CN111632456A - 一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统及方法，利用空气分离过程得到O2、N2和Ar，利用O2作为氧化剂使煤气化制造H2，将H2与N2合成NH3，利用烟气处理过程净化烟气，并回收烟气中的SO2和CO2，所得NH3、SO2和CO2可进一步转变为化肥产品，利用蒸汽锅炉产生蒸汽并发电，利用水处理过程解决水的循环利用，将烟气、水处理产生的污泥及其它过程产生的废催化剂等含有害物质的废渣在固渣处理模块中处理成可制作高级环保建材的玻璃体，并回收重金属，本发明中所有的原料只是煤和空气，可以输出的产品包括N2、Ar、H2、NH3、SO2、CO2、NH4HCO3、(NH4)2SO4、金属、高级环保建材还有电力，几乎没有任何废弃物排放，实现节能、环保的处理效果。

Description

一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统及方法
技术领域
本发明涉及本发明涉及燃煤发电技术领域，更具体的说是涉及一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统及方法。
背景技术
自工业革命开始以来，煤炭作为全球主要能源已长达数百年，即使在石油取代煤炭成为世界主要能源之后，煤炭仍然是全球最主要的基础能源之一。
从我国的现状来说，煤炭消费比重仍然高于62％，但是燃煤电厂的节能减排发展还存在着很多问题。
从脱硫方面：一是由于实际燃煤含硫量增大以及脱硫装置设计裕量偏小；二是现有脱硫装置运行性能下降，脱硫效率不能满足国家标准要求；三是目前普遍采用的FGD湿法脱硫由于除雾器效率不高，在取消GGH后，加剧了“石膏雨”的形成。
脱硝方面：一是锅炉产生的NOX排放浓度偏高，导致尾部SCR脱硝投资与运行成本增大；二是部分锅炉在实施脱硝改造后，导致锅炉排烟中的飞灰可燃物与CO含量增加，导致锅炉热效率下降。
烟尘方面：一是现有除尘器受实际燃煤和场地限制，大多难以达标排放；二是电袋除尘器等运维费用高、废旧滤袋难以处理。
烟气排放温度方面：由于脱硫脱硝后烟气温度较低，其中饱和水蒸汽携带很多PM2.5，导致大气质量严重下降。
所以，将各污染物排放技术实现整体优化，形成资源化、一体化、协同控制，才是我国未来燃煤电厂节能减排的方向和实际意义。
因此，提供一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统及方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种燃煤电厂发电效率高、能耗低和污染物排放少的燃煤电厂资源化清洁排放系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，包括：
空气分离模块，用于过滤空气中的粉尘、杂质，分离出O2、N2和Ar；
气化模块，所述气化模块与所述空气分离模块连接，用于将水、煤和所述空气分离模块分离出的O2，在高温下经气化反应产生合成气和煤渣；
脱氢模块，所述脱氢模块与所述气化模块连接，用于将合成气分离提纯得到H2；
蒸汽发电模块，所述蒸汽发电模块分别与所述空气分离模块和所述气化模块连接，用于将固渣、煤、和分离H2后的合成气，加入所述空气分离模块分离出的O2或者回流的烟气加氧气，燃烧产生超高临界或高、中、低压蒸汽，驱动蒸汽发电机发电；
氨气合成模块，所述氨气合成模块分别与所述空气分离模块和所述脱氢模块连接，用于将提纯后的H2和分离出的N2在高温高压以及催化剂作用下生成NH3；
烟气洗涤模块，用于对蒸汽发电模块燃料燃烧后的烟气初步处理，脱除烟气中的粉尘、重金属，并回收其中的水分和热量；
气体回收模块，用于将洗涤后的烟气利用溶剂吸收、解吸、压缩液化后得到纯净液态SO2和CO2；
水处理模块，将烟气洗涤产生的污水、蒸汽发电模块的排水及其它过程产生的污水处理成系统循环用水或符合排放标准的中水。
优选的，所述资源化清洁排放系统以煤及其气化产物为燃料，使用纯氧，或者纯氧混合一定比例的循环烟气作为助燃剂，烟气排放少且不含氮氧化物。可选地，燃料可以是各种煤或其它固体燃料、重油等液体燃料以及其它气体燃料。
优选的，所述蒸汽发电机，为超临界、全凝式、抽凝式、背压式的任一种。
优选的，所述脱氢模块包括：
膜分离器，所述合成气仅H2通过所述膜分离器的陶瓷膜，合成气中其它成分送至所述蒸汽发电模块的蒸汽锅炉内燃烧；
压缩机，所述压缩机与所述膜分离器连接，用于将分离出的H2压缩至 30-35MPa输出存储。
优选的，所述氨气合成模块包括：
合成氨反应塔，将所述N2和H2按比例1：2.8-2.9，通入所述合成氨反应塔，控制反应塔内的压力30-35Mpa，温度450-550℃，合成NH3；
冷冻机，将反应塔出口排出的NH3降温至20-35℃，然后在压力1.6-1.8Mpa 的条件下存储。
优选的，所述烟气洗涤模块包括：喷淋塔和位于喷淋塔内的净化洗涤装置，所述喷淋塔将烟气中的烟尘、重金属以及热量转移到洗涤水中，所述净化洗涤装置将洗涤净化后的烟气从塔顶排出，控制烟气温度38-42℃，洗涤后的污水从塔底送至水处理模块。
优选的，所述水循环处理模块包括：
超声电絮凝器，将污水中大部分悬浮物、离子絮凝下来；
固液分离器，分离出污水中的絮凝体，形成污泥；
热泵，使用蒸汽锅炉排污水和少量蒸汽，提取大部分低温水热量，将一部分低温水换热至95-99℃；
MVC装置，将95-99℃热水采用机械蒸发冷凝的工艺，处理成蒸馏水，作为蒸汽锅炉补给水，浓水作为所述气化模块用水，被提取热量的低温水作为喷淋水等低温用水。
优选的，还包括固渣处理模块，所述固渣处理模块分别与所述烟气洗涤模块和所述蒸汽发电模块连通，用于将污水中分离出的污泥和烟尘、煤灰中的固体颗粒在高温下回收重金属，其它加工成玻璃体。
一种燃煤电厂的资源化清洁排放方法，包括以下步骤：
S1：经空气分离模块分离空气得到N2、O2、Ar；
S2：利用分离得到的O2、煤和水在气化模块的高温条件下发生气化反应，得到合成气和煤渣；
S3：合成气经过脱氢模块分离提纯，得到纯净的H2，合成气中除H2外的其它气体被直接送往蒸汽锅炉燃烧；
S4：在氨气合成模块中将提纯后的H2和空气分离得到的N2合成NH3；
S5：在蒸汽锅炉中燃烧煤、煤渣与合成气，将水加热后产生蒸汽驱动汽轮机发电；
S6：通过烟气洗涤模块对蒸汽锅炉燃烧后排出的烟气洗涤处理，脱除粉尘，并回收烟气中的水和热量；
S7：经气体回收模块回收烟气中的SO2、CO2；
S8：经水处理模块将将烟气洗涤产生的污水、蒸汽锅炉的排水及其它过程产生的污水处理成系统循环用水或符合排放标准的中水；
S9：将固渣处理模块将烟尘、煤灰及污泥处理，回收重金属，其它形成玻璃体。
优选的，所述S8中包括：将烟尘、煤灰和污水中的污泥切割或粉碎成 1-5mm的颗粒送入等离子炉内。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统及方法，利用空气分离过程得到O2、N2和Ar；利用O2燃烧、通过煤气化制造H2；利用合成氨过程，将H2与N2合成NH3；利用烟气处理过程净化烟气，分别利用SO2回收过程和CO2回收过程回收烟气中的SO2和CO2，所得NH3、SO2和CO2可进一步转变为化肥产品，利用蒸汽锅炉产生蒸汽并发电，利用水处理过程解决水的循环利用，将水处理产生的污泥及其它过程产生的废催化剂等含有害物质的废渣在固渣处理模块中的等离子炉内高温融化，处理成可制作高级环保建材的玻璃体，并回收重金属；本发明中所有的原料只是煤和空气，可以输出的产品包括N2、Ar、H2、NH3、 SO2、CO2、NH4HCO3、(NH4)2SO4、金属、高级环保建材还有电力，除了正常的水和氮气损失，几乎没有任何废弃物排放，因此解决了燃煤电厂的废弃物资源化清洁排放的节能、环保等技术问题，进而达到高效率、低成本的效果。
附图说明
为了更清楚地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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其它的附图。
图1为本发明一种燃煤电厂的资源化清洁排放方法的流程图。
图2为本发明一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统的结构图。
具体的：
1-压缩空气深冷机、2-空气分离设备、3-煤气化炉、4-蒸汽锅炉、5-烟气循环风机、6-蒸汽发电机、7-除尘器、8-喷淋塔、9-水处理、10-等离子重金属回收装置、11-SO2吸收塔、12-CO2吸收塔、13-第一化肥装置、14-第二化肥装置、15-氢气提纯、16-合成氨等装置、17-超声电絮凝器、18-热泵、19-蒸汽冷凝器、20-SO2解析塔、21-第一换热器、22-第一再沸器、23-SO2压缩机、24-SO2精制塔、25-CO2解析塔、26-第二换热器、27-第二再沸器、28-CO2压缩机、 29-CO2精制塔。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，由于煤的组成复杂，为了对煤进行彻底和最优的清洁利用，该实施例的系统包括：
空气分离模块，用于过滤空气中的粉尘、杂质，分离出O2、N2和Ar；
气化模块，气化模块与空气分离模块连接，用于将水、煤和空气分离模块分离出的O2，在高温下经气化反应产生合成气和煤渣；
脱氢模块，脱氢模块与气化模块连接，用于将合成气分离提纯得到H2；
蒸汽发电模块，蒸汽发电模块分别与空气分离模块和气化模块连接，用于将固渣、煤、和分离H2后的合成气，加入空气分离模块分离出的O2或者回流的烟气加氧气，燃烧产生超高临界或高、中、低压蒸汽，驱动蒸汽发电机发电；
氨气合成模块，氨气合成模块分别与空气分离模块和脱氢模块连接，用于将提纯后的H2和分离出的N2在高温高压以及催化剂作用下生成NH3；
烟气洗涤模块，用于对蒸汽发电模块燃料燃烧后的烟气初步处理，脱除烟气中的粉尘、重金属，并回收其中的水分和热量；
气体回收模块，用于将洗涤后的烟气利用溶剂吸收、解吸、压缩液化后得到纯净液态SO2和CO2；
水处理模块，将烟气洗涤产生的污水、蒸汽发电模块的排水及其它过程产生的污水处理成系统循环用水或符合排放标准的中水。
有利的，还包括固渣处理模块，固渣处理模块分别与烟气洗涤模块和蒸汽发电模块连通，用于将污水中分离出的污泥和烟尘、煤灰中的固体颗粒在高温下回收重金属，其它加工成玻璃体。
本系统以煤及其气化产物为燃料，使用纯氧，或者纯氧混合一定比例的循环烟气作为助燃剂，烟气排放少且不含氮氧化物。可选地，燃料可以是各种煤或其它固体燃料、重油等液体燃料以及其它气体燃料。
具体的，蒸汽锅炉蒸汽驱动发电过程的作用是产生过热蒸汽，包括超临界、高压、中压、低压过热蒸汽，蒸汽主要用于发电，其它过程使用热量及驱动时也可使用蒸汽；锅炉主要燃料是煤，可以使用各种煤等固体燃料、重油等液体燃料以及其它气体燃料；氧化剂不使用空气，而是使用纯氧或将纯氧与循环烟气配比，配比范围：氧含量21-100％，既满足21％含氧量代替空气的要求，也可以适当提高氧含量直到采用全氧燃烧方式。因此锅炉没有热力型NOX，通过对燃烧过程控制，燃料中的含氮物质燃烧后生成N2，所以烟气中几乎不含NOX，比常规烟气量减少72％-75％，主要成分为CO2、H2O、少量O2以及SO2等。
将煤添加少量催化剂，粉碎制成水煤浆通入汽化炉，以纯氧作为氧化剂，在高压下控制气化反应的H2收率最高，此时CO与CH4收率也很高，当压力达到23.4Mpa，温度650℃时，H2收率可达到原料中H含量的199％。合成气经废锅回收热量，产生蒸汽进入专利的蒸汽系统统一调配使用，然后去H2提纯；气化后的固渣直接输送到蒸汽锅炉进一步燃烧，统一处理煤渣成为高级环保建材。
有利的，燃煤电厂的资源化清洁排放系统还包括：柱塞泵、压缩机、罗茨风机、产品储罐等设备，以及计算机控制系统，与各模块电连接，协调控制整个过程。
如图1所示，一种燃煤电厂的资源化清洁排放方法，其主要过程具体如下：
空气分离过程包括：通过过滤器过滤空气中的粉尘、机械杂质等；利用空气压缩机将空气压缩；脱水器脱除空气中的水分；冷冻机将空气温度降低液化；分离塔将液化空气分离成O2、Ar、N2；N2压缩机将N2压缩；N2冷冻机，将N2降温液化。
蒸汽发电过程包括：进料器，与蒸汽锅炉相连接，用于将煤等燃料送进锅炉；燃烧器，用于燃烧其它液态、气体燃料；超临界、高压、中压、低压蒸发器，将水加热为不同压力的过热蒸汽；省煤器，回收烟气余热，降低排烟温度；以及柱塞泵，提升锅炉供水压力；引风机5，用于将部分烟气引出，与O2按照一定比例混合作为氧化剂，形成烟气循环；排渣器，将燃烧后的煤渣排出并回收热量或直排至固渣处理模块；燃烧控制系统，根据锅炉蒸汽温度、烟气氧含量等控制氧气使用量；蒸汽发电机，利用蒸汽发电，可以是超临界、全凝式、抽凝式、背压式等任一种，发电后的乏蒸汽使用循环冷却水冷凝，循环冷却水将回收的蒸汽潜热传递给热泵；蒸汽锅炉产生的蒸汽可以是超临界、高压、中压、低压蒸汽，提高了发电效率。
煤气化过程为：将65％-70％不同粒度分布的煤、29-34％左右的水和约1％的化学添加剂制成的混合物，通入分离出的氧气在汽化炉内反应，生成高温合成气和煤渣，反应条件可以是常压气化，压力0-0.35Mpa，中压气化，压力 0.7-3.5Mpa,高压气化，压力7Mpa，甚至超临界气化，压力23.4Mpa，然后经废热锅炉回收合成气热量，将合成气温度降低至130℃左右，利用排渣器将气化煤渣排出汽化炉，排至蒸汽锅炉继续燃烧(气化不完全时)，或直排到固渣处理模块(气化完全时)。
氢气提纯过程包括：通过膜分离器分离H2，得到纯H2，余下的气体送去蒸汽锅炉燃烧，也可以使用常规提纯，先回收热量再提纯CO，然后提纯H2，提纯后的H2通过压缩机，将H2压缩至30-35Mpa储存。
合成氨过程包括：将所述N2和H2按比例1：2.8-2.9通入合成氨反应塔，操作压力30-35Mpa左右，温度450-550℃，氨分离冷冻机，将反应塔出口排出的NH3降温至20-35℃，在压力1.6-1.8Mpa条件下存储。
有利的，合成氨过程还设有循环气压缩机，将分离NH3以后的气体压缩后循环至反应塔入口，进一步制取NH3，充分利用原料。
烟气洗涤过程包括：利用除尘器将大部分烟尘脱除，然后利用喷淋塔，将烟气中的烟尘、重金属以及热量转移到洗涤水中；净化洗涤装置包括除雾器，可将洗涤净化后的烟气经除雾器从塔顶排出，温度40℃左右；喷淋水泵，将洗涤水送到塔顶，在塔内分多层均匀喷淋；洗涤水泵，将洗涤后的水从塔底送至水处理模块。
水处理过程包括：电超声絮凝器，将污水中大部分悬浮物、离子等絮凝下来；固液分离器，分离出污水中的絮凝体，形成污泥，送至固渣处理模块；热泵，使用锅炉排污水和少量蒸汽，提取大部分低温水热量，将一部分低温水换热至95-99℃，以利于下一步处理成纯净水；MVC装置，将95-99℃热水采用机械蒸发冷凝的工艺，处理成蒸馏水，收率40-90％，作为锅炉补给水，浓水作为煤气化过程用水等，被提取了热量的低温水作为喷淋水等低温用水；此外还设有储水罐，分别储存污水、蒸馏水、浓水、喷淋水、中水等。
固渣处理过程包括：进料装置将污泥和烟尘、煤灰等切割或粉碎成1-5mm 的固体颗粒，送入等离子炉内，采用等离子炬产生高温，将进炉原料瞬间融化甚至气化，有机组分被热裂解，以及被高温产生的蒸汽重整成小分子的CO、H2、CH4、CO2等，经卸渣器将液态的无机成分卸出等离子炉，回收金属后成为玻璃体，此外可使用玻璃体与锅炉产生的炉渣进一步生产高级环保建筑材料。
如图2所示，空气经压缩空气深冷机1液化后，空气分离设备2对液态空气进行分离制取氧气，通常因为需氧量大而使用深冷制氧，同时得到氮气和氩气。可选地，氧气需求量不太大时，或者经济性允许时，可以是VPSA 制氧装置、膜分离装置制氧，当氧气中携带Ar或者其它惰性气体时，应考虑增大了的烟气量，及其对后续过程的影响，SO2回收后的烟气中CO2浓度降低，就需要使用CO2吸收解吸装置浓缩。
空气分离过程得到的O2，分别进入煤气化炉3及蒸汽锅炉4，以O2作为氧化剂，煤气化炉3在0.3-23.4Mpa的压力下将煤和水加热到600-1100℃，发生化学反应，生成合成气，当压力为4Mpa，温度630-670℃时，在操作费用合适的条件下得到的H2组分最多；蒸汽锅炉4的燃料除了煤，还可以是其它固体、液体、气体燃料，通过合适的燃烧器和配套的燃烧控制系统，可以采用全氧弥漫燃烧，或者烟气循环的富氧燃烧，杜绝N2进入燃烧比常规燃烧减少烟气量72％-75％，经试验证明，采用纯氧弥漫燃烧，比常规燃烧减少燃料 6.28％左右，减少烟气量75％左右。本发明采用煤、分离H2后的合成气、煤渣等燃料，采用风机5引烟气循环，蒸汽锅炉4内的炉膛温度与常规蒸汽锅炉温度基本相同，但是更均匀；蒸汽发电机6采用抽凝式蒸汽发电机，其它有蒸汽需求可从合适的压力段抽取蒸汽，其它来源的蒸汽也可以在适当的位置注入蒸汽系统；发电后的乏蒸汽在冷凝器19使用循环水回收热量。
蒸汽锅炉4的烟气经过低温省煤器后降至110℃，通过除尘器7脱除大部分烟尘后进入喷淋塔8，喷淋水将烟气中的烟尘、水蒸气、重金属等洗涤下来，并将烟气温度降至40℃，经除雾器后排出至SO2吸收塔11，洗涤水送至超声电絮凝器17处理，喷淋水来自热泵18，蒸汽锅炉4的排水经热泵18回收热量后送至超声电絮凝器17处理。
超声电絮凝器17汇集了洗涤水、回收热量后的蒸汽锅炉4的排水等各个过程产生的污水，经絮凝和固液分离后，分出的水一部分经热泵18回收热量后作为喷淋水，一部分经热泵18加热到95-99℃后，由MVC9处理为锅炉补给用水，处理产生的浓水作为气化模块用水；所有产生的污泥去固渣处理模块10。
固渣处理模块10采用等离子炉，将进料瞬间加热到1200℃-2000℃，有机组分被热裂解然后被高温产生的蒸汽重整成小分子的CO、H2、CH4、CO2等；其它的无机物都被融化，液态的无机成分被卸出等离子炉，回收金属后成为玻璃体，可以作为产品或者高级环保建材原料。
SO2吸收塔11将烟气与SO2吸收液在吸收塔内逆向接触，SO2被吸收，余下的CO2从塔顶排出至CO2吸收塔，富含SO2的吸收液在第一换热器21与再生后含SO2很少的吸收液换热被加热后至SO2解吸塔20内，解吸SO2，塔顶SO2经过SO2压缩机23压缩液化以液态储存，再生后的吸收液自塔底经第一换热器21降温后至SO2吸收塔11塔顶循环使用。
CO2吸收塔12将SO2吸收塔11塔顶烟气与CO2吸收液在吸收塔内逆向接触，CO2被吸收，余下的烟气从塔顶排出至烟囱，富含CO2的吸收液在第二换热器26与再生后含CO2很少的吸收液换热被加热后至CO2解吸塔25内，解吸CO2，塔顶CO2经过CO2压缩机28液化以液态储存，再生后的吸收液自塔底经第二换热器26降温后至CO2吸收塔12塔顶循环使用。
CO2压缩机28将CO2压缩至5.8Mpa以上，降温至20℃以下冷却成液体，经CO2精制塔29脱除杂质后储存。
有利的，如果SO2吸收塔11塔顶气除了CO2还有较多其它组分，需要依次进入CO2吸收塔12、CO2解析塔25、第二换热器26及第二再沸器27，回收浓缩CO2，如果CO2浓度很高，可以直接送入CO2压缩机28液化，再经 CO2精制塔29排掉不凝气得到纯净的液体CO2。
本发明主要过程包括如下：
1、空气分离过程将得到N2、O2、Ar，O2主要用来参与煤的燃烧及气化， N2作为合成氨的原料，多余部分可以作为产品销售，空气中N2的含量占据 79％，由于N2不进炉膛参与燃烧，也就没有NOX的产生，烟气排量较传统燃烧减少了75％，为后期烟气处理带来便捷，同时热效率得到提高；
2、煤直接燃烧与部分煤进行气化后合并燃烧过程，大部分煤进锅炉进行燃烧，其余部分煤在汽化炉内气化，气化产生的合成气(H2+CO)，经提纯后得到H2(多余的氢气可作为氢燃料电池清洁燃料销售)与空气分离得到的 N2进合成氨装置产生NH3，其余未充分气化的煤及脱氢后的合成气进锅炉参与燃烧；
3、二氧化硫回收过程，锅炉燃烧排出的烟气首先进行除尘，然后进水洗塔降温，降温后的烟气进SO2吸收塔，吸收液与烟气在SO2吸收塔逆流接触，烟气中的SO2全部被吸收，不含SO2的烟气从塔顶出来被送下一过程处理，含有SO2的富液从塔底出来被泵送到解吸塔解吸出SO2，SO2经压缩液化进一步提纯，不含SO2的贫吸收液返回吸收塔循环使用；
4、二氧化碳回收过程，脱SO2后的烟气主要成分都是CO2，经压缩冷却液化，CO2得到提纯回收；烟气CO2含量低时，先进CO2吸收塔，吸收液与烟气在CO2吸收塔逆流接触，烟气中的CO2全部被吸收，不含CO2的烟气从塔顶出来从烟囱排放，含有CO2的富液从塔底出来被泵送到解吸塔解吸出 CO2，然后压缩液化；
5、化肥生产过程，合成氨装置产生的NH3与二氧化碳回收装置回收的 CO2进化肥装置生成NH4HCO3，合成氨装置产生的NH3与二氧化硫回收装置回收的SO2进化肥装置生成(NH4)2SO4；NH3、CO2、SO2均为液态，依据市场行情也可直接作为产品销售。
6、锅炉蒸汽发电过程，锅炉生产蒸汽驱动汽轮机发电，发电后的乏蒸汽冷却后进锅炉循环利用；
7、水循环使用过程，锅炉外排的烟气先进除尘器再进洗涤塔，烟气被进一步除尘并回收其中的水和潜热，洗涤水经絮凝和固液分离，脱除悬浮物，澄清水经热泵回收热量后作为喷淋水循环使用；吸收了发电后乏蒸汽潜热的冷却水经热泵回收热量后循环使用；热泵使用锅炉排污水和蒸汽驱动产出 95℃热水；MVC装置将95℃热水生产蒸馏水作为锅炉用水；多余水经处理达标它用。
8、固渣处理过程，粉煤灰、污泥进等离子炉在高温下回收重金属，其余形成玻璃体，玻璃体与锅炉产生的炉渣可生产建筑材料销售。
本发明所有的产物都可以利用，除了正常的水和氮气损失，几乎没有任何废弃物排放，因此解决了燃煤电厂的废弃物资源化清洁排放的节能、环保等技术问题，进而达到高效率、低成本的效果。本实施例的资源化清洁排放系统可以根据需要将各模块重新组合，以适用于燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂以及废弃物处理发电厂。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，包括：
空气分离模块，用于过滤空气中的粉尘、杂质，分离出O2、N2和Ar；
气化模块，所述气化模块与所述空气分离模块连接，用于将水、煤和所述空气分离模块分离出的O2，在高温下经气化反应产生合成气和煤渣；
脱氢模块，所述脱氢模块与所述气化模块连接，用于将合成气分离提纯得到H2；
蒸汽发电模块，所述蒸汽发电模块分别与所述空气分离模块和所述气化模块连接，用于将煤渣、煤、和分离H2后的合成气，加入所述空气分离模块分离出的O2或者回流的烟气加氧气，燃烧产生超高临界或高、中、低压蒸汽，驱动蒸汽发电机发电；
氨气合成模块，所述氨气合成模块分别与所述空气分离模块和所述脱氢模块连接，用于将提纯后的H2和分离出的N2在高温高压以及催化剂作用下生成NH3；
烟气洗涤模块，用于对蒸汽发电模块燃料燃烧后的烟气初步处理，脱除烟气中的粉尘、重金属，并回收其中的水分和热量；
气体回收模块，用于将洗涤后的烟气利用溶剂吸收、解吸、压缩液化后得到纯净液态SO2和CO2；
水处理模块，将烟气洗涤产生的污水、蒸汽发电模块的排水及其它过程产生的污水处理成系统循环用水或符合排放标准的中水。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，以煤及其气化产物为燃料，使用纯氧，或者纯氧混合一定比例的循环烟气作为助燃剂，烟气排放少且不含氮氧化物。可选地，燃料可以是各种煤或其它固体燃料、重油等液体燃料以及其它气体燃料。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，所述蒸汽发电机，为超临界、全凝式、抽凝式、背压式的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，所述脱氢模块包括：
膜分离器，所述合成气仅H2通过所述膜分离器的陶瓷膜，合成气中其它成分送至所述蒸汽发电模块的蒸汽锅炉内燃烧；
压缩机，所述压缩机与所述膜分离器连接，用于将分离出的H2压缩至30-35MPa输出存储。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，所述氨气合成模块包括：
合成氨反应塔，将所述N2和H2按比例1：2.8-2.9，通入所述合成氨反应塔，控制反应塔内的压力30-35Mpa，温度450-550℃，合成NH3；
冷冻机，将反应塔出口排出的NH3降温至20-35℃，然后在压力1.6-1.8Mpa的条件下存储。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，所述烟气洗涤模块包括：喷淋塔和位于喷淋塔内的净化洗涤装置，所述喷淋塔将烟气中的烟尘、重金属以及热量转移到洗涤水中，所述净化洗涤装置将洗涤净化后的烟气从塔顶排出，控制烟气温度38-42℃，洗涤后的污水从塔底送至水处理模块。
7.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，所述水循环处理模块包括：
超声电絮凝器，将污水中大部分悬浮物、离子等絮凝下来；
固液分离器，分离出污水中的絮凝体，形成污泥；
热泵，利用蒸汽锅炉的排污水和少量蒸汽，从中提取大部分低温水热量，将一部分低温水换热至95-99℃；
MVC装置，将95-99℃热水采用机械蒸发冷凝的工艺，处理成蒸馏水，作为锅炉补给水，浓水作为水煤浆用水，被提取热量的低温水作为喷淋水等低温用水。
8.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放系统，其特征在于，还包括固渣处理模块，所述固渣处理模块分别与所述烟气洗涤模块和所述蒸汽发电模块连通，用于将污水中分离出的污泥和烟尘、煤灰中的固体颗粒在高温下回收重金属，其它加工成玻璃体。
9.一种燃煤电厂的资源化清洁排放方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：经空气分离模块分离空气得到N2、O2、Ar；
S2：利用分离得到的O2、煤和水在气化模块的高温条件下发生气化反应，得到合成气和煤渣；
S3：合成气经过脱氢模块分离提纯，得到纯净的H2，合成气中除H2外的其它气体被直接送往蒸汽锅炉燃烧；
S4：在氨气合成模块中将提纯后的H2和空气分离得到的N2合成NH3；
S5：在蒸汽锅炉中燃烧煤、煤渣与合成气，将水加热后产生蒸汽驱动汽轮机发电；
S6：通过烟气洗涤模块对蒸汽锅炉燃烧后排出的烟气洗涤处理，脱除粉尘，并回收烟气中的水和热量；
S7：经气体回收模块回收降温后烟气中的SO2、CO2；
S8：经水处理模块将烟气洗涤产生的污水、蒸汽锅炉的排水及其它过程产生的污水处理成系统循环用水或符合排放标准的中水；
S9：固渣处理模块将煤灰、废渣及污泥处理，回收重金属，其它形成玻璃体。
10.根据权利要求9所述的一种燃煤电厂的资源化清洁排放方法，其特征在于，所述S8中包括：将烟尘、煤灰和污水中的污泥切割或粉碎成1-5mm的颗粒送入等离子炉内。
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CN114046497A (zh) * 2021-11-17 2022-02-15 广东绿壳新能源有限公司 一种可以降低nox排放量的循环流化床锅炉
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