CN110513696A - 一种烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烟气‑燃料双耦合的垃圾气化发电系统，包括：垃圾气化系统，所述垃圾气化系统用以对垃圾进行气化生成热解气和热解残余物；第一发电系统，所述第一发电系统包括燃气轮机和第一发电机，所述燃气轮机利用燃烧所述热解气产生的热量做工以带动所述第一发电机发电；垃圾焚烧系统，所述垃圾焚烧系统对所述热解残余物进行燃烧处理，以生成高温烟气；第二发电系统，所述第二发电系统包括余热锅炉、蒸汽轮机以及第二发电机，所述余热锅炉利用所述高温烟气的热量形成过热蒸汽，所述蒸汽轮机利用所述过热蒸汽的热量做工以带动所述第二发电机发电。根据本发明，高效全面利用了垃圾中的热能，提升了垃圾焚烧发电厂发电量，增加了电厂经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体而言涉及一种烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统。
背景技术
我国是人口大国，每年产生大量的生活垃圾，目前，垃圾焚烧发电是处置生活垃圾的最佳方式，对实现垃圾减量化、无害化、资源化具有重要意义。随着垃圾处理费用越来越低，相同的垃圾处理量的情况下，以更高的发电量带来更多的经济效益将会是未来的主流趋势。
典型的垃圾焚烧发电技术采用直接焚烧垃圾利用焚烧垃圾产生的高温烟气进行发电，为了提升发电效率，将焚烧电厂的参数提升到中温次高压已经使得积灰和腐蚀问题愈加严重，焚烧电厂不得不3个月进行一次停炉检修，而通过提高蒸汽参数的方式提升电厂经济性将使电厂面临极大的安全隐患。因此，需要一种全新的、在安全的基础上提升发电效率，改善垃圾焚烧厂经济效益的发电系统。
为此，本发明提出一种新的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统，用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种垃圾气化发电系统，包括：
垃圾气化系统，所述垃圾气化系统用以对垃圾进行气化生成热解气和热解残余物；
第一发电系统，所述第一发电系统包括燃气轮机和第一发电机，所述燃气轮机利用燃烧所述热解气产生的热量做工以带动所述第一发电机发电；
垃圾焚烧系统，所述垃圾焚烧系统对所述热解残余物进行燃烧处理，以生成高温烟气；
第二发电系统，所述第二发电系统包括余热锅炉、蒸汽轮机以及第二发电机，所述余热锅炉利用所述高温烟气的热量形成过热蒸汽，所述蒸汽轮机利用所述过热蒸汽的热量做工以带动所述第二发电机发电。
示例性的，所述垃圾气化系统包括热解转换炉。
示例性的，所述垃圾气化系统还包括热解气过滤器，用以过滤掉所述热解气中的颗粒物。
示例性的，所述余热锅炉还与所述燃气轮机燃烧所述热解气后产生的尾气进行换热以产生过热蒸汽。
示例性的，还包括余热回收系统，用以回收所述第二发电系统中所述蒸汽轮机做工后产生的乏汽。
示例性的，所述余热回收系统包括凝汽器、低压加热器、除氧器和给水泵；
所述凝汽器将部分所述乏汽冷凝形成冷凝水；
所述低压加热器利用部分所述乏汽加热所述冷凝水以形成冷却水；
所述除氧器用以去除所述冷却水中的氧气；
所述给水泵将去除了氧气的所述冷却水泵送至所述余热锅炉。
示例性的，还包括给料干燥器，用以在所述垃圾气化系统对垃圾进行气化之前干燥所述垃圾。
根据本发明的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统，利用垃圾热解后的产生的热解气进行发电辅以蒸汽轮机利用焚烧热解后产生的热解残余物而产生高温烟气的热量进行发电，高效全面利用了垃圾中的热能，在不改变蒸汽参数的情况下，极大的提升了垃圾焚烧发电厂发电量，避免了蒸汽轮机发电中通过改变蒸汽参数提高发电量带来的安全隐患，同时增加了电厂经济效益。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统的结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明垃圾气化发电系统。显然，本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
由于村镇地区往往受到经济发展水平、交通运输条件和基层政府环保理念等因素的限制，造成农村生活垃圾收运和处理系统的缺失，垃圾任意丢弃、简易堆放，甚至露天焚烧，对环境污染严重，严重威胁农村的生态环境安全。
一种典型的垃圾焚烧发电技术采用直接焚烧垃圾利用焚烧垃圾产生的高温烟气进行发电，为了提升发电效率，将焚烧电厂的参数提升到中温次高压已经使得积灰和腐蚀问题愈加严重，焚烧电厂不得不3个月进行一次停炉检修，而通过提高蒸汽参数的方式提升电厂经济性将使电厂面临极大的安全隐患。
例如，现有的垃圾焚烧发电厂普遍采用的是中温中压(4Mpa，400℃)的主汽参数，全场热效率在21％左右，这种情况下，处理垃圾的效率较低，成本较高，导致该参数下的垃圾焚烧电厂的经济效益也越来越差。因此选用较高的主汽参数成了一种选择(中温次高压6.4MPa,450℃)，但主汽参数提高以后，相关的承压受热面如过热器、再热器等设备所处环境的温度也相应的提升，容易引起爆管事故，对企业财产和人员安全造成了不可挽回的损失。即使采用特定材料的设备改善安全问题，例如采用了特殊合金钢堆焊了主要的受热面，但堆焊材料依然存在着逐年减薄的问题，而且堆焊价格极其昂贵，例如一台500t/d焚烧炉系统的堆焊价格动辄数千万元。因此，在已有条件下，通过提高蒸汽参数的方式提升电厂经济性将使电厂面临极大的安全隐患，因此寻找一种新的提升焚烧电厂发电量的发电工艺是未来焚烧发电厂的发展方向。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种垃圾气化发电系统，包括：
垃圾气化系统，所述垃圾气化系统用以对垃圾进行气化生成热解气和热解残余物；
第一发电系统，所述第一发电系统包括燃气轮机和第一发电机，所述燃气轮机利用燃烧所述热解气产生的热量做工以带动所述第一发电机发电；
垃圾焚烧系统，所述垃圾焚烧系统对所述热解残余物进行燃烧处理，以生成高温烟气；
第二发电系统，所述第二发电系统包括余热锅炉、蒸汽轮机以及第二发电机，所述余热锅炉利用所述高温烟气的热量形成过热蒸汽，所述蒸汽轮机利用所述过热蒸汽的热量做工以带动所述第二发电机发电。
下面参考图1对本发明的垃圾气化发电系统进行示意性说明，其中图1为根据本发明的一个实施例的垃圾气化发电系统的结构示意图，其中，箭头示出了系统中资源的流动方向。
首先参看图1，垃圾气化发电系统包括垃圾气化系统。示例性的，垃圾气化系统包括热解转换炉1。生活垃圾经收集进入垃圾焚烧厂之后，输入热解转换炉1进行热解，示例性的，在输入热解转换炉1进行热解之前先通过给料干燥器2进行干燥处理，以使热解转换炉对垃圾进行充分热解。如图1中箭头所示，垃圾首先输入给料干燥器2干燥后输入热解转换炉1进行热解。
垃圾经过垃圾气化系统产生热解气和包括固渣、焦油等热解残余物。其中热解气输入第一发电系统进行发电。
如图1所示，第一发电系统包括燃气轮机3和发电机4，所述燃气轮机3利用燃烧所述热解气产生的热量做工以带动所述发电机4发电。将垃圾进行热解后进行发电，其中的热解气输入燃气轮机进行发电，使垃圾中的一部分能量通过燃烧的方式利用而发电，相较于将垃圾焚烧后采用高温烟气换热后的蒸汽进行蒸汽轮机发电，一方面热解使垃圾分解更完全，能量转换更充分，另一方面，热解气中的能量用来燃气轮机发电，避免完全采用蒸汽轮机发电时带来的蒸汽轮机效率低，蒸汽参数不适宜调整的问题。
由于燃气轮机在使用过程中容易在压气室积聚杂质，甚至腐蚀基体金属，这一现象会影响燃气轮机的使用寿命。为了避免杂质的影响，示例性的，如图1所示，所述垃圾气化系统还包括设置在所述热解转换炉1之后的热解气过滤器5，用以过滤掉热解转换炉1排出的热解气中夹带的颗粒物，从而避免热解气夹带的颗粒物影响燃气轮机的使用寿命。
如图1中箭头所示，垃圾首先输入给料干燥器2干燥后输入热解转换炉1进行热解，热解的气体输入热解气过滤器5进行过滤，经过过滤后的热解气输入燃气轮机3和发电机进行发电。
垃圾经过垃圾气化系统热解气化后处理生成热解气，还生成固渣、煤油等热解残余物。根据本发明的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统还利用热解残余物的热量进行发电。
具体的，根据本发明的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统还包括垃圾焚烧系统，所述垃圾焚烧系统对所述热解残余物进行燃烧处理，以生成高温烟气。如图1所示，垃圾焚烧系统包括焚烧炉6，热解转换炉1热解垃圾后产生的热解残余物输送至焚烧炉6进行焚烧，产生高温烟气。第二发电系统利用高温烟气的热量进行发电。
如图1中箭头所示，垃圾首先输入给料干燥器2干燥后输入热解转换炉1进行热解，热解后产生的热解残余物输入焚烧炉6进行焚烧，从而产生高温烟气。
示例性的，如图1所示，第二发电系统包括余热锅炉7、蒸汽轮机8以及发电机9，所述余热锅炉7利用所述高温烟气的热量形成过热蒸汽，所述蒸汽轮机8利用所述过热蒸汽的热量做工以带动所述发电机9发电。
继续参看图1箭头所示的方向，焚烧炉6焚烧产生的高温烟气在设置在焚烧炉6末端的余热锅炉7中换热生成过热蒸汽，过热蒸汽输入蒸汽轮机8以及发电机9发电。
示例性的，所述焚烧炉可以是垃圾焚烧炉，本发明可以设置为在现有垃圾焚烧设备中增加垃圾气化气化系统，以达到本发明的技术效果。其中，所述高温烟气为焚烧炉焚烧垃圾后产生高温烟气，垃圾焚烧炉焚烧垃圾后产生的高温烟气高达800℃，其中包含HCl，SO2等酸性气体，需要对其进行处理形成可排放的烟气后通入大气。
示例性的，垃圾焚烧系统还包括烟气处理系统(图1中未示出)，烟气处理系统包括脱酸装置、布袋除尘装置等，用以对烟气进行净化处理，在此并不限定。
根据本发明的一个实施例，第一发电系统采用燃气轮机燃烧热解气进行发电，其燃烧后产生的尾气也具备一定的热量。示例性的，所述第二发电系统还利用所述尾气的热量进行发电。
如图1所示，燃气轮机3燃烧热解气进行发电后产生的尾气输入至焚烧炉6的烟道，与焚烧炉6输出的高温烟气一起输送至余热锅炉7，经过换热后产生的过热蒸汽输入到蒸汽轮机8中进行发电。
继续参看图1箭头所示的方向，热解转换炉1热解垃圾后产生的气体输入热解气过滤器5进行过滤，经过过滤后的热解气输入燃气轮机3和发电机进行发电，发电后产生的尾气输入至焚烧炉6的烟道与由焚烧炉6产生的高温烟气一起在余热锅炉内换热产生过热蒸汽，过热蒸汽输入蒸汽轮机8以及发电机9发电。
示例性的，根据本发明的一个实施例的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统还包括余热回收系统，用以回收所述第二发电系统中所述蒸汽轮机做工后产生的乏汽。如图1所示，余热回收系统包括凝汽器10、低压加热器11，除氧器12以及给水泵13。所述凝汽器10用以将部分所述乏汽冷凝形成冷凝水。所述低压加热器11用以利用部分所述乏汽加热所述冷凝水以形成冷却水。所述除氧器12用以去除所述冷却水中的氧气。在一个示例中，除氧器12利用部分乏汽的热量加热冷却水以去除氧气。所述给水泵13用以将去除了氧气的所述冷却水泵送至所述余热锅炉7。余热锅炉7利用去除了氧气的冷却水与高温烟气换热形成过热蒸汽，过热蒸汽输入至第二发电系统进行发电。如此，形成过热蒸汽、乏汽、冷凝水和冷却水的资源循环，进一步充分利用资源，避免资源浪费。
继续参看图1箭头所示的方向，过热蒸汽输入蒸汽轮机8以及发电机9发电后产生的乏汽依次通过凝汽器10、低压加热器11，除氧器12以及给水泵13回收到余热锅炉，进行资源的回收利用。
综上所述，根据本发明的烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统，利用垃圾热解后的产生的热解气进行发电辅以蒸汽轮机利用焚烧热解后产生的热解残余物而产生高温烟气的热量进行发电，高效全面利用了垃圾中的热能，在不改变蒸汽参数的情况下，极大的提升了垃圾焚烧发电厂发电量，避免了蒸汽轮机发电中通过改变蒸汽参数提高发电量带来的安全隐患，同时增加了电厂经济效益。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (7)
1.一种烟气-燃料双耦合的垃圾气化发电系统，其特征在于，包括：
垃圾气化系统，所述垃圾气化系统用以对垃圾进行气化生成热解气和热解残余物；
第一发电系统，所述第一发电系统包括燃气轮机和第一发电机，所述燃气轮机利用燃烧所述热解气产生的热量做工以带动所述第一发电机发电；
垃圾焚烧系统，所述垃圾焚烧系统对所述热解残余物进行燃烧处理，以生成高温烟气；
第二发电系统，所述第二发电系统包括余热锅炉、蒸汽轮机以及第二发电机，所述余热锅炉利用所述高温烟气的热量形成过热蒸汽，所述蒸汽轮机利用所述过热蒸汽的热量做工以带动所述第二发电机发电。
2.如权利要求1所述的垃圾气化发电系统，其特征在于，所述垃圾气化系统包括热解转换炉。
3.如权利要求2所述的垃圾气化发电系统，其特征在于，所述垃圾气化系统还包括热解气过滤器，用以过滤掉所述热解气中的颗粒物。
4.如权利要求3所述的垃圾气化发电系统，其特征在于，所述余热锅炉还与所述燃气轮机燃烧所述热解气后产生的尾气进行换热以产生过热蒸汽。
5.如权利要求1所述的垃圾气化发电系统，其特征在于，还包括余热回收系统，用以回收所述第二发电系统中所述蒸汽轮机做工后产生的乏汽。
6.如权利要求5所述的垃圾气化发电系统，其特征在于，所述余热回收系统包括凝汽器、低压加热器、除氧器和给水泵；
所述凝汽器将部分所述乏汽冷凝形成冷凝水；
所述低压加热器利用部分所述乏汽加热所述冷凝水以形成冷却水；
所述除氧器用以去除所述冷却水中的氧气；
所述给水泵将去除了氧气的所述冷却水泵送至所述余热锅炉。
7.如权利要求5所述的垃圾气化发电系统，其特征在于，还包括给料干燥器，用以在所述垃圾气化系统对垃圾进行气化之前干燥所述垃圾。
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|---|---|---|---|---|
| CN102261271A (zh) * | 2011-05-17 | 2011-11-30 | 中国科学院过程工程研究所 | 基于固体燃料热解和半焦燃烧的分级混合发电系统及方法 |
| JP2012122655A (ja) * | 2010-12-08 | 2012-06-28 | Ai Net Corporation:Kk | バイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法 |
| CN109958535A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-02 | 上海康恒环境股份有限公司 | 一种用于垃圾焚烧与燃气轮机联合发电的系统 |
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2019
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