CN211339405U - 一种火电厂等离子热解气化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火电厂等离子热解气化系统，包括电厂发电模块，所述电厂发电模块设有煤粉锅炉、汽轮机和发电机，还包括调峰控制平台和送变电及供电模块、等离子气化熔融炉或热解炉、后燃室和余热锅炉。所述调峰控制平台与送变电及供电模块相连，所述送变电及供电模块、电厂发电模块、等离子气化熔融炉或热解炉、后燃室、余热锅炉等生产模块之间相互连接。本实用新型所述的调峰系统将等离子气化熔融炉或热解炉与电厂调峰相结合，即满足电厂的调峰需求，同时降低等离子气化熔融炉或热解炉处理固体废物，降低能耗。

Description

一种火电厂等离子热解气化系统

技术领域

本实用新型涉及火电厂调峰技术领域，具体涉及一种火电厂等离子热解气化系统。

背景技术

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10％左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，夏季如何调峰是摆在众多火电厂面前的一个难题。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，全年特别是非供热季深度调峰势在必行。

与此同时，一些固体废物经过处理和利用，总还会有部分残渣存在，而且很难再加以利用，这些残渣可能又富集了大量有毒有害成分；还有些固体废物，目前尚无法利用，它们都将长期地保留在环境中，是一种潜在的污染源。为了控制其对环境的污染，必须进行最终处置，使之最大限度地与生物圈隔离。目前，国内外城市固体废物处理方法主要有回收利用、卫生填埋、焚烧、堆肥等。国内城市固体废物处理采用的技术不多，包括回收利用、焚烧技术和卫生填埋。主要原因是行业在淘汰落后产能，同时出于安全与环保的需求，更多的企业愿意加大技术装备与生产现场的投入，等离子气化炉、等离子气化熔融炉、等离子热解炉等一系列技术都开始得到应用。但无论如何提升等离子气化熔融炉或热解炉技术和自动设备的投运，短时间都无法改变等离子气化熔融炉或热解炉处理固体废物耗电达700kWh—900kWh左右，因此，用电成本和处理费用成为决定固体废物处理成本及企业竞争力的关键。

如何将固体废物处理与电厂调峰相结合，即满足电厂的调峰需求，同时降低固体废物处理成本，降低能耗，需要本领域技术人员进一步研究、解决。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是：满足电厂全年特别是非供热季深度调峰的同时，降低处理固体废物的生产成本，提高产业竞争力。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种火电厂等离子热解气化系统，包括电厂发电模块和送变电及供电模块，所述电厂发电模块设有煤粉锅炉、汽轮机和发电机，所述火电厂等离子热解气化系统还包括等离子气化热解模块，所述送变电及供电模块、电厂发电模块、等离子气化热解模块三者之间相互连接。

进一步的，所述等离子气化热解模块包括破碎机及进料器、等离子气化熔融炉或热解炉、伴生气净化收集系统、供电单元、余热锅炉和后燃室；所述破碎机及进料器、等离子气化熔融炉或热解炉、伴生气净化收集系统依次连接；所述等离子气化熔融炉或热解炉、后燃室、余热锅炉依次连接；所述供电单元与所述送变电及供电模块、破碎机及进料器、等离子气化熔融炉或热解炉连接，用于向破碎机及进料器、等离子气化熔融炉或热解炉供应电力。

进一步的，所述伴生气净化收集系统与煤粉锅炉连接，伴生气净化收集系统产生的伴生气送入煤粉锅炉的炉膛内进行燃烧。

进一步的，所述等离子气化熔融炉或热解炉与煤粉锅炉连接，等离子气化熔融炉或热解炉排放的烟气送入煤粉锅炉的炉膛或烟道，利用所述煤粉锅炉的烟气处理装置进行脱硫、脱硝、除尘处理。

进一步的，所述煤粉锅炉设有高温烟道，所述高温烟道与等离子气化熔融炉或热解炉连接，为等离子气化熔融炉或热解炉提供物料干燥、启动暖炉热量或保温热量。

进一步的，调峰控制平台与送变电与供电模块和等离子气化热解模块依次连接，所述等离子气化热解模块利用火电厂灵活性调峰电力供电，所述调峰控制平台通过送变电与供电模块控制等离子气化热解模块耗电量的增加或减少，响应电网对火电厂的调峰负荷需求。

进一步的，所述调峰控制平台安装在电厂集控中心内，所述调峰控制平台与电网调度中心、电厂集控中心通讯连接，并接受二者的控制指令。

进一步的，所述送变电及供电模块与发电机的出口母线或升压站后高压母线或火电厂内厂内变压器母线连接，以满足等离子气化热解模块的供电。

进一步的，所述等离子气化熔融炉或热解炉与供热换热器连接，等离子气化熔融炉或热解炉排放的烟气送入供热换热器，生产蒸汽或热水，用于工业供热或城市供热。

进一步的，所述等离子气化熔融炉或热解炉与后燃室、余热锅炉和电厂发电模块依次连接，等离子气化熔融炉或热解炉排放的烟气送入后燃室，在后燃室中燃烧产生高温烟气，再送入余热锅炉，余热锅炉将合适压力和温度的高温蒸汽打入汽轮机，用于发电。

进一步的，所述火电厂等离子热解气化系统的原材料包括生活垃圾、电子垃圾、工业危险废物、医疗和/或医药垃圾、飞灰、污泥、油污泥、冶炼废渣、尾矿渣、农村垃圾、畜牧养殖固体废物以及秸秆中的至少一种。

进一步的，所述火电厂等离子热解气化系统的最终产品包括液态玻璃体排渣、硅铁合金、铁、微量重金属中的至少一种。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过在火电厂内设置等离子气化熔融炉或热解炉，利用火电厂灵活性调峰的富余电力，变相利用弃风、弃光、弃水、弃核电力进行固体废物处理，能极大地降低固体废物处理的用电成本；

(2)本实用新型通过对等离子气化熔融炉或热解炉设备耗电功率的无极调节率，即其供电功率可以从20％负荷到100％随意随时的快速变动，满足电厂的全年调峰需求，缓解了电网平衡和峰谷差问题；

(3)本实用新型将等离子气化熔融炉或热解炉的排气(CO含量高)通入电厂的煤粉锅炉内参与燃烧；同时，等离子气化熔融炉或热解炉产生的烟气及粉尘可通过电厂烟气除尘装置进行净化处理，不仅减少等离子气化熔融炉或热解炉除尘、烟气处理的设备投入，同时实现节能减排和清洁生产。

(4)本实用新型将火力发电厂转化为固体废物处理工厂，使得火电厂生产的产品不单单是电力，而且包括处置各类固体废物。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的火电厂等离子热解气化系统的内部结构的示意图。

附图标记说明

调峰控制平台-1、电网调度中心-101、电厂集控中心-102、送变电及供电模块-2、电开关-201、逆变器-202；电厂发电模块-3、汽轮机-301、发电机-302、煤粉锅炉-303、高温烟道-3031、烟气处理装置-3032、升压站-304、等离子气化热解模块-4、破碎机及进料器-401、等离子气化熔融炉或热解炉-402、伴生气净化收集系统-403、供电单元-404、余热锅炉-405、后燃室-406、供热换热器-6、厂内变压器-7。

具体实施方式

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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

实施例1

如图1所示，一种火电厂等离子热解气化系统，包括调峰控制平台1、送变电及供电模块2、电厂发电模块3以及等离子气化热解模块4，所述调峰控制平台1与送变电及供电模块2、电厂发电模块3进行电连接，所述送变电及供电模块2与电厂发电模块3、等离子气化热解模块4相连，所述电厂发电模块3 还与等离子气化热解模块4相连。

所述电厂发电模块3包括依次相连的煤粉锅炉303、汽轮机301，所述电厂发电模块3还包括发电机302和升压站304，所述发电机302分别与汽轮机301、升压站304相连。电厂发电时，通过升压站304升压后并入国家电网。所述煤粉锅炉303设有高温烟道3031，所述高温烟道与等离子气化热解模块4及烟气处理装置3032相连。作为优选，所述高温烟道与等离子气化熔融炉或热解炉 402相连。所述等离子气化熔融炉或热解炉402排放的烟气经过高温烟道3031 进入烟气处理装置3032，利用所述烟气处理装置进行烟气脱硫、脱硝、除尘处理。作为本实用新型的一个示例，所述烟气处理装置3032包括依次连接的烟气处理模块、活性炭吸附装置和除尘器，从煤粉锅炉303内产生的烟气经过烟气处理装置进行脱硝、脱硫以进行初次净化，之后通过活性炭吸附装置进行二次净化，通过除尘器除去固体颗粒，形成达标烟气。

煤粉锅炉303产生的部分高温烟气(约700度以上)可以引出对破碎机及进料器401、等离子气化熔融炉或热解炉402的炉内空间进行预热，降低等离子气化熔融炉或热解炉耗电量。进一步的，将部分高温烟气用于等离子气化熔融炉或热解炉402的原料的干燥或预热，使得进入等离子气化熔融炉或热解炉402 的原料水份降低并具有一定温度，从而降低固体废物处理过程的能源消耗。

所述等离子气化热解模块4包括破碎机及进料器401、等离子气化熔融炉或热解炉402、伴生气净化收集系统403、供电单元404、后燃室406和余热锅炉405。所述破碎机及进料器401、等离子气化熔融炉或热解炉402、伴生气净化收集系统403依次连接；所述等离子气化熔融炉或热解炉402、后燃室406、余热锅炉405依次连接；所述供电单元404与所述送变电及供电模块2、破碎机及进料器401、等离子气化熔融炉或热解炉402连接，用于向破碎机及进料器401、等离子气化熔融炉或热解炉402供应电力。所述破碎机及进料器401 包括炉体、炉膛和出灰口，作为优选，所述炉膛的外壁依次设有硅酸铝纤维毡层、耐火砖层、铁水渣水泥混合物层，所述炉体的顶部设有尾气管道，尾气管道口通过管道经风机与除尘装置相连。将粒度合格的固体废物输送至破碎机，破碎机将固体废物破碎至一定尺寸(如粒径为100-500mm)至进料器内，进料器用于将破碎后的固体废物输送至等离子体气化熔融炉内。等离子气化熔融炉或热解炉的热源是安装在炉体下部沿壁均布的金属电极等离子体火炬(也叫等离子体喷枪或等离子体电弧发生器)。如果是等离子体气化熔融炉，其所需氧化剂气体可以从外部鼓入以充分利用固体废物自身所含热值。炉内高温(上部可达 850℃～1100℃，下部可达1500℃～1700℃)条件下，固体废物中的有机成分发生部分氧化反应，生成可利用的合成气(一般含有CO、H₂和CH₄)，这些基本属于低热值可燃气体，而二恶英和呋喃等有害物质基本被摧毁；固体废物中的无机成分则在炉底部熔化排出，形成可供建筑材料用的无害玻璃体材料。如果是等离子热解炉，需要依靠电热来熔融其中的无机成分和裂解有机成分。所述等离子气化熔融炉或热解炉402的耗电功率为无级调节，运行功率为额定功率的 20％-100％。输入的电能由送变电及供电模块和供电单元经自焙电极至等离子气化熔融炉或热解炉402内，固体废物中的石灰和炭素原料在电阻电弧产生的高温(1800-2200℃)下生成电石和伴生气。作为本实用新型的示例，电石出炉后温度高(约1300度)，可与热风或锅炉给水或低温蒸汽进行间隔式换热，利用电石液冷却过程中的余热来加热煤粉锅炉303的给水或送风以及汽机低压抽汽，从而提高电厂发电机组的整体循环效率。电石经冷却后储存或外售。

所述伴生气(温度约700度)经伴生气净化收集系统403处理后，通入煤粉锅炉303的炉膛内参与燃烧，提高了伴生气的利用率，产生的烟气及粉尘可以利用煤粉锅炉303的烟气处理装置进行烟气净化处理，极大降低等离子气化熔融炉或热解炉402的烟气及粉尘处理费用的同时，实现清洁生产。作为本实用新型的示例，所述伴生气净化收集系统403包括依次连接的电捕焦油器、脱硫塔、气柜。等离子气化熔融炉或热解炉402产生的所述伴生气经过电捕焦油器，电捕后的伴生气进入脱硫塔与自上而下的脱硫液逆流接触，出脱硫塔的气体送至气柜，经过脱磷、脱砷后储存待用，或送往煤粉锅炉303的炉膛助燃。

所述调峰控制平台1、送变电与供电模块2、等离子气化热解模块4依次连接。调峰控制平台1安装在电厂集控中心102内，并与电网调度中心101、电厂集控中心102进行电连接，所述调峰控制平台1可接受电网调度中心101、电厂集控中心102的控制指令。所述送变电及供电模块2包括逆变器202和电开关201。所述送变电及供电模块2中的电开关201与发电机302的出口母线(电压20kV)连接，或与升压站304后高压母线(电压220kV)连接，或与火电厂厂内变压器7母线(6kV)连接，以满足等离子气化热解模块4的供电需求。具体的，所述电开关的一端与发电机302及升压站304相连，所述电开关的另一端与逆变器202相连。电网调度中心101根据市场需求变化，向电厂集控中心102下达调峰指令，电厂集控中心102向送变电及供电模块2下达供电指令；接到供电指令后，送变电及供电模块2实时调整电开关的开闭及开度，调节电厂发电模块3的发电量，同时等离子气化热解模块4的电压以改变其耗电功率，从而响应电网的调峰需求。所述火电厂等离子热解气化系统将火力发电厂转化为固体废物处理工厂，使得火电厂不单单生产电力，而且还能处理包括生活垃圾、电子垃圾、工业危险废物、医疗(医药)垃圾、飞灰、污泥、油污泥、冶炼废渣、尾矿渣、农村垃圾、畜牧养殖固体废物以及秸秆中的至少一种。生产出最终产品包括液态玻璃体排渣、硅铁合金、铁、微量重金属中的至少一种。

实施例2

本实用新型将火电厂灵活性深度调峰与等离子气化熔融炉或热解炉402进行结合，利用富余调峰电量通过等离子气化熔融炉或热解炉402气化熔融或热解固体废物。由于等离子气化熔融炉或热解炉402工作温度高达1500℃以上，因此在较短时间内的启停几乎不影响固体废物处理，如1-2天，等离子气化熔融炉或热解炉402负荷变动的性能主要由其配接的变压器的电压调节能力所决定，即可从20％耗电负荷可快速增加100％，或反向从100％负荷降低到20％，以满足电网对火电厂的深度调峰负荷变动需求，例如需要火电厂深度调峰降低发电负荷，即降低上网电量，则可选择火电厂机组发电量不变，多余的发电负荷通过等离子气化熔融炉或热解炉402来消化。

具体的，优质无烟煤在煤粉锅炉303内燃烧，产生蒸汽驱动汽轮机301运动，进而带动发电机302发电，产生的电能一部分通过升压站304并入国家电网，另一部分供给等离子气化熔融炉或热解炉402运行。当电网调度中心101 下达增加电厂上网电量的调峰指令后，调峰指令到达电厂集控中心102。一方面，电厂集控中心102调节等离子气化熔融炉或热解炉402的负荷功率，如由 100％调整至20％，通过降低等离子气化熔融炉或热解炉耗电，来增加发电机通过升压站304并入国家电网的上网电量；当电网调度中心101下达减小电厂上网电量的调峰指令后，调峰指令到达电厂集控中心102。电厂集控中心102通过调峰控制平台1调节等离子气化熔融炉或热解炉402的负荷功率，如由20％增加至100％，通过增加等离子气化熔融炉或热解炉耗电，来减少发电机通过升压站304并入国家电网的上网电量。

在上述两种调峰情况下，可以保持火电机组锅炉、汽机及发电机稳在额定负荷或某中间负荷，通过等离子气化熔融炉或热解炉耗电量的增加或减少，来响应电网及火电厂调峰指令，从而延长机组寿命、降低运行人员操作难度。

实施例3

一种火电厂等离子热解气化系统，其中等离子气化熔融炉或热解炉402产生的烟气通过余热锅炉换热后产生的高温蒸汽(约300度)，既可以打入火电厂汽水循环系统(如打入除氧器内)，也可以对外供热，包括通过热网加热器加热城市集中供热管网的循环热水，也可为对外供工业蒸汽，实现高温蒸汽的高效利用。

具体的，通过电厂发电模块3产生的电能，一部分并入国家电网，另一部分供给余热锅炉405。等离子气化熔融炉或热解炉402产生的烟气先送往后燃室406，将烟气中的可燃成分燃烧，产生高温烟气，通过余热锅炉405换热后产生高温蒸汽送往供热换热器6，为工业或民用供热。本实施例不仅能提高烟气的利用率，降低设备能耗；同时固体废物处理产生的烟气经余热锅炉405后进入工业供热或者民用供热装置，实现清洁供暖。

实施例4

一种火电厂等离子热解气化系统，其中等离子气化熔融炉或热解炉402产生的烟气通过余热锅炉405换热后产生的高温蒸汽在压力和温度适宜的情况下，可以送至汽轮机301进行发电，实现能源循环利用，极大提高能源效率。

具体的，通过电厂发电模块3产生的电能，一部分并入国家电网，另一部分供给余热锅炉405。等离子气化熔融炉或热解炉402产生的烟气先送往后燃室406，将烟气中的可燃成分燃烧，产生高温烟气(约700度以上)，通过余热锅炉405换热后产生高温蒸汽，当高温蒸汽压力和温度合适的情况下(压力在3MPa，温度在300℃)，输送至汽轮机进行发电。该设置不仅能提高烟气的利用率，降低设备能耗；同时固体废物处理产生的烟气经余热锅炉405后进入汽轮机301 进行发电，实现能源循环利用，极大提高能源效率。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种火电厂等离子热解气化系统，包括电厂发电模块(3)和送变电及供电模块(2)，所述电厂发电模块(3)设有煤粉锅炉(303)、汽轮机(301)和发电机(302)，其特征在于，还包括等离子气化热解模块(4)，所述送变电及供电模块(2)、电厂发电模块(3)、等离子气化热解模块(4)三者之间相互连接。

2.根据权利要求1所述火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述等离子气化热解模块(4)包括破碎机及进料器(401)、等离子气化熔融炉或热解炉(402)、伴生气净化收集系统(403)、供电单元(404)、余热锅炉(405)和后燃室(406)；所述破碎机及进料器(401)、等离子气化熔融炉或热解炉(402)、伴生气净化收集系统(403)依次连接；所述等离子气化熔融炉或热解炉(402)、后燃室(406)、余热锅炉(405)依次连接；所述供电单元(404)与所述送变电及供电模块(2)、破碎机及进料器(401)、等离子气化熔融炉或热解炉(402)连接，用于向破碎机及进料器(401)、等离子气化熔融炉或热解炉(402)供应电力。

3.根据权利要求2所述火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述伴生气净化收集系统(403)与煤粉锅炉(303)连接，伴生气净化收集系统(403)产生的伴生气送入煤粉锅炉(303)的炉膛内进行燃烧。

4.根据权利要求2所述火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述等离子气化熔融炉或热解炉(402)与煤粉锅炉(303)连接，等离子气化熔融炉或热解炉(402)排放的烟气送入煤粉锅炉(303)的炉膛或烟道，利用所述煤粉锅炉的烟气处理装置(3032)进行脱硫、脱硝、除尘处理。

5.根据权利要求1所述火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述煤粉锅炉(303)设有高温烟道，所述高温烟道与等离子气化熔融炉或热解炉(402)连接，为等离子气化熔融炉或热解炉提供物料干燥、启动暖炉热量或保温热量。

6.根据权利要求1所述火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，调峰控制平台(1)与送变电与供电模块(2)和等离子气化热解模块(4)依次连接，所述等离子气化热解模块(4)利用火电厂灵活性调峰电力供电，所述调峰控制平台(1)通过送变电与供电模块(2)控制等离子气化热解模块(4)耗电量的增加或减少，响应电网对火电厂的调峰负荷需求。

7.根据权利要求6所述的火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述调峰控制平台(1)安装在电厂集控中心(102)内，所述调峰控制平台(1)与电网调度中心(101)、电厂集控中心(102)通讯连接，并接受二者的控制指令。

8.根据权利要求1所述的火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述送变电及供电模块(2)与发电机(302)的出口母线或升压站(304)后高压母线或火电厂内厂内变压器(7)母线连接，以满足等离子气化热解模块(4)的供电。

9.根据权利要求2所述的火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述等离子气化熔融炉或热解炉(402)与供热换热器(6)连接，等离子气化熔融炉或热解炉(402)排放的烟气送入供热换热器(6)，生产蒸汽或热水，用于工业供热或城市供热。

10.根据权利要求2所述的火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述等离子气化熔融炉或热解炉(402)与后燃室(406)、余热锅炉(405)和电厂发电模块(3)依次连接，等离子气化熔融炉或热解炉(402)排放的烟气送入后燃室(406)，在后燃室中燃烧产生高温烟气，再送入余热锅炉(405)，余热锅炉将合适压力和温度的高温蒸汽打入汽轮机(301)，用于发电。

11.根据权利要求1所述的火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述火电厂等离子热解气化系统的原材料包括生活垃圾、电子垃圾、工业危险废物、医疗和/或医药垃圾、飞灰、污泥、油污泥、冶炼废渣、尾矿渣、农村垃圾、畜牧养殖固体废物以及秸秆中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的火电厂等离子热解气化系统，其特征在于，所述火电厂等离子热解气化系统的最终产品包括液态玻璃体排渣、硅铁合金、铁、微量重金属中的至少一种。

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