CN206940808U - 一种产生煤气并利用煤气发电的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种产生煤气并利用煤气发电的设备，该设备通过采用先生产清洁煤气再燃烧发电的方式，从而在燃煤发电的同时实现清洁排放。该设备包括：空分装置、燃气发生装置、热回收装置、脱硫装置、燃气锅炉和蒸汽发电装置；所述空分装置将产生的纯氧输送至所述燃气发生装置；所述燃气发生装置包括：燃气炉和高压废锅，所述热回收装置的入口与燃气发生装置的粗煤气出口连接，所述脱硫装置将粗煤气进行脱硫，所述燃气锅炉包括燃气燃烧部分和燃气换热部分，所述蒸汽发电装置用于接收所述高压过热蒸汽并进行电能转化。本实用新型采用了先制气脱硫后再燃烧发电的总工艺路线，确保了锅炉燃料为清洁燃气，解决了尾气除尘、脱硫和脱硝的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电设备，具体的，本实用新型涉及一种产生煤气并利用产生的煤气来发电的设备。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，人民群众的生活水平日益提高，使得能源的需求量越来越大，进而出现了数量庞大的工业锅炉。目前，工业锅炉的耗煤量约占我国总耗煤量的80％。其中燃煤工业锅炉污染物排放强度最大，是重要的污染源。污染物的主要成分包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物等等。随着近些年锅炉技术的发展，锅炉的发电效率逐步提升，单系列机组规模越来越大，但炉体部分依然存在过量空气系数大、排烟温度高、灰渣残碳多、烟气排放不达标等一系列问题。
IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)即整体燃气联合循环发电系统，是将燃气技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。IGCC技术既有较高的发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的清洁煤发电技术。根据相关资料显示，IGCC技术污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99％，对于环境保护具有重大意义。但是与传统的锅炉发电技术相比，IGCC技术尚不够成熟，且投资强度过大，关键核心设备仍需进口，因此国内IGCC技术的广泛应用还需要较长时间的积累与消化。
面对雾霾锁城和污水横流的严峻环保形势，煤炭资源的清洁高效利用势在必行，如何在经济可行和环境友好之间找到新的平衡点是全体从业者需要审慎思考的新课题。
公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种产生煤气并利用煤气发电的设备，该设备通过采用先生产清洁煤气再燃烧发电的方式，从而在燃煤发电的同时实现清洁排放；此外，该设备通过充分利用各环节中的释放的能量，可进一步降低企业的生产成本。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种产生煤气并利用煤气发电的设备，其包括：空分装置、燃气发生装置、热回收装置、脱硫装置、燃气锅炉和蒸汽发电装置；
所述空分装置用于产生低压氮气、高压氮气和纯氧，并且该空分装置与燃气发生装置连接，以将产生的纯氧输送至所述燃气发生装置；
所述燃气发生装置包括：燃气炉和高压废锅，该燃气炉包括反应部分和换热部分，该反应部分和换热部分分别与高压废锅连接；从原煤输送装置输送的原煤与包含有纯氧和蒸汽的气化剂在该燃气炉的反应部分中进行欠氧燃烧，以产生粗煤气，该粗煤气在该燃气炉的换热部分中进行换热，以产生汽水混合物，该汽水混合物被输送至高压废锅，以产生高压饱和蒸汽；
所述热回收装置的入口与燃气发生装置的粗煤气出口连接，以回收粗煤气的热量并且将粗煤气输送至脱硫装置；
所述脱硫装置将粗煤气进行脱硫，以形成净煤气并且将该净煤气输送至热回收装置，所述热回收装置将净煤气与回收的粗煤气进行热交换，以形成预热净煤气并且将该预热净煤气输送至燃气锅炉；
所述燃气锅炉包括燃气燃烧部分和燃气换热部分，所述燃气燃烧部分将输送至该燃气锅炉的预热净煤气进行燃烧；进入到该燃气锅炉的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在该燃气锅炉的燃气换热部分中进行换热之后形成高压过热蒸汽；
所述蒸汽发电装置的蒸汽入口与设置在所述燃气锅炉的燃气换热部分处的蒸汽出口连接，用于接收所述高压过热蒸汽并进行电能转化。
优选地，在所述原煤输送装置与所述燃气炉之间串接有磨煤干燥装置和加压输送装置，从所述空分装置产生的低压氮气输送至该磨煤干燥装置，从所述空分装置产生的高压氮气输送至该加压输送装置。
优选地，该设备还包括：分别与所述脱硫装置连接的硫回收装置和膨胀发电装置，所述硫回收装置用于处理从脱硫装置产出的酸性气体，所述膨胀发电装置用于将从脱硫装置输送的净煤气进行膨胀发电。
优选地，所述燃气发生装置的粗煤气出口与所述热回收装置的入口之间依次串接有气固分离器、对流换热器和激冷洗涤器。
优选地，所述反应部分设置在所述燃气炉的上部，所述换热部分设置在燃气炉的下部。
优选地，进入到所述燃气锅炉的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在经过该燃气锅炉的燃气换热部分进行换热之后分别经由不同的管路将高压过热蒸汽输送至所述蒸汽发电装置。
优选地，所述空分装置通过蒸汽驱动或电力驱动；所述原煤为烟煤、无烟煤或者褐煤。
优选地，所述燃气炉的反应温度为1200～1750℃，反应压力为3～10MPa；所述燃气锅炉的尾气排放温度为60～100℃。
本实用新型还涉及一种产生煤气并利用煤气发电的方法，该方法包括以下步骤：
a)利用空分装置产生低压氮气、高压氮气和纯氧，以将产生的纯氧输送至燃气发生装置；
b)从原煤输送装置输送的原煤与包含有纯氧和蒸汽的气化剂在燃气发生装置的反应部分中进行欠氧燃烧，以产生粗煤气；
c)将产生的粗煤气在燃气发生装置的换热部分中进行换热，以产生汽水混合物，并且将汽水混合物输送至高压废锅，以产生高压饱和蒸汽；
d)利用热回收装置回收粗煤气的热量并且将该粗煤气输送至脱硫装置；
e)利用脱硫装置将粗煤气进行脱硫，以形成净煤气，并且将该净煤气输送至热回收装置；
f)利用热回收装置将净煤气与回收的粗煤气进行热交换，以形成预热净煤气，并且将该预热净煤气输送至燃气锅炉；
g)所述燃气锅炉的燃气燃烧部分将输送至该燃气锅炉的预热净煤气进行燃烧和放热；进入到该燃气锅炉的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在经过该燃气锅炉的燃气换热部分进行换热之后形成高压过热蒸汽；
h)将所述高压过热蒸汽输送至蒸汽发电装置。
优选地，在所述步骤b)中还包括，将从所述空分装置产生的低压氮气输送至磨煤干燥装置，并且将从所述空分装置产生的高压氮气输送至加压输送装置；在所述步骤e)中还包括：将从所述脱硫装置产出的酸性气体输送至硫回收装置，将从脱硫装置输送的一部分净煤气输送至膨胀发电装置，以进行膨胀发电。
本实用新型采取以上技术方案，其有以下有益效果：
1.本实用新型采用了先制气脱硫后再燃烧发电的总工艺路线，确保了锅炉燃料为清洁燃气，从根本上解决了尾气除尘、脱硫和脱硝的问题，排放尾气中有害物质的排放浓度可达到与IGCC技术相同的排放水平。
2.本实用新型燃气发生装置回收大部分高温粗煤气的显热，通过换热产出高压蒸汽，实现能量的梯级利用。
3.在锅炉内部不存在结渣和磨蚀问题，设备运行故障率更低，使用寿命更长。另外，尾部受热面不存在低温露点腐蚀问题，可进一步降低锅炉的排气温度，回收更多能量。
4.本实用新型充分利用了各装置产出的热能和冷能，优化了整个系统的热量平衡，减少外部能量的消耗，提高了能量利用效率，进而降低了发电成本。
5.本实用新型可利用现有燃煤锅炉系统进行改造，在同样生产绿色煤电的前提下，装置改造费用仅为IGCC技术投资的40％～50％。
附图说明
下文将结合附图对本实用新型的示例性实施例进行更为详细的说明。为清楚起见，不同附图中相同的部件以相同标号示出。需要说明的是，附图仅起到示意作用，其并不必然按照比例绘制。在附图中：
图1为本实用新型的产生煤气并利用煤气发电的设备的结构框图；
图2为图1中的A部的详细示意图；
图3为本实用新型的产生煤气并利用煤气发电的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考所附附图对本实用新型的示例性实施例进行详细的描述。
结合图1和图2所示，图1为本实用新型的产生煤气并利用煤气发电的设备的结构框图，图2为图1中的A部的详细示意图，在这些附图中，实线为工艺物流线，点划线为副产蒸汽线。具体的，本实用新型中的产生煤气并利用煤气发电的设备包括：空分装置1、燃气发生装置2、热回收装置3、脱硫装置4、燃气锅炉5(包括燃气燃烧部分和燃气换热部分)、蒸汽发电装置6(蒸汽轮机发电装置)、硫回收装置7、膨胀发电装置8等主要装置。所述燃气发生装置2包括：燃气炉21(包括反应部分和换热部分)、高压废锅22、磨煤干燥装置23、加压输送装置24、气固分离器25、对流换热器26和激冷洗涤器27等单元。
所述空分装置1用于产生低压氮气、高压氮气和纯氧，并且该空分装置1与燃气发生装置2通过管路连接，以将其产生的纯氧输送至所述燃气发生装置2。此外，在原煤输送装置(例如输煤皮带)与所述燃气炉21之间串接有磨煤干燥装置23和加压输送装置24，使得从所述空分装置1产生的低压氮气输送至该磨煤干燥装置23，并且从所述空分装置1产生的高压氮气输送至该加压输送装置24。
所述空分装置1采用液氧内压缩流程，其内部的压缩机采用蒸汽驱动或电力驱动，主要产品为高压氧气、高压氮气和低压氮气。在整套设备运行阶段，所述高压氮气和低压氮气通过低压饱和蒸汽预热后输送至燃气发生装置2。在整套设备正常运行时，所述高压氮气和低压氮气通过锅炉装置换热部分预热后输送至燃气发生装置。所述高压氧气的压力比所述燃气炉压力高1.0MPa以上。
所述燃气发生装置2中的燃气炉优选地以粉煤为原料，以氧气和蒸汽为气化剂，在反应部分炉膛内发生高温燃烧反应，反应的温度为1200～1750℃，反应压力为3.0～10.0MPa。原料可选用包括烟煤、无烟煤及褐煤的各种煤种，能够实现原料煤的本地化，企业可根据煤炭市场行情和煤炭资源供应情况自由地选择煤种，最大限度地降低原料成本。此外，本实用新型也可以将石油焦或焦粉等工业可燃物等作为原料进行燃烧。
所述燃气发生装置2还包括有高压废锅22，所述燃气炉21包括设置在其上部的反应部分和设置在其下部的换热部分，该反应部分和换热部分分别与高压废锅22连接。原煤输送装置输送的原煤与包含有纯氧和蒸汽的气化剂在该燃气炉的反应部分中进行欠氧燃烧，以产生粗煤气，该粗煤气在所述换热部分中进行换热，以产生汽水混合物，该汽水混合物通过管路被输送至高压废锅22，以产生高压饱和蒸汽。
所述燃气炉21炉膛内的反应控制为欠氧燃烧，生成以CO和H2为主要成分的粗煤气，最大限度地减少了氮氧化物的产生。煤中的硫元素全部转化为H2S和氧硫化碳(COS)，随后在脱硫装置中脱除，避免了对环境的污染。
此外，所述磨煤干燥装置23的作用是将来自输煤皮带的原料煤磨制成粉状并将原料煤中水分干燥以避免输送过程中出现堵煤现象。所述加压输送装置24的作用是将常压粉煤转化为高压粉煤并连续输送至燃气炉。所述加压输送装置24的压力比所述燃气炉压力高0.7～1.0MPa。
此外，所述燃气炉21的换热部分、气固分离器25和对流换热器26均设有膜式水冷壁，水冷壁内通入锅炉给水。所述燃烧反应生成的粗煤气先后通过燃气炉21的换热部分、气固分离器25和对流换热器26，与上述设备进行热量交换，在水冷壁内锅炉给水被部分汽化形成汽水混合物。所述汽水混合物通过管路输送至高压废锅22产出10.0MPa高压饱和蒸汽，并引至锅炉装置换热部分过热器的入口。所述气固分离器25的作用是将粗煤气中夹带的飞灰进行初级分离，被分离飞灰的质量占总飞灰质量的50％～80％。所述对流换热器26的出口与激冷洗涤器27单元的入口相连接。在激冷洗涤器27单元内，粗煤气中飞灰被激冷水再次洗涤脱除，保证出口粗煤气中的含尘量小于1mg/m3。出口粗煤气的温度约为170℃，输送至热回收装置热物流入口。所述燃气发生装置2中的燃气炉和激冷洗涤器单元分别有一股黑水排放至水处理单元(未示出)。在水处理单元实现液固分离后水返回系统重复使用，分离出的灰可用作建筑辅料或填埋。所述燃气炉底部还设有固渣排放口，通过收集的固渣可用作建筑辅料或填埋。所述燃气发生装置中的气固分离器和对流换热器底部均设有固体飞灰排放口，飞灰被收集后用作建筑辅料或填埋。
所述热回收装置3的入口与燃气发生装置的粗煤气出口通过管路连接，以回收粗煤气的热量并且将粗煤气输送至脱硫装置4。所述脱硫装置4将粗煤气进行脱硫，以形成净煤气，并且将该净煤气输送回至热回收装置3，所述热回收装置3将净煤气与回收的粗煤气进行热交换，以形成预热净煤气，并且将该预热净煤气输送至燃气锅炉5。
所述热回收装置3用于回收粗煤气中的显热，并将送入锅炉装置的净煤气预热至130℃以上。换热后的粗煤气仍含有一定量的热能，可用于预热锅炉给水等公共工程物料。所述脱硫装置4采用低温脱除技术，正常工况下采用液氨膨胀制冷为装置提供冷量。来自热回收装置3的粗煤气经过脱硫装置4得到不含H2S等有害气体的净煤气，H2S的脱除率可达到99％以上。
该设备还包括与脱硫装置4连接的硫回收装置7和膨胀发电装置8，所述硫回收装置7用于处理从脱硫装置产出的酸性气体，所述膨胀发电装置8用于将从脱硫装置输送的一部分净煤气进行膨胀发电。净煤气经过一级或两级膨胀发电回收压力能后转变为低温气体，所述低温气体返回脱硫装置换热后送出装置，回收的冷量可减少液氨膨胀的制冷量。以处理150000Nm3/h净煤气的膨胀发电装置为例，膨胀发电量可达7500kW，能量回收效果显著。
所述燃气锅炉5包括燃气燃烧部分和燃气换热部分，所述燃气燃烧部分将输送至该燃气锅炉的预热净煤气进行燃烧，进入到该燃气锅炉5的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在该燃气锅炉5的燃气换热部分中进行换热之后形成高压过热蒸汽。其中，燃烧所需的燃料和气化剂分别为来自热回收装置的预热净煤气和来自锅炉装置换热部分的预热助燃空气。为保证燃烧反应充分放热需要通入过量的助燃空气，过量空气系数控制在1.05～1.1，低于燃煤锅炉的过量空气系数，在燃烧过程中可产生更少的氮氧化物。进一步的，燃烧后生成的高温尾气先后通过锅炉装置换热部分的过热器(未示出)、蒸汽发生器(未示出)和助燃空气预热器(未示出)，产出过热蒸汽、饱和蒸汽和预热助燃空气。此外，所述锅炉装置换热部分还包括氮气预热器，将空分装置产出的高压氮气和低压氮气预热后在输送至燃气发生装置的用气位置。所述氮气预热器位于蒸汽发生器和助燃空气预热器之间。所述尾气的排放温度控制在60～100℃，尽可能多的回收尾气中的显热，提高装置的能量利用效率。
所述蒸汽发电装置6的蒸汽入口与设置在所述燃气锅炉5的燃气换热部分处的蒸汽出口连通，用于接收所述高压过热蒸汽并将其转化为电能。所述锅炉装置换热部分产出的高压过热蒸汽大部分输送至蒸汽轮机发电装置，小部分用于工艺装置用气。
此外，进入到该燃气锅炉5的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在经过该燃气锅炉5的燃气换热部分进行换热之后分别经由不同的管路分别将高压过热蒸汽A和高压过热蒸汽B输送至所述蒸汽发电装置。
如图3所示，本实用新型还涉及一种产生煤气并利用煤气发电的方法，该包括步骤：利用空分装置产生低压氮气、高压氮气和纯氧，以将产生的纯氧输送至燃气发生装置。从原煤输送装置输送的原煤与包含有纯氧和蒸汽的气化剂在燃气发生装置的反应部分中进行欠氧燃烧，以产生粗煤气。将从所述空分装置产生的低压氮气输送至磨煤干燥装置，并且将从所述空分装置产生的高压氮气输送至加压输送装置。将产生的粗煤气在燃气发生装置的换热部分中进行换热，以产生汽水混合物，并且将汽水混合物输送至高压废锅，以产生高压饱和蒸汽。利用热回收装置回收粗煤气的热量并且将该粗煤气输送至脱硫装置。利用脱硫装置将粗煤气进行脱硫，以形成净煤气，并且将该净煤气输送至热回收装置。利用热回收装置将净煤气与回收的粗煤气进行热交换，以形成预热净煤气，并且将该预热净煤气输送至燃气锅炉。所述燃气锅炉的燃气燃烧部分将输送至该燃气锅炉的预热净煤气进行燃烧。将从所述脱硫装置产出的酸性气体输送至硫回收装置，将从脱硫装置输送的净煤气输送至膨胀发电装置，以进行膨胀发电。进入到该燃气锅炉的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在经过该燃气锅炉的燃气换热部分进行换热之后形成高压过热蒸汽。将所述高压过热蒸汽输送至蒸汽发电装置。
前面对本实用新型具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本实用新型限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本实用新型的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本实用新型的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。
Claims (8)
1.一种产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于包括：空分装置(1)、燃气发生装置(2)、热回收装置(3)、脱硫装置(4)、燃气锅炉(5)和蒸汽发电装置(6)；
所述空分装置(1)用于产生低压氮气、高压氮气和纯氧，并且该空分装置(1)与燃气发生装置(2)连接，以将产生的纯氧输送至所述燃气发生装置(2)；
所述燃气发生装置(2)包括：燃气炉(21)和高压废锅(22)，该燃气炉(21)包括反应部分和换热部分，该反应部分和换热部分分别与高压废锅(22)连接；从原煤输送装置输送的原煤与包含有纯氧和蒸汽的气化剂在该燃气炉的反应部分中进行欠氧燃烧，以产生粗煤气，该粗煤气在该燃气炉的换热部分中进行换热，以产生汽水混合物，该汽水混合物被输送至高压废锅(22)，以产生高压饱和蒸汽；
所述热回收装置(3)的入口与燃气发生装置的粗煤气出口连接，以回收粗煤气的热量并且将粗煤气输送至脱硫装置(4)；
所述脱硫装置(4)将粗煤气进行脱硫，以形成净煤气并且将该净煤气输送至热回收装置(3)，所述热回收装置(3)将净煤气与回收的粗煤气进行热交换，以形成预热净煤气并且将该预热净煤气输送至燃气锅炉(5)；
所述燃气锅炉(5)包括燃气燃烧部分和燃气换热部分，所述燃气燃烧部分将输送至该燃气锅炉的预热净煤气进行燃烧；进入到该燃气锅炉(5)的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在该燃气锅炉(5)的燃气换热部分中进行换热之后形成高压过热蒸汽；
所述蒸汽发电装置(6)的蒸汽入口与设置在所述燃气锅炉(5)的燃气换热部分处的蒸汽出口连接，用于接收所述高压过热蒸汽并进行电能转化。
2.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于：在所述原煤输送装置与所述燃气炉(21)之间串接有磨煤干燥装置(23)和加压输送装置(24)，从所述空分装置(1)产生的低压氮气输送至该磨煤干燥装置(23)，从所述空分装置(1)产生的高压氮气输送至该加压输送装置(24)。
3.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于，还包括：分别与所述脱硫装置(4)连接的硫回收装置(7)和膨胀发电装置(8)，所述硫回收装置(7)用于处理从脱硫装置产出的酸性气体，所述膨胀发电装置(8)用于将从脱硫装置(4)输送的净煤气进行膨胀发电。
4.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于：所述燃气发生装置的粗煤气出口与所述热回收装置(3)的入口之间依次串接有气固分离器(25)、对流换热器(26)和激冷洗涤器(27)。
5.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于：所述反应部分设置在所述燃气炉(21)的上部，所述换热部分设置在燃气炉(21)的下部。
6.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于：进入到所述燃气锅炉(5)的所述高压饱和蒸汽和高压锅炉给水在经过该燃气锅炉(5)的燃气换热部分进行换热之后分别经由不同的管路将高压过热蒸汽输送至所述蒸汽发电装置。
7.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于：所述空分装置(1)通过蒸汽驱动或电力驱动；所述原煤为烟煤、无烟煤或者褐煤。
8.根据权利要求1所述的产生煤气并利用煤气发电的设备，其特征在于：所述燃气炉的反应温度为1200～1750℃，反应压力为3～10MPa；所述燃气锅炉的尾气排放温度为60～100℃。
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