CN1070260C - 利用碳化器驱动锅炉和燃气涡轮产生电力的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种利用碳化器驱动的锅炉和燃气涡轮产生电力的设备和方法，使用碳化器产生低热量的可燃气，它通过燃气涡轮以驱动涡轮。同时，炭被输送到锅炉而为了驱动锅炉。涡轮利用低热量可燃气作为它的唯一动力源，且而独立于锅炉进行运行。

Description

利用碳化器驱动锅炉和燃气涡轮产生电力的方法和设备
本发明涉及燃煤蒸汽发生器次分配动力的设备和方法，特别涉及这样的设备和方法，其中，燃烧器或锅炉被再次分配动力是由于安装了能产生驱动燃气涡轮的低热量气体的分立的燃气发生器或碳化器，同时在锅炉内被燃烧的炭是部分脱硫的。
虽然燃气锅炉在为有效设备燃气涡轮提供产生电能的热能方面已经取得了相当的成功，但是却难以使之符合美国联帮政府和国家制定的标准。的确值得重视的是硫的生成物排放大气的问题，特别是在使用含硫量高的煤时。
由于燃气涡轮即使被相对低热的燃气驱动时，其效率仍相当高，它们也使其本身产生电力。在这些设备中，煤是单独的燃气发生器或碳化器最初使用的燃料，单独的燃气发生器或碳化器产生相对低热的可燃气和炭，可燃气被提供给燃气涡轮，炭被提供到设施的另一处。但是，碳化器的一个缺陷是：某些煤中只有几分之一的热能以可燃气的形式被提出，而同时一定比例余留物以炭的形式遗留在碳化器内。
现在的发明是一种认识的结果。根据上述状况，炭从碳化器中获得，正确处理时能被利用以驱动上述的锅炉，在某种意义上大大降低了硫化物的产生。最重要的是：本发明使现有的蒸汽发生器再次产生动力，提高整个设施的电力输出，从而提高设施的效率并减少进入大气的硫化物。
本发明的目的是提供一种设备和方法，即它们结合有一个碳化器用来提供低热量可燃气，以驱动燃气涡轮，并且在锅炉中燃烧部分脱硫炭。
更加进一步的目的是提供上述类型的一种方法和设备，其中燃气涡轮与锅炉是不相联的，并且使用来自碳化器的低热量可燃气作为燃气涡轮唯一的燃料来源。
此发明进一步的目的是提供一种上述类型的设备和方法，其中自碳化器送入锅炉的炭以一种方法进行处理，这样由锅炉释放到大气中硫的程度相对降低。
本发明再一个目的是提供一种上述类型的设备和方法，它可以获得相对高的效率。
为了实现这些以及另外的目的，根据本发明的设备和方法，用碳化器来产生低热量可燃气和固态炭。低热量可燃气送入燃烧室。在燃烧室内与压缩空气混合，以提高可燃气的温度，可燃气增温后被送入燃气涡轮并驱动涡轮，而炭被送入锅炉，它的工作又产生热燃气被送去与水进行热交换而产生蒸汽，燃气涡轮使用低热量燃气作为其唯一的动力源，而且独立于锅炉进行工作。
也就是说，本发明提供一种产生能量的方法，所述方法包含的步骤如下：
在掺入用于吸附所述燃料燃烧所产生的硫的吸附剂的情况下部分地燃烧固体燃料以产生可燃气和炭；
从所述可燃气中分离炭；
输送来自所述分离器的燃气到燃气涡轮，以使之为所述燃气涡轮提供唯一的动力源；
将燃气涡轮与发电机连接以便产生电能；
将从所述分离器来的炭和吸附剂送到反应器；
去除由于反应器中吸附剂的作用而被吸附出的硫；
将所述炭从所述反应器送到所述锅炉；
在所述驱动的锅炉中产生蒸汽；
利用所述蒸汽发电，并且，
所述燃气涡轮独立于该锅炉而进行运行。
其中，还包含燃烧所述可燃气的步骤，该步骤是使之在输送可燃气到燃气轮机的所述步骤之前，增高所述可燃气的温度。
其中，还包含压缩外界空气的步骤，输送部分所述压缩空气到所述固体燃料中，以助固体燃料的部分燃烧，并输送另外的部分所述压缩空气到所述可燃气，以促进所述可燃气的燃烧。
其中还包含的步骤是输送燃气涡轮排放的燃气到热回收蒸汽发生器，输送水，该水在热回收蒸汽发生器中与排放的燃气进行热交换，使水成为蒸汽；并利用所述后者蒸汽产生外加的电力。
其中炭在所述锅炉中燃燃以产生热燃气，并进一步包含这样的步骤：输送水与热燃气进行热交换，从而使水成为蒸汽。
本发明还提供了一种产生能量的设备，所述设备包含：
在掺入石灰石的情况下进行炭化燃料以产生可燃气和炭的装置，包括含有在所述炭化过程中产生的硫的石灰石；
接收来自所述炭化装置的所述炭和所述可燃气并分离可燃气中炭的分离器；
一个燃气涡轮；
将所述燃气输送到所述燃气涡轮中以驱动所述涡轮的装置；
用于发电的作动连接到燃气涡轮的装置；
一个反应器；
将所述炭输送到所述反应器中以将所述硫从所述石灰石中除去的装置；
一个锅炉；
运行地连接所述锅炉使之接收蒸汽并发电的装置。
其中，还包括用于将从所述燃气轮机排出的气体输送到所述锅炉的装置。
其中，还包括：一个蒸汽发生器，和
用于将从所述燃气涡轮来的排出气体输送到所述蒸汽发生器以产蒸汽的装置。
其中，还包括：一个接收来自蒸汽发生器的蒸汽并产生附加电能的装置。
其中，还包括：一个燃烧器，它用于接收来自分离器的可燃气，在所述可燃气被输入燃气涡轮之前燃烧所述可燃气以便提高可燃气的温度。
其中，还包括：一个空气压缩机，它用于接收并压缩外界空气，和用来输送部分来自空压机的压缩空气到所述炭化装置的装置，以便有助于所述燃气的产生，以及用来输送另外的压缩空气到燃烧器的装置，以便所述燃气在所述空气中燃烧。
通过参阅下述有关最佳实施例的详细说明，再结合此发明的系统流程图，参阅以该发明为依据的具体化图解时，也可对更深一层的本发明之目的，性能和优点更完全地得到了解。
图1是本发明的系统流程图。
图中参考编号10和12在一般情况下分别指锅炉系统和碳化器系统。碳化器系统12包括燃气涡轮14，它和一个空气压缩机16和一个发电机18传动连接，并以一种通用方式驱动它们。空气压缩机16接收来自进气管道20的外界空气并压缩空气，压缩后的空气经自空压机16的出口延伸的管道22进入碳化器24。
诸如煤一类的散粒燃料自进料口26进入碳化器24，很清楚，按照需要，其他进料口也能与碳化器24连接，以便分送石灰石或其他散粒吸附物质进入碳化器24，通常方式下，碳化器的功能可部分地汽化燃料物并将其转化成可燃气和炭，而且石炭石能够吸附汽化过程中产生的硫。
管道28和碳化器24上成形的一个出口相连，并连通位于碳化器24附近的旋流分离器30。这样，分离器30接收碳化器产生的低热量可燃气和正常状况下来自碳化器24的带入的固态物质，即固态炭和起反应的石灰石，同时分离器以通常方式工作，将固态物质由于分离器内产生的离心力作用与低热量可燃气分离。由于已知旋流分离器的技术，对分离器30将不做任何进一步的详细说明。
充分与炭分离的低热量可燃气进入管道32，管道32向上伸出与分离器30的上部分相连，并通入燃烧器34的顶部。管36将管道22连接到燃烧器34顶部。燃烧器34以通常方式工作，在有来自管道22的压缩空气的情况下，燃烧低热量可燃气体。管道38连接燃烧器34的燃气出气口和燃气涡轮14的进气口，用于输送加热的燃气到涡轮机以驱动之。
被分离的固体，包括炭和起反应的石灰石，因为重力从分离器30坠入管道40，管道40延伸进入位于分离器30附近的反应器42。在反应器内，这些固体和进入反应器42的一种反应剂混合，以达到通过化学提取法，去除起反应的石灰石中的硫。管道46接通燃烧系统10和碳化器系统12，更确切地说，是连接反应器42和粉碎器44(如果需要)以便将经过处理的炭和石灰石送入粉碎。分解出来的硫是以硫化氢H2S的形式进入克劳斯反应单元(claus unite)45，或等效组件，它将硫化氢H2S还原出硫元素。
管道48自粉碎器44延伸并与锅炉46上一个成形开口对准连通，将含有高热量的处理的炭送入锅炉46，管道49延伸进入锅炉46，用来将补给燃料，如煤，随同吸附剂，如生石灰石(CaCO3攬3攭)一起送入锅炉，这是为了吸附通过燃烧燃料的硫产物，通过风扇50或类似设备将外界空气输入锅炉46，以助炭和煤、处理的石灰石的混合物以及如需要补充的石灰石的燃或者烧，锅炉46包括水/蒸汽流动回路管，这个回路输送水/蒸汽吸收由于上述燃烧结果产生的相应的锅炉中产生的热，该回路包括蒸汽涡轮52，蒸汽涡轮52通过管道54接收来自锅炉的蒸汽并驱动以通常方式驱动发电机55，管道56将从涡轮52排放的蒸汽送入冷凝器58，来自冷凝器的水分别通过管道60，泵62和管道64送回锅炉46，这些类型的锅炉在工业中是已知的，因此对锅炉46将不再进一步详述。
自锅炉46排放出来的燃气经过管道66送到积渣室68，积渣室68将任何固体物质，诸如煤，炭尘、或类似物在燃气通过管道70至烟道72之前，与燃气进行分离以便排放到外界。
从涡轮14出口排出的热排出气经过管道74送入热回收蒸发生器76。热回收蒸汽发生器76以通常方式将是从气体传送给流经发生器76的水转变而产生蒸汽。发生器76产生的蒸汽经管道78进入蒸汽涡轮80，蒸汽涡轮80以通常方式驱动蒸发电机81。管道82连接蒸汽涡轮80和冷凝器84，蒸汽在冷凝器中转变成水。随之，转变成的水经管道86，泵88和管道90流入热回收蒸汽发生器76。来自涡轮机和14的剩余排放的气体经管道92和排气烟道94排出该系统。
在运行中，外界空气被导入由燃气涡轮14驱动的空气压缩机16，以提高空气压力，剩余的空气送至碳化器24的同时，部分压缩空气由压缩机16送至燃烧器34。
在碳化器24中，粒状燃料被碳化而产生低热量的可燃气和炭，此时石灰石与在该过程中生产的硫和吸附的硫发生反应，低热量可燃气和从碳化器24带入的固体物质送至分离器30，分离器30以通常方式运行，分离出气体中的固体。同时，固体被送入反应器42，并且气体被送入燃烧器34。
在燃烧器34中，气体与来自空气压缩机16的部分空气混合并燃烧，以便将低热量可燃气体的温度升高至涡轮14最大效率所需的温度。然后，可燃气体被送入燃汽涡轮14并驱动之，同时增加的质和体积以使之使燃气涡轮机14能够驱动空气压缩机16和发电机18。
从燃气涡轮机14排出的燃气通向热回收蒸气发生器76，在该发生器76中，来自排出的气体中的热以上述方式传入水中，因此而产生蒸汽，蒸汽又驱动蒸汽涡轮80，而涡轮自身又驱动发电机81，而这些均以通常的方式进行的，来自热回收蒸汽发生器的冷却的排放燃气通经烟道94从该系统通出。
炭与石灰石的混合物在粉碎机44中被粉碎并送入锅炉46之前，用反应剂去除了反应器42内分离出的石灰石中的硫。炭、石炭石在锅炉46内与外界空气混合，如需要，可从进料口49同时补充煤和石灰石，炭以通常方式在锅炉46中燃烧加热回流经过锅炉的水/蒸汽，蒸汽被送至涡轮52以驱动涡轮该涡轮自身又驱动发电机55，在被送回到锅炉46之前，来自涡轮52的排放蒸气与冷凝器58的水进行热交换，并形成水，来自锅炉46排放的气体在被送到烟道72之前通过积渣室68，该积渣室将气体中所有的固体分离出来。
本发明的设备和方法有如此若干的优点优于以现有技术，由于给锅炉增加了碳化器/燃气涡轮系统，碳化器产生的碳(如需要，可时刻加煤和生石灰的混合物)，可用来驱动锅炉，而相当大量的硫可在碳化器内被石灰石吸收并在反应器内去除，这样就可以大大降低锅炉的排硫量，而且，碳化器产生的低热量可燃气体也是燃气涡轮14的唯一燃料来源，这样燃气涡轮以及与它的相连的燃烧器能和锅炉脱离并独立工作。
另外，从燃气涡轮14排出的气体能提供给热回收蒸气发生器76以使其用来产生蒸气驱动蒸气涡轮80，这就导致从可利用储藏在排放气体中的热能从而高效地利用了燃气涡轮所排放的气体而不是将其释放的大气中去。
虽然在图中没有专门的图解说明，但是很清楚可提供附加必要的设备。这些设备和上述各部件以适当的方式布局以形成完整而且有效的系统。
很清楚，在不脱离本发明范围的情况下，本发明的方法是可以有所变动的，如，热回收系统发生器76可被取消，增加管道98将燃气涡轮14排放的气体输送到锅炉46。由于后者气体含氧量是相对高的，因此可代之以风扇50正常供入锅炉46的外界空气。另外，可以在碳化器24和分离器30之间增加一个热交换器，用来冷却含有燃气和固体物质的蒸汽，因此使碱金属冷凝，更进一步，可以在分离器30下游处加装一个拦截过滤器，用来消除分离器漏出的细小颗粒。也可以在积渣室68和烟道72之间安装净气器，在气体排放的大气之前清除气体中的硫。
应该注意的是：碳化器24内产生的炭的数量取决于把碳化器内产生的可燃气作为唯一燃料来源的燃气涡轮的尺寸或额定容量。因此，有些情况下，生成的炭可能只有送入锅炉中的总燃料的一小部分，有时又可能是送入锅炉的绝大部分。
前面叙述了其他改装、变化和替代，以及在一些实施例中本发明的某些性能将得到应用，但同时又无其他性能的相应的使用。因此有必要对所附的权利要求做概括解释而且使之与该发明范围一致。

Claims (11)

1、一种产生能量的方法，所述方法包含的步骤如下：
在掺入用于吸附所述燃料燃烧所产生的硫的吸附剂的情况下部分地燃烧固体燃料以产生可燃气和炭；
从所述可燃气中分离炭；
输送来自所述分离器的燃气到燃气涡轮，以使之为所述燃气涡轮提供唯一的动力源；
将燃气涡轮与发电机连接以便产生电能；
将从所述分离器来的炭和吸附剂送到反应器；
去除由于反应器中吸附剂的作用而被吸附出的硫；
将所述炭从所述反应器送到所述锅炉；
在所述驱动的锅炉中产生蒸汽；
利用所述蒸汽发电，并且，
所述燃气涡轮独立于该锅炉而进行运行。
2、如权利要求1所述方法，其特征在于，其中还包含燃烧所述可燃气的步骤，该步骤是使之在输送可燃气到燃气轮机的所述步骤之前，增高所述可燃气的温度。
3、如权利要求2所述方法，其特征在于，其中还包含压缩外界空气的步骤，输送部分所述压缩空气到所述固体燃料中，以助固体燃料的部分燃烧，并输送另外的部分所述压缩空气到所述可燃气，以促进所述可燃气的燃烧。
4、如权利要求1所述方法，其特征在于，其中还包含的步骤是输送燃气涡轮排放的燃气到热回收蒸汽发生器，输送水，该水在热回收蒸汽发生器中与排放的燃气进行热交换，使水成为蒸汽；并利用所述后者蒸汽产生外加的电力。
5、如权利要求1所述方法，其特征在于，其中炭在所述锅炉中燃燃以产生热燃气，并进一步包含这样的步骤：输送水与热燃气进行热交换，从而使水成为蒸汽。
6、一种产生能量的设备，所述设备包含：
在掺入石灰石的情况下进行炭化燃料以产生可燃气和炭的装置，包括含有在所述炭化过程中产生的硫的石灰石；
接收来自所述炭化装置的所述炭和所述可燃气并分离可燃气中炭的分离器；
一个燃气涡轮；
将所述燃气输送到所述燃气涡轮中以驱动所述涡轮的装置；
用于发电的作动连接到燃气涡轮的装置；
一个反应器；
将所述炭输送到所述反应器中以将所述硫从所述石灰石中除去的装置；
一个锅炉；
运行地连接所述锅炉使之接收蒸汽并发电的装置。
7、如权利要求6所述设备，其特征在于，还包括用于将从所述燃气轮机排出的气体输送到所述锅炉的装置。
8、如权利要求6所述设备，其特征在于，还包括：
一个蒸汽发生器，和
用于将从所述燃气涡轮来的排出气体输送到所述蒸汽发生器以产蒸汽的装置。
9、如权利要求8所述设备，其特征在于，还包括：
一个接收来自蒸汽发生器的蒸汽并产生附加电能的装置。
10、如权利要求6所述设备，其特征在于，还包括：
一个燃烧器，它用于接收来自分离器的可燃气，在所述可燃气被输入燃气涡轮之前燃烧所述可燃气以便提高可燃气的温度。
11、如权利要求10所述设备，其特征在于，还包括：
一个空气压缩机，它用于接收并压缩外界空气，和用来输送部分来自空压机的压缩空气到所述炭化装置的装置，以便有助于所述燃气的产生，以及用来输送另外的压缩空气到燃烧器的装置，以便所述燃气在所述空气中燃烧。
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