CN109252842B - 超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统包括蒸汽发生装置(3)、压力发电装置(4)、蒸汽发电装置(9)和燃气发电装置(12)，蒸汽发生装置(3)与采气井井口连接，通过气体换热制成过热蒸汽，过热蒸汽做功推动蒸汽发电装置(9)发电。换热后的煤气进入压力发电装置(4)，将机械能转化为电能，将降温降压后的气体进行净化和分离，净化后的煤气再次进入燃气发电装置(12)中燃烧发电，最后将发电后产生的热量及尾气再次循环利用。实现了温度压力燃气的三联供发电的同时，且无任何环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭气化技术领域，具体的是一种超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统。
背景技术
目前国际国内的超临界技术一般用于地面燃煤发电、水煤浆燃烧气化、注蒸汽锅炉等技术领域，煤炭地下气化燃烧因受到地质条件、设备和技术等多种因素的影响，还未应用到超临界燃烧技术领域。由于采用超临界及超超临界燃烧方法，能大量减少硫化物、有害气体及杂物的产生，应当是煤炭地下气化采用超临界或超超临界燃烧气化无论是获取最佳有效气体及减少有害气体是一种最佳的革命性技术手段。此外，煤炭地下气化采气井出口处煤气的温度为350℃～500℃，且采出混合煤气的气体压力也高达14MPa～18MPa。若不加以利用，便不免造成资源的浪费。从世界范围看，煤基发电技术主要有传统的煤炭直接燃烧发电和新兴的煤炭气化发电两大技术路线。对于煤炭气化发电技术方面，煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术为目前属于超前的技术方法。
发明内容
为了充分利用超临界技术产生的煤气，本发明提供了一种超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，该超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统能够通过能量转换把压力和温度热量转化为机械能用于发电，同时净化粗煤气去除杂质颗粒并收集分离清洁能源气体(如氢气、甲烷、一氧化碳等)，净煤气再次燃烧发电。同将发电后产生的热量及尾气再次循环利用。实现了温度压力燃气的三联供发电的同时，且无任何环境污染，为倡导清洁能源发电及燃气发电提供一种可靠的环保电力能源利用方式。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，包括蒸汽发生装置、压力发电装置、蒸汽发电装置和燃气发电装置，蒸汽发生装置含有可燃热源气体入口、可燃热源气体出口、给水入口和过热蒸汽出口，从可燃热源气体入口进入的高温可燃气体能够将蒸汽发生装置中水加热并生成过热蒸汽，蒸汽发电装置能够以该过热蒸汽作为动力源发电，压力发电装置能够以可燃热源气体出口排出的可燃气体的压力作为动力源发电，燃气发电装置能够以压力发电装置排出的可燃气体作为燃料发电。
压力发电装置含有气体压力源入口和气体压力源出口，压力发电装置的气体压力源入口与蒸汽发生装置的可燃热源气体出口连接。
压力发电装置的气体压力源出口通过导气管与燃气发电装置的燃料入口连接。
导气管上设有气体分离净化设备。
所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统还包括水箱和水泵，燃气发电装置排出的尾气能够加热水箱中的水，水泵能够将水箱中的水泵送至蒸汽发生装置内。
蒸汽发生装置的可燃热源气体入口通过输气管线与采气井井口连接。
压力发电装置、蒸汽发电装置和燃气发电装置均与电网连接，压力发电装置、蒸汽发电装置和燃气发电装置均能够向电网供电。
所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统还包括电能储存装置，压力发电装置、蒸汽发电装置和燃气发电装置均能够向该电能储存装置供电。
蒸汽发电装置含有汽轮机，蒸汽发生装置的过热蒸汽出口与该汽轮机的过热蒸汽入口连接，该汽轮机的乏气出口通过注气管道与注气井井口连接。
该注气管道上设有注气泵。
本发明的有益效果是：该超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统能够通过能量转换把压力和温度热量转化为机械能用于发电，同时净化粗煤气去除杂质颗粒并收集分离清洁能源气体(如氢气、甲烷、一氧化碳等)，净煤气再次燃烧发电。同将发电后产生的热量及尾气再次循环利用。实现了温度压力燃气的三联供发电的同时，且无任何环境污染，为倡导清洁能源发电及燃气发电提供一种可靠的环保电力能源利用方式。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统的示意图。
图2是蒸汽发生装置的结构示意图。
1、采气井井口；2、盘管；3、蒸汽发生装置；4、压力发电装置；5、气体分离净化设备；6、导气管；7、电网；8、注气泵；9、蒸汽发电装置；10、水泵；11、注气管道；12、燃气发电装置；13、注气井井口；14、水箱；
21、可燃热源气体入口；22、可燃热源气体出口；23、给水入口；24、过热蒸汽出口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，包括蒸汽发生装置3、压力发电装置4、蒸汽发电装置9和燃气发电装置12，蒸汽发生装置3含有可燃热源气体入口21、可燃热源气体出口22、给水入口23和过热蒸汽出口24，从可燃热源气体入口21进入的高温可燃气体能够将蒸汽发生装置3中水加热并生成过热蒸汽，蒸汽发电装置9能够以该过热蒸汽作为动力源发电，压力发电装置4能够以可燃热源气体出口22排出的可燃气体的压力作为动力源发电，燃气发电装置12能够以压力发电装置4排出的可燃气体作为燃料发电，如图1和图2所示。
蒸汽发生装置3为汽水换热装置，蒸汽发生装置3内含有储水内腔和盘管2，储水内腔中含有水，高温气体能够从盘管2中通过，从而使盘管2中经过的高温气体(温度为350℃～500℃的采气井井口1排出的高温煤气)与内腔中的水换热，高温气体将加热内腔中的水并产生过热蒸汽。盘管2的一端为可燃热源气体入口21，盘管2的另一端为可燃热源气体出口22，该内腔上设有给水入口23和过热蒸汽出口24，如图2所示。
在本实施例中，蒸汽发生装置3、压力发电装置4(压力发电机)、蒸汽发电装置9(汽轮机)和燃气发电装置12(燃气发电机组)均可以为现有的装置设备。压力发电装置4含有气体压力源入口和气体压力源出口，压力发电装置4的气体压力源入口与蒸汽发生装置3的可燃热源气体出口22连接。压力发电装置4能够利用压电效应，使进入压力发电装置4的压力做功转化为电能。
在本实施例中，压力发电装置4的气体压力源出口通过导气管6与燃气发电装置12的燃料入口连接。导气管6上设有气体分离净化设备5。压力发电装置4排出的煤气进入燃气发电装置12作为发电的燃料，燃气发电装置12将煤气的化学能转换为电能。气体分离净化设备5可以为现有的装置设备，气体分离净化设备5能够去除煤气中的硫化物等杂质。
在本实施例中，所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统还包括水箱14和水泵10，水箱14通过供水管线与蒸汽发生装置3的储水内腔连接，水箱14可以为套筒式结构，如水箱14含有内层筒和外层筒，燃气发电装置12排出的尾气从内层筒和外层筒之间的环形空腔通过，内层筒内设有水，内层筒通过供水管线与蒸汽发生装置3的储水内腔连接。燃气发电装置12排出的尾气能够加热水箱14中的水，水箱14的出口与蒸汽发生装置3的给水入口23连接，水泵10能够将水箱14中的水泵送至蒸汽发生装置3的储水内腔中，如图1所示。然后，尾气将重新通入新的注气井，参与新一轮的注采循环。
在本实施例中，蒸汽发生装置3的可燃热源气体入口21通过输气管线与采气井井口1连接。采气井井口1排出的高温煤气将依次通过输气管线可燃热源气体入口21进入蒸汽发生装置3的盘管2中。高温煤气将加热蒸汽发生装置3的内腔中的水并产生过热蒸汽，该过热蒸汽进入蒸汽发电装置9，将该过热蒸汽的机械能转换为电能。蒸汽发电装置9含有汽轮机，蒸汽发生装置3的过热蒸汽出口24与该汽轮机的过热蒸汽入口连接，该汽轮机的乏气出口通过注气管道11与注气井井口13连接，该注气管道11上设有注气泵8，注气泵8能够将蒸汽发生装置3产生的乏气通过注气管道11和注气井井口13注入回地下。
在本实施例中，压力发电装置4、蒸汽发电装置9和燃气发电装置12可以均与电网7连接，压力发电装置4、蒸汽发电装置9和燃气发电装置12均能够向电网7供电。所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统还可以包括电能储存装置，压力发电装置4、蒸汽发电装置9和燃气发电装置12均能够向该电能储存装置供电。或者，压力发电装置4、蒸汽发电装置9和燃气发电装置12产生的电能也可以直接供现场的用电设备使用。
下面详细介绍该超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统的工作过程。
井下采出的高温高压煤气依次通过采气井井口1和输气管线进入蒸汽发生装置3，该高温高压煤气通过热量交换，加热蒸汽发生装置3的储水内腔中的水并产生过热蒸汽。该过热蒸汽进入蒸汽发电装置9做功，蒸汽发电装置9将机械能转化为电能，产生的电能可以进入电网7供给他用。该高温高压煤气在蒸汽发生装置3中换热后温度降低，但仍携带巨大的压力，其沿管道继续向前并进入压力发电装置4，该高温高压煤气凭借强大压力推动压力发电装置4做功，利用压电效应将机械能转化为电能，压力发电装置4所发的电能可以进入电网7或给现场设备供电或通过畜电池储存电能已做其它用途。
经过两次发电利用后的煤气，其温度和压力均已降到安全范围，通过气体分离净化设备5去除硫化物等杂质。通过分离净化后的煤气中氢气、甲烷、一氧化碳等清洁能源气体将经导气管6进入燃气发电装置12，并通过燃烧的方式再次发电，将煤气的化学能转换为电能。煤气在燃气发电装置12中燃烧后会产生尾气，经调查研究发现，燃烧的尾气温度扔高达350℃～500℃，但压力已经降低，不发明将尾气通入水箱14，用尾气加热水箱14中的水，然后水泵10将水箱14中被加热后的水送入蒸汽发生装置3的储水内腔中，井下采出的高温高压煤气依次通过采气井井口1和输气管线进入蒸汽发生装置3，加热蒸汽发生装置3的储水内腔中的水并产生过热蒸汽。蒸汽发电装置9排除的蒸汽尾气(乏气)，再次借助注气管道11和注气泵8注入地下燃烧腔，用以煤炭地下气化蒸汽控温、控压、制氢等作用。
通过本发明专利，综合利用了采气井的粗煤气所带有的余热和压力。完美的实现了节能减排(零排放)，充分利用能源的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (3)
1.一种超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，其特征在于，所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统包括蒸汽发生装置(3)、压力发电装置(4)、蒸汽发电装置(9)和燃气发电装置(12)，蒸汽发生装置(3)含有可燃热源气体入口(21)、可燃热源气体出口(22)、给水入口(23)和过热蒸汽出口(24)，从可燃热源气体入口(21)进入的高温可燃气体能够将蒸汽发生装置(3)中水加热并生成过热蒸汽，蒸汽发电装置(9)能够以该过热蒸汽作为动力源发电，压力发电装置(4)能够以可燃热源气体出口(22)排出的可燃气体的压力作为动力源发电，燃气发电装置(12)能够以压力发电装置(4)排出的可燃气体作为燃料发电；
压力发电装置(4)含有气体压力源入口和气体压力源出口，压力发电装置(4)的气体压力源入口与蒸汽发生装置(3)的可燃热源气体出口(22)连接；
压力发电装置(4)的气体压力源出口通过导气管(6)与燃气发电装置(12)的燃料入口连接；
导气管(6)上设有气体分离净化设备(5)；
所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统还包括水箱(14)和水泵(10)，燃气发电装置(12)排出的尾气能够加热水箱(14)中的水，水泵(10)能够将水箱(14)中的水泵送至蒸汽发生装置(3)内；
蒸汽发生装置(3)的可燃热源气体入口(21)通过输气管线与采气井井口(1)连接；
压力发电装置(4)、蒸汽发电装置(9)和燃气发电装置(12)均与电网(7)连接，压力发电装置(4)、蒸汽发电装置(9)和燃气发电装置(12)均能够向电网(7)供电；
所述超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统还包括电能储存装置，压力发电装置(4)、蒸汽发电装置(9)和燃气发电装置(12)均能够向该电能储存装置供电。
2.根据权利要求1所述的超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，其特征在于，蒸汽发电装置(9)含有汽轮机，蒸汽发生装置(3)的过热蒸汽出口(24)与该汽轮机的过热蒸汽入口连接，该汽轮机的乏气出口通过注气管道(11)与注气井井口(13)连接。
3.根据权利要求2所述的超临界煤炭地下气化产出混合气体三联供发电系统，其特征在于，该注气管道(11)上设有注气泵(8)。
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- 2018-10-29 CN CN201811264426.2A patent/CN109252842B/zh active Active
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