1万吨/年，获得兰炭产品62.9万吨/年。
(2)高温热解油气通过管道与燃烧室相连，进入燃烧室进行燃烧处理，其中，燃烧室采用烧嘴进行加热燃烧，使煤气和热解油可在燃烧室内充分燃烧，产生950℃的高温烟气，同时，热解油气中的蒸汽进一步吸热升温至950℃。
(3)950℃的燃烧烟气和水蒸气的混合气进入余热锅炉，与锅炉水换热产生420℃、3.82MPa的过热蒸汽和换热后烟气，换热后烟气的温度降至180℃，经除尘系统处理后达标排放。
(4)过热蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能，驱动同步发电机旋转产生电能，可发电5.0亿kWh/年，折算吨煤发电量为500kwh，产生的电能部分自用外并入电网。
实施例2
本实施例中，采用某市生活垃圾为原料，垃圾含水率45％，成分组成如表1，以旋转床热解炉为设备进行热解发电处理。本实施的发电系统包括旋转床热解炉、热解油气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机，其中，热解炉具有进料口、热解油气出口、出料口、可燃气入口和烟气出口；热解油气燃烧室具有高温热解油气入口，助燃空气入口和烟气出口，余热锅炉具有烟气入口，烟气出口，锅炉水入口和过热蒸汽出口，汽轮发电机具有蒸汽入口，蒸汽出口和电量输出端。燃烧室的高温热解油气入口与蓄热式辐射管旋转床的高温热解油气出口相连；燃烧室的助燃空气入口与旋转空气预热器相连；燃烧室的烟气出口与余热锅炉相连；余热锅炉的烟气出口与除尘系统相连；余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮发电机相连；汽轮发电机的电量输出端与用电设备或电网相连。参考图3，热解直燃发电的流程如下：
表1生活垃圾成分组成(wt％)
(1)生活垃圾经输送系统送到加料装置，加料装置经进料口向旋转床热解炉布料区加料，在输送过程中拣出其中的大块无机物，如砖头、石块、大件玻璃金属制品等。
(2)生活垃圾的干燥、热解：热解的主体设备为无热载体蓄热式旋转床热解炉，它包括旋转床热解炉，蓄热式燃气辐射管燃烧器，以及布料、出料等辅助机构。其炉底为可转动的环形炉底，蓄热式燃气辐射管燃烧器布置于环形炉壁，通过燃烧可燃气以热辐射的方式提供垃圾热解所需热量，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝，利用辐射管对生活垃圾在绝氧条件下进行热解，可以避免二噁英产生，对环境无污染。该热解炉分为两个区域，分别是干燥区和热解区，干燥区温度450℃，主要作用是将垃圾中的水分进行烘干，热解区温度800℃，是垃圾完成热解主反应区，反应生成高温油气和垃圾炭；在炉体顶部靠近热解区设置气体出口，用于收集含有水蒸汽的高温油气，其中，高温油气的温度为750℃。
(3)高温油气燃烧、发电：来自旋转床热解炉的高温油气通过管道与燃烧室相连，主要包括高热值热解燃气和热解油以及过热蒸汽，燃烧室采用特殊设计的烧嘴，热解燃气和热解油在燃烧室内充分燃烧，产生约1000℃的高温烟气。
(4)1000℃的燃烧烟气进入余热锅炉，与锅炉水换热产生300-500℃的过热蒸汽和换热后约500℃烟气，换热后烟气的温度降至180℃，经除尘系统处理后达标排放。
(5)过热蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能，驱动同步发电机旋转产生电能，产生的电能部分自用外并入电网，每吨垃圾可发电280kWh，产生的电能部分自用外并入电网。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种发电系统，其特征在于，包括：
热解炉，所述热解炉用于对含碳有机物进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；
燃烧室，所述燃烧室与所述热解炉相连，用于对所述热解油气进行直接燃烧处理，以便得到烟气；
余热锅炉，所述余热锅炉与所述燃烧室相连，利用所述烟气与所述余热锅炉内的水进行换热处理，以便得到过热蒸汽和降温后的烟气；以及
发电装置，所述发电装置与所述余热锅炉相连，用于利用所述过热蒸汽进行发电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解炉为旋转床热解炉，所述热解炉包括：
环形炉体；以及
燃气辐射管加热器，所述燃气辐射管加热器设置在所述环形炉体的环形内壁上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电装置为汽轮发电机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解炉具有进料口、热解油气出口、出料口、可燃气入口和烟气出口；
所述燃烧室具有热解油气入口、助燃空气入口和烟气出口；
所述余热锅炉具有烟气入口、烟气出口、锅炉水入口和过热蒸汽出口；
所述发电装置具有过热蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述燃烧室与所述热解炉相连是指所述燃烧室的所述热解油气入口与所述热解炉的所述热解油气出口相连；
所述余热锅炉与所述燃烧室相连是指所述余热锅炉的所述烟气入口与所述燃烧室的所述烟气出口相连；
所述发电装置与所述余热锅炉相连是指所述发电装置的所述过热蒸汽入口与所述余热锅炉的所述过热蒸汽出口相连。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的发电系统进行发电的方法，其特征在于，包括：
利用热解炉将含碳有机物进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；
利用燃烧室将所述热解油气进行直接燃烧处理，以便得到烟气；
利用余热锅炉将所述烟气与水进行换热处理，以便得到过热蒸汽和降温后的烟气；以及
通过发电装置利用所述过热蒸汽进行发电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过热解处理在绝氧条件下进行的。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含碳有机物包括煤、生物质和垃圾中的至少一种。
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