CN109441565A - 一种汽轮机组合单元及煤炭气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽轮机组合单元及煤炭气化系统，涉及火力发电技术领域。汽轮机组合单元包括汽轮机和冷凝器，汽轮机包括汽缸、转子和叶片，转子与叶片均设置在汽缸内部，并且转子与叶片相互连接，汽缸包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，高压缸的第1～3压力级的流道均涂覆有抗氧化涂层，低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有防腐涂层，冷凝器与低压缸连通。煤炭气化系统包括煤炭气化装置、气体分离除渣装置、调节阀、汽轮机组合单元、发电机、二氧化碳存储装置和混合器。本发明提供的汽轮机组合单元不仅能够对二氧化碳进行充分利用，还能够有效避免二氧化碳的排放污染。

Description

一种汽轮机组合单元及煤炭气化系统
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，具体而言，涉及一种汽轮机组合单元及煤炭气化系统。
背景技术
目前，由于化石能源的大量使用和日渐枯竭，人们的生存受到了较大的威胁，因此，“能源、环境与发展”成为了现下研究的三大主题，如何大幅提高能源利用率的同时减少对环境的污染是发展可持续性绿色资源战略的主要目标。在煤炭利用方面，是以煤或焦炭为原料，以氧气、水蒸气作为气化剂，在高温高压环境下使煤或焦炭气化成可燃气体(CH4、H2等)、H2O、CO2以及灰渣等，从而实现煤炭的高效利用。在煤炭气化过程中，会使用汽轮机单元，传统的汽轮机单元以蒸汽为介质进行朗肯循环，从而实现化学能与清洁电能之间的转换和利用。近年来，业内先后出现了亚临界、超临界、超超临界的一次再热式汽轮机发电机组以及二次再热式机组，这些机组的效率有所提高，但对于煤炭高效利用过程中产生的大量高温、高压的超临界H2O和CO2的混合物的处理，对于污染物二氧化碳的排放，却没有较好的成效。
发明内容
本发明的目的包括提供一种汽轮机组合单元，该汽轮机组合单元不仅能够对二氧化碳进行充分利用，还能够有效避免二氧化碳的排放污染。
本发明的目的还包括提供一种煤炭气化系统，以实现煤炭的清洁、高效利用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种汽轮机组合单元，其包括汽轮机和冷凝器，汽轮机包括汽缸、转子和叶片，转子与叶片均设置在汽缸内部，并且转子与叶片相互连接，汽缸包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，高压缸的正数第1～3压力级的流道均涂覆有抗氧化涂层，低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有防腐涂层，冷凝器与低压缸连通。
在本发明的较佳实施例中，冷凝器内涂覆有防腐涂层。在冷凝器内，水蒸气也会凝结成液态水，与二氧化碳共同形成弱酸环境，防腐涂层能够有效避免冷凝器受损。
在本发明的较佳实施例中，抗氧化涂层选自氮化硼涂层、铝硅合金涂层、纯铝涂层和有机硅涂层中的任意一种。基于二氧化碳和水蒸气热力参数和物性参数的不同，并且基于二氧化碳与水蒸气比例不同的情况，设置了多种涂层，以保证部件能够有效抗氧化。在涂覆涂层时，抗氧化涂层优选通过火焰喷涂的方式进行涂覆。
在本发明的较佳实施例中，防腐涂层选自陶瓷粉末涂层和有机粉末涂层中的任意一种。陶瓷粉末涂层和有机粉末涂层均能够有效防腐，优选陶瓷粉末涂层。
另外，一种煤炭气化系统，其包括煤炭气化装置、气体分离除渣装置、调节阀、汽轮机组合单元、发电机、二氧化碳存储装置和混合器,煤炭气化装置与气体分离除渣装置连通，气体分离除渣装置与调节阀连通，调节阀与汽轮机组合单元的汽轮机连通，汽轮机组合单元的冷凝器与混合器连通，并且混合器与煤炭气化装置连通；发电机与汽轮机组合单元的汽轮机连接。
在本发明的较佳实施例中，调节阀与汽轮机之间的进汽室以及调节阀的阀门均涂覆有抗氧化涂层。
本发明实施例的汽轮机组合单元及煤炭气化系统的有益效果是：煤炭气化且进行分离除渣，得到的可燃气体被收集利用，产生的N/S化物能够被封存除去，避免排放污染，剩下包括二氧化碳和水蒸气的混合工质。由于经过煤炭气化，所以混合工质携带了大量热量，当包括二氧化碳和水蒸气的混合工质进入汽轮机组合单元的汽轮机后，能在通流部分做功，将热能转化为机械能，用于带动发电机发电。做功后的混合工质进入汽轮机组合单元的冷凝器降温，水蒸气被液化，二氧化碳仍为气态，从冷凝器排出时，二氧化碳就可以被收集封存，而液化后的液态水可以重新进入煤炭气化装置，实现循环。在以上过程中，由于利用了二氧化碳，所以针对性设置，在高压缸的正数第1～3压力级的流道涂覆抗氧化涂层，保证水蒸气和二氧化碳形成的混合流经过的高温部件都具有抗氧化特性；而且，当混合工质流经低温低压段时，部分相变凝结的水蒸气与二氧化碳会形成弱酸环境，因此在低压缸的倒数第1～3压力级的流道全面涂覆防腐涂层，以避免设备部件受到腐蚀。
本发明的实施例不仅能利用煤炭气化的主要产物——二氧化碳——进行发电，输出稳定清洁的电能，而且，高温的二氧化碳做功后还可以凭借与水的物理性质的差异来实现收集封存，以此减少碳排放，达到煤炭清洁、高效利用的目的。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的煤炭气化系统的示意图。
其中，附图标记汇总如下：
煤炭气化装置101；气体分离除渣装置102；调节阀103；汽轮机104；发电机105；冷凝器106；二氧化碳存储装置107；混合器108。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本实施例提供了一种汽轮机组合单元，包括汽轮机104和冷凝器106，汽轮机104包括汽缸、转子和叶片，转子与叶片均设置在汽缸内部，并且转子的叶轮与叶片的动叶片相互连接，汽缸包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，高压缸的正数第1～3压力级的流道均涂覆有氮化硼涂层，低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有陶瓷粉末涂层，冷凝器106内也涂覆有陶瓷粉末涂层。
本实施例提供的煤炭气化系统，参加图1，其包括煤炭气化装置101、气体分离除渣装置102、调节阀103、汽轮机组合单元、发电机105、二氧化碳存储装置107和混合器108，煤炭气化装置101与气体分离除渣装置102连通，气体分离除渣装置102与调节阀103连通，调节阀103与汽轮机104连通，汽轮机104与冷凝器106连通，冷凝器106与混合器108连通，并且混合器108与煤炭气化装置101连通，实现循环；另外，发电机105与汽轮机104连接，由汽轮机104带动发电。调节阀103与汽轮机104之间的进汽室以及调节阀103的阀门均涂覆有氮化硼涂层。
使用本实施例提供的煤炭气化系统，煤炭在煤炭气化装置101中气化，煤中的有机质与气化剂发生一系列化学反应，得到包括可燃煤气、H2O、CO2、灰渣等的煤气混合物，经气体分离除渣装置102分离后，得到包括高温高压的二氧化碳和水蒸气的混合工质，经调节阀103开度，混合工质进入汽轮机104，在通流部分做功，带动发电机105发电，做功后的混合工质进入冷凝器106降温，从冷凝器106排出时，仍为气态的二氧化碳除湿后被收集封存，而降温液化后的液态水进入混合器108，重新循环。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽轮机组合单元，其特征在于：包括汽轮机和冷凝器，所述汽轮机包括汽缸、转子和叶片，所述转子与所述叶片均设置在所述汽缸内部，并且所述转子与所述叶片相互连接，所述汽缸包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，所述高压缸的正数第1～3压力级的流道均涂覆有抗氧化涂层，所述低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有防腐涂层，所述冷凝器与所述低压缸连通。
2.根据权利要求1所述的汽轮机组合单元，其特征在于：所述冷凝器内涂覆有防腐涂层。
3.根据权利要求1所述的汽轮机组合单元，其特征在于：所述抗氧化涂层选自氮化硼涂层、铝硅合金涂层、纯铝涂层和有机硅涂层中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的汽轮机组合单元，其特征在于：所述防腐涂层选自陶瓷粉末涂层和有机粉末涂层中的任意一种。
5.一种煤炭气化系统，其特征在于：包括煤炭气化装置、气体分离除渣装置、调节阀、权利要求1～4任一项所述的汽轮机组合单元、发电机、二氧化碳存储装置和混合器，所述煤炭气化装置与所述气体分离除渣装置连通，所述气体分离除渣装置与所述调节阀连通，所述调节阀与所述汽轮机组合单元的汽轮机连通，所述汽轮机组合单元的冷凝器与所述混合器连通，并且所述混合器与所述煤炭气化装置连通；所述发电机与所述汽轮机组合单元的汽轮机连接。
6.根据权利要求5所述的煤炭气化系统，其特征在于：所述调节阀与所述汽轮机之间的进汽室以及所述调节阀的阀门均涂覆有抗氧化涂层。
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