CN107541297A

CN107541297A - 一种无尘环保燃煤发电方法

Info

Publication number: CN107541297A
Application number: CN201710793522.5A
Authority: CN
Inventors: 余国旭; 余杜康; 毛宵峰; 兰国强; 徐斌; 徐春
Original assignee: Hengsheng Energy Ltd By Share Ltd
Current assignee: Hengsheng Energy Ltd By Share Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: CN107541297B

Abstract

本发明涉及一种无尘环保燃煤发电方法，包括：1)输送原料煤，将原料煤经过预热处理后进入输送机上料；2)输送机将原料煤输入磨煤装置进行粉碎，同时通入热风对粉碎后的煤粉进行干燥；3)经过磨煤装置粉碎的煤粉则由热风带入分离器进行分级，合格的细煤粉随同气流出磨，不合格的粗煤粉在分离器叶片作用下重新与所述原料煤一起重新粉磨；4)所述细煤粉与200℃以上的高温蒸气和氧气反应形成可燃合成气；5)可燃合成气经过气体压缩机加压后经过喷射器喷入锅炉内进行燃烧；6)利用高温高压水蒸汽驱动汽轮机组做功从而驱动所述发电机发电。本发明将细煤粉反应生成合成气提高燃煤效率，降低后续烟气粉尘，通过喷射使得燃烧充分，脱硫脱硝反应去除混合气中的以及烟气中的有毒气体，烟气和水蒸气进行重复利用，增加了经济效益。

Description

一种无尘环保燃煤发电方法

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种无尘环保燃煤发电方法。

背景技术

煤炭在我国能源供应中一直处于核心主导地位，在未来相当长时期内，以煤为主的能源结构在我国会一直持续下去。现有技术中，燃煤被用于发电，通常煤燃烧通过燃气轮机进行发电，而较大煤块由于不完全燃烧包含高量的灰粉和硫，灰粉和硫夹带在烟气中通过涡轮而沉积在通道和叶片表面并且腐蚀设备。沉积的灰尘会阻塞涡轮中的通道，并且由于细颗粒沉积在换热表面，会损害热效率。同时，现有技术中，也有通过蒸汽机发电技术，蒸汽机发电通常是煤燃烧与空气反应放热以产生高压蒸汽，然后蒸汽依次通过涡轮膨胀以产生机械能或电能。虽然蒸汽机发电技术不会涉及烟气灰粉沉积和腐蚀的影响，然而过程中所产生的剩余热量和蒸汽不能得到很好的利用。燃煤发电在生产电力的同时也排放大量的污染物，包括SO₂、烟尘、NO_X和CO₂等；而且，我国燃煤电站的发电净效率和发达国家相比仍有较大差距。因而，进一步提高能源利用效率从而既减少能源消耗又减少污染物排放，成为我国电力工业乃至整个国民经济实现可持续发展的重要又迫切的任务。

发明内容

为了提高燃煤热效率，防止烟气灰粉沉积和腐蚀以及减少环境污染等问题，本发明提供了一种无尘环保燃煤发电方法。

包括如下步骤：

1)输送原料煤，原料煤经过预热处理,然后进入输送机上料；

2)输送机将原料煤输入磨煤装置进行粉碎，同时在磨煤装置中通入热风；

3)经过磨煤装置粉碎的煤粉被热风进一步干燥同时被热风带入分离器进行分级，细煤粉随同气流出磨，粗煤粉在分离器叶片作用下与所述原料煤一起重新粉磨；

4)所述细煤粉与200℃以上的高温蒸汽、催化剂和氧气反应形成可燃合成气；

5)可燃合成气经过气体压缩机加压后经过喷射器喷入锅炉内进行燃烧；

6)利用高温高压水蒸汽驱动汽轮机组做功从而驱动发电机发电。

原料煤预热，去除原料煤中多余的水分，使得进入磨粉装置粉碎更充分，热风对煤粉进行二次干燥，将细煤粉反应生成合成气提高燃煤效率，降低后续烟气粉尘，通过喷射器的喷射使得燃料燃烧充分。

进一步地，所述预热的步骤包括：

将原料煤送入预热筒中，预热筒内设置有第一热载气管道，燃烧后经过脱硝之后的烟气通过第一热载气管道通入预热筒内，所述烟气温度为170～220℃，将原料煤水分干燥至16wt%～20wt%，完成一次脱水干燥，完成一次脱水干燥后的原料煤从预热筒的出料口以散落平铺的方式落入输送机上，所述输送机的底部沿长度方向设置有多个第二载气管道，燃烧后经过脱硝之后的烟气通过第二热载气管道，进一步干燥输送机上的原料煤，将原料煤水分干燥至10wt%～14wt% ，完成二次干燥脱水。

预热烟气完全采用废气，不需新建加热烟气炉，提倡循环经济，减少能源消耗。对原料煤进行两步脱水，最大限度去除水分，能源利用充分。减少磨煤机作业时间，节约能源的同时减少设备维护。

进一步地，所述步骤4)还进一步包括：

4.1)通入烃合成催化剂和氢裂化催化剂，并形成含有水，H2S、NH3、H2、CO、CO2和合成烃的混合物；

4.2)从所述反应产物混合物中分离出包含H2、CO、CO2、NH3和轻质烃的第一组份，包含液态烃的第二组份，包含H2S的第三组份和包含水的第四组份；

4.3)将所述第一组份与第二组份混合加压后经喷射器喷射进入锅炉内燃烧；

将所述第三组份中的H2S气体通入含有浓度为0.05～5wt％催化剂、反应温度为5～50℃的脱硫反应器中，所述催化剂是负载在碱金属或碱金属氧化物载体之上的过渡金属或其氧化物，载体优选CaO或MgO；过渡金属优选Fe、Mo、V、Co、Mn、Cu及其混合物；

将所述第四组份的水通过管路环绕锅炉的外壁，重新加热200℃以上后通入所述步骤4）。

烃合成催化剂和氢裂化催化剂通过反应使得煤粉被分离为燃烧气体，含硫化合物以及水分，通过后续的分离将可燃气体燃烧，含硫化合物脱硫，水分回收利用。

进一步地，所述步骤5)还进一步包括：

通过气体压缩机将导入的气体压缩，使该气体升压至150～300bar的排出压力，然后将升压的气体输送到高压存储器；升压的气体经过多个连接到高压存储器的喷射器而喷射到锅炉的燃烧室中；所述喷射器进气口的直径大于喷射器出气口的直径；

调整所述气体压缩机的转速而控制气体的流量，且操作在所述锅炉的入口附近设置的气体流量调节阀来控制所述燃烧室喷射的气体燃料的压力；

所述多个喷射器分别围绕所述锅炉设置，并且分为四组，6-10个所述喷射器构成一组；所述四组喷射器分别从四个区域喷射气体燃料形成喷雾，从而四组喷雾沿相互不同的方向喷出。

通过高压存储器使得燃气压力维持稳定的压力值，喷射器的进气口直径大于出气口直径为了增加喷气量和喷气深度，通过压缩机转速的控制可以维持压力，且锅炉入口的流量调节阀可以自动实现喷射流量的调节，使燃炉燃烧效率可控，喷射器分为四组从不同区域喷射能够大大增加合成气的燃烧效率。

进一步地，所述步骤5)中的燃烧烟气通入含有氧化铬和镍的催化剂的脱硝反应器中，所述催化剂为含有浮石，硅胶或氧化铝作为所述氧化铬和镍的载体，经过反应后的烟气返回步骤2)中形成可用的热风。

燃烧后的烟气含有一氧化氮的有毒气体，经过反应后去除。

进一步地，所述镍含量为5～15％。

进一步地，所述合成气中H2，CO和NH3的比例范围是1.5:2:1～24:2:1。

进一步地，所述烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述氢裂化催化剂包括沉积在非酸性难熔金属氧化物上的Ⅷ族金属所述烃合成催化剂与所述氢化催化剂的体积比在7.5～1范围内。

进一步地，驱动所述蒸汽机组剩余的水蒸气通过管路返回所述步骤4)中。将剩余水蒸气返回步骤4)再次利用。

进一步地，所述细煤粉为颗粒度小于10mm的煤粉固体颗粒。

本发明产生的有益效果是：

本发明将细煤粉反应生成合成气提高燃煤效率，降低后续烟气粉尘，预热烟气完全采用废气，不需新建加热烟气炉，提倡循环经济，减少能源消耗。本发明燃煤热效率利用率提高35%以上。

对原料煤进行两步脱水，最大限度去除水分，使得能源利用充分。减少磨煤机作业时间，节约能源的同时减少了设备维护。

通过喷射器的喷射使得燃料燃烧充分，蒸汽机的使用避免了烟气对原有燃气机的腐蚀作用，通过高压存储器使得燃气压力维持稳定的压力值，喷射器的进气口直径大于出气口直径为了增加喷气量和喷气深度，通过压缩机转速的控制可以维持压力，且锅炉入口的流量调节阀可以自动实现喷射流量的调节，使燃炉燃烧效率可控，喷射器分为四组从不同区域喷射能够大大增加合成气的燃烧效率，反应后的烟气和蒸汽机使用后的水蒸气返回初始步骤进行重复利用。通过喷射装置的设置使得燃烧效率高达90%以上，显著提高燃煤效率，解决了传统燃煤效率不充分的技术问题。

本发明能够同时处理硫化氢，二氧化硫以及氮氧化物是一种突破性方法，显著地减少了排放的污染气体的量使得硫化气体排量减少92%以上，脱硝率达到95%以上，原煤细粉颗粒物粒径控制在10mm一下，使得烟气粉尘低于1%。通过以上方法，显著提高了经济效益，减少了有害气体的排放，减少了烟气粉尘，达到了无尘环保的目的。

附图说明

图1是本发明发电流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1示出了本发明的无尘环保燃煤发电的流程，燃煤发电过程中的设备主要包括原料煤输送机，磨煤装置，分离器，合成气反应室，脱硫反应器，气体压缩机，高压存储器，喷射器，锅炉，脱硝反应器，蒸汽机组和发电机组。

根据本发明的实施例的主要步骤如下：输送原料煤，将原料煤经过预热处理后进入输送机上料。具体地讲，预热步骤是将原料煤送入预热筒中，预热筒内设置有第一热载气管道，燃烧后经过脱硝之后的烟气通过第一热载气管道通入预热筒内，烟气温度为170℃～220℃，将原料煤干燥，例如，干燥至16wt%～20wt%，从而完成预热及一次干燥脱水。完成一次干燥脱水的原料煤在重力的作用下从预热筒的出料口以散落平铺的方式落入输送机上，保证原料煤不堆积，使得后续的干燥效果更好，所述输送机的底部沿输送机的长度方向设置有多个第二载气管道，优选16个载气管道，燃烧后经过脱硝之后的烟气通过第二热载气管道，从而使输送机上的原料煤进一步干燥，原料煤例如，干燥至10wt%～14wt%，完成二次干燥脱水。

在完成二次干燥脱水后，输送机将原料煤输入磨煤装置进行粉碎。在磨煤装置中通入热风，经过磨煤装置而被粉碎的煤粉被通入的热风进一步干燥的同时被热风带入分离器进行分离，分离器将煤粉按照颗粒度分离，细煤粉随同气流出磨，例如，细煤粉为颗粒度小于10mm；粗煤粉在分离器叶片作用下重新回到磨煤装置而与原料煤一起重新粉磨，然后再次进入分离器。从分离器中流出的细煤粉在合成气反应室中与200℃以上的高温蒸汽，催化剂和氧气反应形成可燃合成气，可燃合成气可包括H2、CO和NH3，其中，H2、CO和NH3的比例范围是1.5:2:1～24:2:1，优选是24:2:1。将所述合成气通入含有烃合成催化剂和氢裂化催化剂的反应区，经过反应后形成含有水，H₂S，NH₃，H₂，CO，CO₂和合成烃的混合物。其中，烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述烃合成催化剂含有68％～73％的总的铁金属，余量为铜金属和不必要的杂质。氢裂化催化剂包括沉积在非酸性难熔金属氧化物上的Ⅷ族金属，特别优选的氢裂化催化剂包括铂的氧化物、钯或铑沉积在低或非酸性难溶金属氧化物。烃合成催化剂与氢化催化剂的体积比在7.5～1范围内。从所述反应产物混合物中分离出包含H2，CO，CO2，NH3和轻质烃（如甲烷，乙烷，丙烷和丁烷）的第一组份，包含液态烃的第二组份，包含H2S的第三组份和包含水的第四组份；

第一组份与第二组份经过气体压缩机加压后经过喷射器喷入锅炉内进行燃烧。

具体地讲，第一组份与第二组份通过气体压缩机后被压缩而升压至150～300bar的排出压力，然后，升压的气体被输送到高压存储器，经过多个连接到高压存储器的喷射器而喷射到锅炉的燃烧室，其中，喷射器进气口的直径大于出气口直径。在本发明的实施例中，通过调整气体压缩机的转速能够控制气体的流量，并且在锅炉的入口附近设置有气体流量调节阀，通过操作该气体流量调节阀能够控制向锅炉的燃烧室喷射的气体燃料的压力。根据本发明的实施例围绕锅炉设置多个喷射器，例如，喷射器可分为四组，每组喷射器由6-10个喷射器构成。所述四组喷射器分别围绕锅炉四个区域喷射气体燃料，使得气体燃料形成喷雾，从而四组喷雾沿相互不同的方向喷出，例如围绕锅炉前后左右方向均匀布置，提高燃烧效率。利用高温高压水蒸汽驱动蒸汽机组做功从而驱动发电机发电。

第三组份中的H2S气体通入含有浓度为0.05～5wt％催化剂、反应温度为5～50℃的脱硫反应器中，所述催化剂是负载在碱金属或碱金属氧化物载体之上的过渡金属或过渡金属氧化物，载体优选CaO或MgO；过渡金属优选Fe、Mo、V、Co、Mn、Cu及其混合物；

第四组份的水通过管路环绕锅炉的外壁重新加热至200℃以上后通入合成气反应室。

燃烧烟气经过除尘器后通入含有氧化铬和镍的催化剂的脱硝反应器中，所述催化剂为含有浮石，硅胶或氧化铝作为所述氧化铬和镍的载体，经过反应后的烟气形成可用的热风，热风的温度为170～220℃。其中，镍含量为5～15％。驱动蒸汽机组剩余的水蒸气通过管路返回合成气反应室。

管路中还设置有风机系统以供气体的传输，进出口等处设有温度、压力仪表；磨煤过程可以产生易燃易爆气体。为此在磨煤机出口处设有在线分析仪，连续监测可燃气体浓度防止爆炸发生。

下文中给出实施例，其目的在于举例说明而不是限制本发明的范围。

实施例1：

预热筒内和输送机底部烟气温度为170℃，将原料煤干燥，1次干燥至20wt%，二次干燥至14wt%，从而完成原料煤的干燥脱水，从分离器中流出的细煤粉在合成气反应室中与220℃的高温蒸汽，含有烃合成催化剂和氢裂化催化剂和氧气反应形成可燃合成气，其中，烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述烃合成催化剂含有68％的总的铁金属，余量为铜金属和不必要的杂质, 烃合成催化剂与氢化催化剂的体积比为7.5，可燃合成气可包括H2、CO和NH3，其中，H2、CO和NH3的比例是1.5:2:1,第三组份中的H2S气体通入含有浓度为0.05wt％催化剂、反应温度为5℃的脱硫反应器中，消除了92.7%的H2S气体，燃烧烟气经过除尘器后通入含有氧化铬和镍含量为5％的催化剂的脱硝反应器中，使得脱硝率达到95.5%，细煤粉为颗粒度小于为9mm的煤粉固体颗粒，烟气粉尘含量为0.82%。

实施例2：

预热筒内和输送机底部烟气温度为190℃，将原料煤干燥，1次干燥至19wt%，二次干燥至13wt%，从而完成原料煤的干燥脱水，从分离器中流出的细煤粉在合成气反应室中与250℃的高温蒸汽，含有烃合成催化剂和氢裂化催化剂和氧气反应形成可燃合成气，其中，烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述烃合成催化剂含有70％的总的铁金属，余量为铜金属和不必要的杂质, 烃合成催化剂与氢化催化剂的体积比为6，可燃合成气可包括H2、CO和NH3，其中，H2、CO和NH3的比例是5:2:1,第三组份中的H2S气体通入含有浓度为0.5wt％催化剂、反应温度为15℃的脱硫反应器中，消除了94.2%的H2S气体，燃烧烟气经过除尘器后通入含有氧化铬和镍含量为8％的催化剂的脱硝反应器中，使得脱硝率达到96.1%，细煤粉为颗粒度为7mm的煤粉固体颗粒，烟气粉尘含量为0.7%。

实施例3：

预热筒内和输送机底部烟气温度为210℃，将原料煤干燥，1次干燥至17wt%，二次干燥至11wt%，从而完成原料煤的干燥脱水，从分离器中流出的细煤粉在合成气反应室中与320℃的高温蒸汽，含有烃合成催化剂和氢裂化催化剂和氧气反应形成可燃合成气，其中，烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述烃合成催化剂含有72％的总的铁金属，余量为铜金属和不必要的杂质, 烃合成催化剂与氢化催化剂的体积比为4.5，可燃合成气可包括H2、CO和NH3，其中，H2、CO和NH3的比例是18:2:1,第三组份中的H2S气体通入含有浓度为2.5wt％催化剂、反应温度为30℃的脱硫反应器中，消除了96.5%的H2S气体，燃烧烟气经过除尘器后通入含有氧化铬和镍含量为12％的催化剂的脱硝反应器中，使得脱硝率达到96.8%，细煤粉为颗粒度为5mm的煤粉固体颗粒，烟气粉尘含量为0.25%。

实施例4：

预热筒内和输送机底部烟气温度为220℃，将原料煤干燥，1次干燥至16wt%，二次干燥至10wt%，从而完成原料煤的干燥脱水，从分离器中流出的细煤粉在合成气反应室中与650℃的高温蒸汽，含有烃合成催化剂和氢裂化催化剂和氧气反应形成可燃合成气，其中，烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述烃合成催化剂含有73％的总的铁金属，余量为铜金属和不必要的杂质, 烃合成催化剂与氢化催化剂的体积比为1，可燃合成气可包括H2、CO和NH3，其中，H2、CO和NH3的比例是24:2:1,第三组份中的H2S气体通入含有浓度为5wt％催化剂、反应温度为50℃的脱硫反应器中，消除了98.7%的H2S气体，燃烧烟气经过除尘器后通入含有氧化铬和镍含量为15％的催化剂的脱硝反应器中，使得脱硝率达到98.1%，细煤粉为颗粒度为3mm的煤粉固体颗粒，烟气粉尘含量为0.05%。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种无尘环保燃煤发电方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)输送原料煤，原料煤经过预热处理,然后进入输送机上料；

2.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述预热的步骤包括：

3.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述步骤4)进一步包括：

4.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述步骤5)进一步包括：

5.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述步骤5)中的燃烧烟气通入含有氧化铬和镍的催化剂的脱硝反应器中，所述催化剂为含有浮石、硅胶或氧化铝作为所述氧化铬和镍的载体，去除烟气中的一氧化氮，经过反应后的烟气返回步骤2)中形成可用的热风。

6.如权利要求3所述的发电方法，其特征在于，所述镍含量为5～15％。

7.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述合成气中H2、CO和NH3的比例范围是1.5:2:1～24:2:1。

8.如权利要求2所述的发电方法，其特征在于，所述烃合成催化剂包括铁-铜催化剂，所述氢裂化催化剂包括沉积在非酸性难熔金属氧化物上的Ⅷ族金属，所述烃合成催化剂与所述氢化催化剂的体积比在7.5～1范围内。

9.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，驱动所述汽轮机组剩余的水蒸气通过管路返回所述步骤4)中。

10.如权利要求1所述的发电方法，其特征在于，所述细煤粉为颗粒度小于10mm的煤粉固体颗粒。