一種產生煤氣并利用煤氣發電的設備及方法與流程

本發明涉及一種發電設備，具體的，本發明涉及一種產生煤氣并利用產生的煤氣來發電的設備。此外，本發明還涉及一種產生煤氣并利用產生的煤氣來發電的方法。

背景技術：

隨著我國社會經濟的快速發展，人民群眾的生活水平日益提高，使得能源的需求量越來越大，進而出現了數量龐大的工業鍋爐。目前，工業鍋爐的耗煤量約占我國總耗煤量的80％。其中燃煤工業鍋爐污染物排放強度最大，是重要的污染源。污染物的主要成分包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物等等。隨著近些年鍋爐技術的發展，鍋爐的發電效率逐步提升，單系列機組規模越來越大，但爐體部分依然存在過量空氣系數大、排煙溫度高、灰渣殘碳多、煙氣排放不達標等一系列問題。

igcc(integratedgasificationcombinedcycle)即整體燃氣聯合循環發電系統，是將燃氣技術和高效的聯合循環相結合的先進動力系統。igcc技術既有較高的發電效率，又有極好的環保性能，是一種有發展前景的清潔煤發電技術。根據相關資料顯示，igcc技術污染物的排放量僅為常規燃煤電站的1/10，脫硫效率可達99％，對于環境保護具有重大意義。但是與傳統的鍋爐發電技術相比，igcc技術尚不夠成熟，且投資強度過大，關鍵核心設備仍需進口，因此國內igcc技術的廣泛應用還需要較長時間的積累與消化。

面對霧霾鎖城和污水橫流的嚴峻環保形勢，煤炭資源的清潔高效利用勢在必行，如何在經濟可行和環境友好之間找到新的平衡點是全體從業者需要審慎思考的新課題。

公開于該發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種產生煤氣并利用煤氣發電的設備，該設備通過采用先生產清潔煤氣再燃燒發電的方式，從而在燃煤發電的同時實現清潔排放；此外，該設備通過充分利用各環節中的釋放的能量，可進一步降低企業的生產成本。

為了解決上述問題，本發明提供一種產生煤氣并利用煤氣發電的設備，其包括：空分裝置、燃氣發生裝置、熱回收裝置、脫硫裝置、燃氣鍋爐和蒸汽發電裝置；

所述空分裝置用于產生低壓氮氣、高壓氮氣和純氧，并且該空分裝置與燃氣發生裝置連接，以將產生的純氧輸送至所述燃氣發生裝置；

所述燃氣發生裝置包括：燃氣爐和高壓廢鍋，該燃氣爐包括反應部分和換熱部分，該反應部分和換熱部分分別與高壓廢鍋連接；從原煤輸送裝置輸送的原煤與包含有純氧和蒸汽的氣化劑在該燃氣爐的反應部分中進行欠氧燃燒，以產生粗煤氣，該粗煤氣在該燃氣爐的換熱部分中進行換熱，以產生汽水混合物，該汽水混合物被輸送至高壓廢鍋，以產生高壓飽和蒸汽；

所述熱回收裝置的入口與燃氣發生裝置的粗煤氣出口連接，以回收粗煤氣的熱量并且將粗煤氣輸送至脫硫裝置；

所述脫硫裝置將粗煤氣進行脫硫，以形成凈煤氣并且將該凈煤氣輸送至熱回收裝置，所述熱回收裝置將凈煤氣與回收的粗煤氣進行熱交換，以形成預熱凈煤氣并且將該預熱凈煤氣輸送至燃氣鍋爐；

所述燃氣鍋爐包括燃氣燃燒部分和燃氣換熱部分，所述燃氣燃燒部分將輸送至該燃氣鍋爐的預熱凈煤氣進行燃燒；進入到該燃氣鍋爐的所述高壓飽和蒸汽和高壓鍋爐給水在該燃氣鍋爐的燃氣換熱部分中進行換熱之后形成高壓過熱蒸汽；

所述蒸汽發電裝置的蒸汽入口與設置在所述燃氣鍋爐的燃氣換熱部分處的蒸汽出口連接，用于接收所述高壓過熱蒸汽并進行電能轉化。

優選地，在所述原煤輸送裝置與所述燃氣爐之間串接有磨煤干燥裝置和加壓輸送裝置，從所述空分裝置產生的低壓氮氣輸送至該磨煤干燥裝置，從所述空分裝置產生的高壓氮氣輸送至該加壓輸送裝置。

優選地，該設備還包括：分別與所述脫硫裝置連接的硫回收裝置和膨脹發電裝置，所述硫回收裝置用于處理從脫硫裝置產出的酸性氣體，所述膨脹發電裝置用于將從脫硫裝置輸送的凈煤氣進行膨脹發電。

優選地，所述燃氣發生裝置的粗煤氣出口與所述熱回收裝置的入口之間依次串接有氣固分離器、對流換熱器和激冷洗滌器。

優選地，所述反應部分設置在所述燃氣爐的上部，所述換熱部分設置在燃氣爐的下部。

優選地，進入到所述燃氣鍋爐的所述高壓飽和蒸汽和高壓鍋爐給水在經過該燃氣鍋爐的燃氣換熱部分進行換熱之后分別經由不同的管路將高壓過熱蒸汽輸送至所述蒸汽發電裝置。

優選地，所述空分裝置通過蒸汽驅動或電力驅動；所述原煤為煙煤、無煙煤或者褐煤。

優選地，所述燃氣爐的反應溫度為1200～1750℃，反應壓力為3～10mpa；所述燃氣鍋爐的尾氣排放溫度為60～100℃。

本發明還涉及一種產生煤氣并利用煤氣發電的方法，該方法包括以下步驟：

a)利用空分裝置產生低壓氮氣、高壓氮氣和純氧，以將產生的純氧輸送至燃氣發生裝置；

b)從原煤輸送裝置輸送的原煤與包含有純氧和蒸汽的氣化劑在燃氣發生裝置的反應部分中進行欠氧燃燒，以產生粗煤氣；

c)將產生的粗煤氣在燃氣發生裝置的換熱部分中進行換熱，以產生汽水混合物，并且將汽水混合物輸送至高壓廢鍋，以產生高壓飽和蒸汽；

d)利用熱回收裝置回收粗煤氣的熱量并且將該粗煤氣輸送至脫硫裝置；

e)利用脫硫裝置將粗煤氣進行脫硫，以形成凈煤氣，并且將該凈煤氣輸送至熱回收裝置；

f)利用熱回收裝置將凈煤氣與回收的粗煤氣進行熱交換，以形成預熱凈煤氣，并且將該預熱凈煤氣輸送至燃氣鍋爐；

g)所述燃氣鍋爐的燃氣燃燒部分將輸送至該燃氣鍋爐的預熱凈煤氣進行燃燒和放熱；進入到該燃氣鍋爐的所述高壓飽和蒸汽和高壓鍋爐給水在經過該燃氣鍋爐的燃氣換熱部分進行換熱之后形成高壓過熱蒸汽；

h)將所述高壓過熱蒸汽輸送至蒸汽發電裝置。

優選地，在所述步驟b)中還包括，將從所述空分裝置產生的低壓氮氣輸送至磨煤干燥裝置，并且將從所述空分裝置產生的高壓氮氣輸送至加壓輸送裝置；在所述步驟e)中還包括：將從所述脫硫裝置產出的酸性氣體輸送至硫回收裝置，將從脫硫裝置輸送的一部分凈煤氣輸送至膨脹發電裝置，以進行膨脹發電。

本發明采取以上技術方案，其有以下有益效果：

1.本發明采用了先制氣脫硫后再燃燒發電的總工藝路線，確保了鍋爐燃料為清潔燃氣，從根本上解決了尾氣除塵、脫硫和脫硝的問題，排放尾氣中有害物質的排放濃度可達到與igcc技術相同的排放水平。

2.本發明燃氣發生裝置回收大部分高溫粗煤氣的顯熱，通過換熱產出高壓蒸汽，實現能量的梯級利用。

3.在鍋爐內部不存在結渣和磨蝕問題，設備運行故障率更低，使用壽命更長。另外，尾部受熱面不存在低溫露點腐蝕問題，可進一步降低鍋爐的排氣溫度，回收更多能量。

4.本發明充分利用了各裝置產出的熱能和冷能，優化了整個系統的熱量平衡，減少外部能量的消耗，提高了能量利用效率，進而降低了發電成本。

5.本發明可利用現有燃煤鍋爐系統進行改造，在同樣生產綠色煤電的前提下，裝置改造費用僅為igcc技術投資的40％～50％。

附圖說明

下文將結合附圖對本發明的示例性實施例進行更為詳細的說明。為清楚起見，不同附圖中相同的部件以相同標號示出。需要說明的是，附圖僅起到示意作用，其并不必然按照比例繪制。在附圖中：

圖1為本發明的產生煤氣并利用煤氣發電的設備的結構框圖；

圖2為圖1中的a部的詳細示意圖；

圖3為本發明的產生煤氣并利用煤氣發電的方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參考所附附圖對本發明的示例性實施例進行詳細的描述。

結合圖1和圖2所示，圖1為本發明的產生煤氣并利用煤氣發電的設備的結構框圖，圖2為圖1中的a部的詳細示意圖，在這些附圖中，實線為工藝物流線，點劃線為副產蒸汽線。具體的，本發明中的產生煤氣并利用煤氣發電的設備包括：空分裝置1、燃氣發生裝置2、熱回收裝置3、脫硫裝置4、燃氣鍋爐5(包括燃氣燃燒部分和燃氣換熱部分)、蒸汽發電裝置6(蒸汽輪機發電裝置)、硫回收裝置7、膨脹發電裝置8等主要裝置。所述燃氣發生裝置2包括：燃氣爐21(包括反應部分和換熱部分)、高壓廢鍋22、磨煤干燥裝置23、加壓輸送裝置24、氣固分離器25、對流換熱器26和激冷洗滌器27等單元。

所述空分裝置1用于產生低壓氮氣、高壓氮氣和純氧，并且該空分裝置1與燃氣發生裝置2通過管路連接，以將其產生的純氧輸送至所述燃氣發生裝置2。此外，在原煤輸送裝置(例如輸煤皮帶)與所述燃氣爐21之間串接有磨煤干燥裝置23和加壓輸送裝置24，使得從所述空分裝置1產生的低壓氮氣輸送至該磨煤干燥裝置23，并且從所述空分裝置1產生的高壓氮氣輸送至該加壓輸送裝置24。

所述空分裝置1采用液氧內壓縮流程，其內部的壓縮機采用蒸汽驅動或電力驅動，主要產品為高壓氧氣、高壓氮氣和低壓氮氣。在整套設備運行階段，所述高壓氮氣和低壓氮氣通過低壓飽和蒸汽預熱后輸送至燃氣發生裝置2。在整套設備正常運行時，所述高壓氮氣和低壓氮氣通過鍋爐裝置換熱部分預熱后輸送至燃氣發生裝置。所述高壓氧氣的壓力比所述燃氣爐壓力高1.0mpa以上。

所述燃氣發生裝置2中的燃氣爐優選地以粉煤為原料，以氧氣和蒸汽為氣化劑，在反應部分爐膛內發生高溫燃燒反應，反應的溫度為1200～1750℃，反應壓力為3.0～10.0mpa。原料可選用包括煙煤、無煙煤及褐煤的各種煤種，能夠實現原料煤的本地化，企業可根據煤炭市場行情和煤炭資源供應情況自由地選擇煤種，最大限度地降低原料成本。此外，本發明也可以將石油焦或焦粉等工業可燃物等作為原料進行燃燒。

所述燃氣發生裝置2還包括有高壓廢鍋22，所述燃氣爐21包括設置在其上部的反應部分和設置在其下部的換熱部分，該反應部分和換熱部分分別與高壓廢鍋22連接。原煤輸送裝置輸送的原煤與包含有純氧和蒸汽的氣化劑在該燃氣爐的反應部分中進行欠氧燃燒，以產生粗煤氣，該粗煤氣在所述換熱部分中進行換熱，以產生汽水混合物，該汽水混合物通過管路被輸送至高壓廢鍋22，以產生高壓飽和蒸汽。

所述燃氣爐21爐膛內的反應控制為欠氧燃燒，生成以co和h2為主要成分的粗煤氣，最大限度地減少了氮氧化物的產生。煤中的硫元素全部轉化為h2s和氧硫化碳(cos)，隨后在脫硫裝置中脫除，避免了對環境的污染。

此外，所述磨煤干燥裝置23的作用是將來自輸煤皮帶的原料煤磨制成粉狀并將原料煤中水分干燥以避免輸送過程中出現堵煤現象。所述加壓輸送裝置24的作用是將常壓粉煤轉化為高壓粉煤并連續輸送至燃氣爐。所述加壓輸送裝置24的壓力比所述燃氣爐壓力高0.7～1.0mpa。

此外，所述燃氣爐21的換熱部分、氣固分離器25和對流換熱器26均設有膜式水冷壁，水冷壁內通入鍋爐給水。所述燃燒反應生成的粗煤氣先后通過燃氣爐21的換熱部分、氣固分離器25和對流換熱器26，與上述設備進行熱量交換，在水冷壁內鍋爐給水被部分汽化形成汽水混合物。所述汽水混合物通過管路輸送至高壓廢鍋22產出10.0mpa高壓飽和蒸汽，并引至鍋爐裝置換熱部分過熱器的入口。所述氣固分離器25的作用是將粗煤氣中夾帶的飛灰進行初級分離，被分離飛灰的質量占總飛灰質量的50％～80％。所述對流換熱器26的出口與激冷洗滌器27單元的入口相連接。在激冷洗滌器27單元內，粗煤氣中飛灰被激冷水再次洗滌脫除，保證出口粗煤氣中的含塵量小于1mg/m³。出口粗煤氣的溫度約為170℃，輸送至熱回收裝置熱物流入口。所述燃氣發生裝置2中的燃氣爐和激冷洗滌器單元分別有一股黑水排放至水處理單元(未示出)。在水處理單元實現液固分離后水返回系統重復使用，分離出的灰可用作建筑輔料或填埋。所述燃氣爐底部還設有固渣排放口，通過收集的固渣可用作建筑輔料或填埋。所述燃氣發生裝置中的氣固分離器和對流換熱器底部均設有固體飛灰排放口，飛灰被收集后用作建筑輔料或填埋。

所述熱回收裝置3的入口與燃氣發生裝置的粗煤氣出口通過管路連接，以回收粗煤氣的熱量并且將粗煤氣輸送至脫硫裝置4。所述脫硫裝置4將粗煤氣進行脫硫，以形成凈煤氣，并且將該凈煤氣輸送回至熱回收裝置3，所述熱回收裝置3將凈煤氣與回收的粗煤氣進行熱交換，以形成預熱凈煤氣，并且將該預熱凈煤氣輸送至燃氣鍋爐5。

所述熱回收裝置3用于回收粗煤氣中的顯熱，并將送入鍋爐裝置的凈煤氣預熱至130℃以上。換熱后的粗煤氣仍含有一定量的熱能，可用于預熱鍋爐給水等公共工程物料。所述脫硫裝置4采用低溫脫除技術，正常工況下采用液氨膨脹制冷為裝置提供冷量。來自熱回收裝置3的粗煤氣經過脫硫裝置4得到不含h2s等有害氣體的凈煤氣，h2s的脫除率可達到99％以上。

該設備還包括與脫硫裝置4連接的硫回收裝置7和膨脹發電裝置8，所述硫回收裝置7用于處理從脫硫裝置產出的酸性氣體，所述膨脹發電裝置8用于將從脫硫裝置輸送的一部分凈煤氣進行膨脹發電。凈煤氣經過一級或兩級膨脹發電回收壓力能后轉變為低溫氣體，所述低溫氣體返回脫硫裝置換熱后送出裝置，回收的冷量可減少液氨膨脹的制冷量。以處理150000nm³/h凈煤氣的膨脹發電裝置為例，膨脹發電量可達7500kw，能量回收效果顯著。

所述燃氣鍋爐5包括燃氣燃燒部分和燃氣換熱部分，所述燃氣燃燒部分將輸送至該燃氣鍋爐的預熱凈煤氣進行燃燒，進入到該燃氣鍋爐5的所述高壓飽和蒸汽和高壓鍋爐給水在該燃氣鍋爐5的燃氣換熱部分中進行換熱之后形成高壓過熱蒸汽。其中，燃燒所需的燃料和氣化劑分別為來自熱回收裝置的預熱凈煤氣和來自鍋爐裝置換熱部分的預熱助燃空氣。為保證燃燒反應充分放熱需要通入過量的助燃空氣，過量空氣系數控制在1.05～1.1，低于燃煤鍋爐的過量空氣系數，在燃燒過程中可產生更少的氮氧化物。進一步的，燃燒后生成的高溫尾氣先后通過鍋爐裝置換熱部分的過熱器(未示出)、蒸汽發生器(未示出)和助燃空氣預熱器(未示出)，產出過熱蒸汽、飽和蒸汽和預熱助燃空氣。此外，所述鍋爐裝置換熱部分還包括氮氣預熱器，將空分裝置產出的高壓氮氣和低壓氮氣預熱后在輸送至燃氣發生裝置的用氣位置。所述氮氣預熱器位于蒸汽發生器和助燃空氣預熱器之間。所述尾氣的排放溫度控制在60～100℃，盡可能多的回收尾氣中的顯熱，提高裝置的能量利用效率。

所述蒸汽發電裝置6的蒸汽入口與設置在所述燃氣鍋爐5的燃氣換熱部分處的蒸汽出口連通，用于接收所述高壓過熱蒸汽并將其轉化為電能。所述鍋爐裝置換熱部分產出的高壓過熱蒸汽大部分輸送至蒸汽輪機發電裝置，小部分用于工藝裝置用氣。

此外，進入到該燃氣鍋爐5的所述高壓飽和蒸汽和高壓鍋爐給水在經過該燃氣鍋爐5的燃氣換熱部分進行換熱之后分別經由不同的管路分別將高壓過熱蒸汽a和高壓過熱蒸汽b輸送至所述蒸汽發電裝置。

如圖3所示，本發明還涉及一種產生煤氣并利用煤氣發電的方法，該包括步驟：利用空分裝置產生低壓氮氣、高壓氮氣和純氧，以將產生的純氧輸送至燃氣發生裝置。從原煤輸送裝置輸送的原煤與包含有純氧和蒸汽的氣化劑在燃氣發生裝置的反應部分中進行欠氧燃燒，以產生粗煤氣。將從所述空分裝置產生的低壓氮氣輸送至磨煤干燥裝置，并且將從所述空分裝置產生的高壓氮氣輸送至加壓輸送裝置。將產生的粗煤氣在燃氣發生裝置的換熱部分中進行換熱，以產生汽水混合物，并且將汽水混合物輸送至高壓廢鍋，以產生高壓飽和蒸汽。利用熱回收裝置回收粗煤氣的熱量并且將該粗煤氣輸送至脫硫裝置。利用脫硫裝置將粗煤氣進行脫硫，以形成凈煤氣，并且將該凈煤氣輸送至熱回收裝置。利用熱回收裝置將凈煤氣與回收的粗煤氣進行熱交換，以形成預熱凈煤氣，并且將該預熱凈煤氣輸送至燃氣鍋爐。所述燃氣鍋爐的燃氣燃燒部分將輸送至該燃氣鍋爐的預熱凈煤氣進行燃燒。將從所述脫硫裝置產出的酸性氣體輸送至硫回收裝置，將從脫硫裝置輸送的凈煤氣輸送至膨脹發電裝置，以進行膨脹發電。進入到該燃氣鍋爐的所述高壓飽和蒸汽和高壓鍋爐給水在經過該燃氣鍋爐的燃氣換熱部分進行換熱之后形成高壓過熱蒸汽。將所述高壓過熱蒸汽輸送至蒸汽發電裝置。

前面對本發明具體示例性實施方式所呈現的描述是出于說明和描述的目的。前面的描述并不想要成為毫無遺漏的，也不是想要把本發明限制為所公開的精確形式，顯然，根據上述教導很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實施方式并進行描述是為了解釋本發明的特定原理及其實際應用，從而使得本領域的其它技術人員能夠實現并利用本發明的各種示例性實施方式及其各種選擇形式和修改形式。本發明的范圍意在由所附權利要求書及其等效形式所限定。