一種燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于煤的清潔燃燒發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)。包括水煤漿儲罐、水煤漿高壓泵、第一換熱器、氧化劑儲槽、氧化劑高壓泵、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器、第一受熱面、第二受熱面、水熱燃燒反應(yīng)器、高壓水力旋流器、儲渣槽、高壓氣液分離器、水輪機、氣體透平、液體二氧化碳儲罐、潔凈水箱、高壓潔凈水泵、第五換熱器、汽輪機等重要設(shè)備，該系統(tǒng)無硫氧化物、氮氧化物、重金屬污染物、粉塵排放，環(huán)保效益好；將產(chǎn)生的熱能和壓能全部利用，發(fā)電效率高；以液態(tài)形式將二氧化碳捕集，實現(xiàn)了二氧化碳的零排放。
【專利說明】一種燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤的清潔燃燒發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)火電廠的燃煤發(fā)電系統(tǒng)，是在以空氣為氧化劑的氣態(tài)環(huán)境下“一把火燒煤”，每年將向環(huán)境排放大約930萬噸硫氧化物、860萬噸氮氧化物、360萬噸粉塵，造成了巨大的能源消耗和環(huán)境污染，我國二氧化碳排放量早已超過美國成為世界第一，加劇了溫室效應(yīng)。所以，火電廠必須進行脫硝、脫硫、除塵和碳減排。然而，當前我國燃煤火電廠脫硫脫硝、除塵及碳減排方面的形勢不容樂觀。據(jù)環(huán)保部測算，到2015年我國火電廠現(xiàn)役機組進行脫硫、脫硝、除塵改造及新建機組加裝脫硫、脫硝及除塵設(shè)施投資約需2600億元，每年的運行費用高達900多億，耗費巨大。而且，如果加裝碳捕集裝置，火電廠的凈發(fā)電效率還將降低6%以上,經(jīng)濟性大大降低。
[0003]鑒于當前我國火電廠燃煤現(xiàn)狀，開發(fā)一種低硫氧化物、低氮氧化物、無粉塵及二氧化碳排放的新型高效煤電轉(zhuǎn)化技術(shù)，對于我國能源經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展十分必要。煤的超臨界水熱燃燒的發(fā)電技術(shù)即是一種新型的煤炭清潔燃燒發(fā)電技術(shù)，它充分利用了超臨界水的特殊性質(zhì)，將超臨界水熱燃燒技術(shù)引入到煤電轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，形成煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電技術(shù)。
[0004]超臨界水是指溫度和壓力均在其臨界點(374.15° C，22.1MPa)以上的水，與常態(tài)水相比，超臨界水的主要物性參數(shù)如密度、粘度、離子積和介電常數(shù)均明顯下降，擴散系數(shù)較高，傳質(zhì)性能好，可與非極性氣體(如氧氣、氮氣等)和烴類物質(zhì)完全互溶，而無機鹽類則幾乎不溶。煤的超臨界水熱燃燒技術(shù)，使得水煤漿和氧化劑在超臨界水中發(fā)生有火焰的燃燒反應(yīng)。一般而言，水煤漿可在五秒內(nèi)完全燃盡，燃燒速率快。
[0005]基于煤的超臨界水熱燃燒的發(fā)電系統(tǒng)，不僅比常規(guī)火電廠的發(fā)電效率更高，而且不會排放硫氧化物、氮氧化物、粉塵等污染物，還能實現(xiàn)二氧化碳的零排放，環(huán)保效益非常好。當前，煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)尚在構(gòu)建之中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:如何提供一種燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)煤電的高效轉(zhuǎn)化，并無硫氧化物、氮氧化物、粉塵等污染物排放，同時實現(xiàn)二氧化碳的零排放。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)，水煤漿儲罐入口與水煤漿輸入連接，水煤漿儲罐出口與水煤漿高壓泵吸入口連接，水煤漿高壓泵出口與第一換熱器冷流體入口連接，第一換熱器冷流體出口與第一受熱面入口連接，第一受熱面出口與水熱燃燒反應(yīng)器燃料進口連接；氧化劑儲槽入口與氧化劑輸入連接，氧化劑儲槽出口與氧化劑高壓泵吸入口連接，氧化劑高壓泵出口與第二換熱器冷流體入口連接，第二換熱器冷流體出口與第三換熱器冷流體入口連接，第三換熱器冷流體出口與第四換熱器冷流體入口連接，第四換熱器冷流體出口與水熱燃燒反應(yīng)器氧化劑入口連接；水熱燃燒反應(yīng)器出口與高壓水力旋流器入口連接，高壓水力旋流器底部出口與儲渣槽連接，頂部出口與第五換熱器熱流體入口連接，第五換熱器熱流體出口與第四換熱器熱流體入口連接，第四換熱器熱流體出口與第一換熱器熱流體入口連接，第一換熱器熱流體出口與高壓氣液分離器入口連接，高壓氣液分離器底部出口與水輪機入口連接，水輪機出口與水煤漿儲罐頂部入口連接，高壓氣液分離器頂部出口與氣體透平入口連接，氣體透平出口與第二換熱器熱流體進口連接，第二換熱器出口與二氧化碳儲罐入口連接；潔凈水輸入連接潔凈水箱入口，潔凈水箱底部出口與高壓泵吸入口連接，潔凈水高壓泵出口與第五換熱器冷流體入口連接，第五換熱器冷流體出口與第二受熱面入口連接，第二受熱面出口與汽輪機的蒸汽入口連接，汽輪機蒸汽出口與第三換熱器熱流體入口連接，第三換熱器熱流體出口與潔凈水箱上部入口連接。
[0008]作為一種優(yōu)選方式:所述第一受熱面和第二受熱面布置在水熱燃燒反應(yīng)器內(nèi)。所述水煤漿按照發(fā)熱量折算為標準煤的水煤漿，標準煤的質(zhì)量濃度不低于35wt%。所述潔凈水為直流電站鍋爐給水，所述氧化劑為液氧。本系統(tǒng)中使用多種閥門包括截止閥、止回閥、調(diào)節(jié)閥等。
[0009]本發(fā)明是有益效果是:本發(fā)明將熱能和壓能予以充分利用，能量利用效率高；無硫氧化物、氮氧化物及粉塵排放，不產(chǎn)生重金屬污染物；實現(xiàn)了二氧化碳減排和水資源的循環(huán)利用。
[0010]具體描述如下:
水煤漿經(jīng)過超臨界水熱燃燒反應(yīng)，煤中重金屬均轉(zhuǎn)化為無害的、穩(wěn)定態(tài)的氧化物；硫、氯和磷等雜原子全部氧化為相應(yīng)的無機酸根離子，與其它金屬離子如鉀、鈉、鐵等形成無機鹽。這些固態(tài)無機物和灰渣經(jīng)高壓水力旋流器從系統(tǒng)中脫除。煤中碳元素完全燃燒成為二氧化碳、氮轉(zhuǎn)化為氮氣、氫轉(zhuǎn)化為水。整個系統(tǒng)無粉塵、硫氧化物、氮氧化物排放，清潔環(huán)保。
[0011]反應(yīng)后流體中超臨界水和二氧化碳的熱能按照品位高低實現(xiàn)了梯級利用，之后形成了高壓水和高壓二氧化碳氣體的兩相混合物。再經(jīng)氣液分離，分別獲得高壓液體水和高壓二氧化碳氣體，利用水輪機發(fā)電機組回收了高壓水的壓能，利用氣體透平發(fā)電機組回收了高壓二氧化碳氣體的壓能。整個系統(tǒng)不需采用背壓閥等節(jié)流耗能裝置，即可將壓能完全回收，能量利用效率高。
[0012]反應(yīng)后的水用于回收再制備水煤漿，二氧化碳依次經(jīng)過降壓、冷凝后變成液態(tài)，利用二氧化碳儲罐收集。系統(tǒng)實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，以及二氧化碳的減排。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1、水煤漿輸入；2、水煤漿儲罐；3、高壓水煤漿泵；4、第一換熱器；5、第一受熱面；6、氧化劑輸入；7、氧化劑儲槽；8、高壓氧化劑泵；9、第二換熱器；10、第三換熱器；
11、第四換熱器；12、水熱燒反應(yīng)器；13、高壓水力旋流器；14、除渣槽；15、第五換熱器；16、高壓氣液分離器；17、水輪機；18、氣體透平；19、二氧化碳儲罐；20、潔凈水輸入；21、潔凈水箱；22、高壓潔凈水泵；23、第二受熱面；24、蒸汽輪機?！揪唧w實施方式】
[0015]如圖1所示，本發(fā)明的【具體實施方式】如下:
水煤漿儲罐2入口與水煤漿輸入I連接，水煤漿儲罐2出口與水煤漿高壓泵3吸入口連接，水煤漿高壓泵3出口與第一換熱器4冷流體入口連接，第一換熱器4冷流體出口與第一受熱面5入口連接，第一受熱面5出口與水熱燃燒反應(yīng)器12燃料進口連接；氧化劑儲槽7入口與氧化劑輸入6連接，氧化劑儲槽7出口與氧化劑高壓泵8吸入口連接，氧化劑高壓泵8出口與第二換熱器9冷流體入口連接，第二換熱器9冷流體出口與第三換熱器10冷流體入口連接，第三換熱器10冷流體出口與第四換熱器11冷流體入口連接，第四換熱器11冷流體出口與水熱燃燒反應(yīng)器12氧化劑入口連接；水熱燃燒反應(yīng)器12出口與高壓水力旋流器13入口連接，高壓水力旋流器13底部出口與儲渣槽14連接，頂部出口與第五換熱器15熱流體入口連接，第五換熱器15熱流體出口與第四換熱器11熱流體入口連接，第四換熱器11熱流體出口與第一換熱器4熱流體入口連接，第一換熱器4熱流體出口與高壓氣液分離器16入口連接，高壓氣液分離器16底部出口與水輪機17入口連接，水輪機17出口與水煤漿儲罐2頂部入口連接，高壓氣液分離器16頂部出口與氣體透平18入口連接，氣體透平18出口與第二換熱器9熱流體進口連接，第二換熱器9出口與二氧化碳儲罐19入口連接；潔凈水輸入20連接潔凈水箱21入口，潔凈水箱21底部出口與高壓泵22吸入口連接，潔凈水高壓泵22出口與第五換熱器15冷流體入口連接，第五換熱器15冷流體出口與第二受熱面23入口連接，第二受熱面23出口與汽輪機24的蒸汽入口連接，汽輪機24蒸汽出口與第三換熱器10熱流體入口連接，第三換熱器10熱流體出口與潔凈水箱21上部入口連接。
[0016]本發(fā)明的工作流程可以描述如下:水煤漿經(jīng)水煤漿輸入I輸入至水煤漿儲罐2，再經(jīng)高壓水煤漿泵3被泵入第一換熱器4，并在第一換熱器4內(nèi)被加熱，然后水煤漿進入第一受熱面5進行二次加熱，至此水煤漿加熱完畢，進入水熱燃燒反應(yīng)器12的燃料進口。氧化劑經(jīng)氧化劑輸入6輸入至氧化劑儲槽7，再經(jīng)高壓氧化劑泵8被依次泵入第二換熱器9、第三換熱器10和第四換熱器11，在三個換熱器內(nèi)被逐級加熱，然后進入第一受熱面5進行二次加熱，至此氧化劑加熱完畢，進入水熱燃燒反應(yīng)器12的氧化劑進口。水煤漿和氧化劑在水熱燃燒反應(yīng)器12內(nèi)發(fā)生水熱燃燒反應(yīng)，將水煤漿完全燃燒，放出的熱量用于加熱第一受熱面5和第二受熱面23內(nèi)的流體。反應(yīng)產(chǎn)物從水熱燃燒反應(yīng)器12底部出口留出，高壓水力旋流器13將固體無機物脫除系統(tǒng)，脫除的固體渣用儲渣槽14收集。高壓水力旋流器13頂部出口留出的二氧化碳和超臨界水等混合流體，依次經(jīng)過第五換熱器15、第四換熱器11、第一換熱器4，冷卻為氣體二氧化碳和液體水的兩相流體，再經(jīng)高壓氣液分離器16，氣體二氧化碳和液體水實習(xí)分離。高壓氣液分離器16液體出口的高壓水，經(jīng)水輪機17膨脹做功后，進入水煤漿儲罐2，進行循環(huán)使用。高壓氣液分離器16分離出的氣體二氧化碳通過氣體透平18將壓能利用，而后再經(jīng)第二換熱器9冷卻為液態(tài)，進入二氧化碳儲槽19收集。潔凈水通過潔凈水輸入20輸入至潔凈水箱21，再經(jīng)高壓潔凈水泵22泵入第五換熱器15進行加熱，之后進入第二換熱器23繼續(xù)加熱至過熱狀態(tài)，隨后進入汽輪機24做功發(fā)電(汽輪機連接發(fā)電機)，從汽輪機24出來的潔凈水進入第三換熱器10被冷凝至過冷態(tài)，最后回到潔凈水箱21，進行循環(huán)利用。
[0017]表I
【權(quán)利要求】
1.燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:水煤漿儲罐入口與水煤漿輸入連接，水煤漿儲罐出口與水煤漿高壓泵吸入口連接，水煤漿高壓泵出口與第一換熱器冷流體入口連接，第一換熱器冷流體出口與第一受熱面入口連接，第一受熱面出口與水熱燃燒反應(yīng)器燃料進口連接；氧化劑儲槽入口與氧化劑輸入連接，氧化劑儲槽出口與氧化劑高壓泵吸入口連接，氧化劑高壓泵出口與第二換熱器冷流體入口連接，第二換熱器冷流體出口與第三換熱器冷流體入口連接，第三換熱器冷流體出口與第四換熱器冷流體入口連接，第四換熱器冷流體出口與水熱燃燒反應(yīng)器氧化劑入口連接；水熱燃燒反應(yīng)器出口與高壓水力旋流器入口連接，高壓水力旋流器底部出口與儲渣槽連接，頂部出口與第五換熱器熱流體入口連接，第五換熱器熱流體出口與第四換熱器熱流體入口連接，第四換熱器熱流體出口與第一換熱器熱流體入口連接，第一換熱器熱流體出口與高壓氣液分離器入口連接，高壓氣液分離器底部出口與水輪機入口連接，水輪機出口與水煤漿儲罐頂部入口連接，高壓氣液分離器頂部出口與氣體透平入口連接，氣體透平出口與第二換熱器熱流體進口連接，第二換熱器出口與二氧化碳儲罐入口連接；潔凈水輸入連接潔凈水箱入口，潔凈水箱底部出口與高壓泵吸入口連接，潔凈水高壓泵出口與第五換熱器冷流體入口連接，第五換熱器冷流體出口與第二受熱面入口連接，第二受熱面出口與汽輪機的蒸汽入口連接，汽輪機蒸汽出口與第三換熱器熱流體入口連接，第三換熱器熱流體出口與潔凈水箱上部入口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述第一受熱面和第二受熱面布置在水熱燃燒反應(yīng)器內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述潔凈水為直流電站鍋爐給水，所述氧化劑為液氧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤的超臨界水熱燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述水煤漿按照發(fā)熱量折算為標準煤的水煤漿，標準煤的質(zhì)量濃度不低于35wt%。
【文檔編號】F23K5/00GK103925587SQ201410148717
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】馬紅和, 周璐, 范江, 馬素霞, 趙澤青 申請人:太原理工大學(xué)