以氣化爐產生的合成氣來發電的發電系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種發電系統，其包括用來接收水煤漿并將其轉化成高溫高壓的燃料氣體流的氣化裝置，還包括淬冷裝置、分離裝置、膨脹機、脫酸裝置和燃氣輪機聯合循環系統。其中，淬冷裝置用來將所述高溫高壓的燃料氣體流冷卻以產生冷卻的燃料氣體流。該淬冷裝置包括激冷環，其可讓下行的燃料氣體從其中通過，并對從其中通過的燃料氣體進行噴水冷卻。分離裝置用來除去所述冷卻的燃料氣體流中的固體顆粒，輸出固體含量少的燃料氣體流。膨脹機接收所述固體含量少的燃料氣體流，利用其中的能量發電，并產生膨脹的燃料氣體流。脫酸裝置用來脫除所述膨脹的燃料氣體流中的酸性氣體。燃氣輪機聯合循環系統用來以所述脫除了酸性氣體后的燃料氣體流進行發電。
【專利說明】以氣化爐產生的合成氣來發電的發電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用發電系統，具體地，涉及一種以氣化爐產生的合成氣來發電的系統。
【背景技術】
[0002]整體煤氣化聯合循環(IntegratedGasificat1n Combined Cycle, IGCC)發電系統，是一種將煤氣化技術和高效的聯合循環發電系統相結合的先進發電系統，其工藝過程主要包括:煤經氣化后生成為中低熱值的煤氣，該煤氣經過凈化，除去其中的粉塵和硫化物等，變為清潔的氣體燃料(合成氣)，然后送入燃氣輪機的燃燒室燃燒，加熱氣體工質以驅動燃氣透平作功，燃氣輪機排氣進入余熱鍋爐加熱給水，產生過熱蒸汽驅動蒸汽輪機作功。IGCC發電系統大致可分為:煤的制備、煤的氣化、煤氣的凈化、熱量的回收和燃氣輪機及蒸汽輪機發電幾個部分。其中，能否高效地進行熱量回收對IGCC發電系統有重要的意義，若高溫高壓的煤氣中的能量不能得到很好的回收和利用，不僅影響發電系統的能量效率、發電成本，也會對環境造成影響。
[0003]目前IGCC發電系統地熱量回收方案主要有兩種:對于以干煤粉為原料來進行氣化的工藝，一般設置有輻射制冷器，其將系統中的冷合成氣循環回來對高溫煤氣進行驟冷，將高溫煤氣中的熱量回收用來產生蒸汽發電所用的蒸汽；對于以水煤漿為原料進行氣化的工藝，一般是將從氣化爐輸出的高溫煤氣直接進行淬冷(quench cooling)、凈化后輸入到燃氣輪機用于發電。其中，第一種系統的成本較高，第二種系統操作簡單，成本也較低，但其能量回收的效率很低，很多能量被浪費。
[0004]因此有必要提供一種更加高效的方式對IGCC發電系統中的能量進行回收和利用。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種發電系統，以解決上述問題。
[0006]為達上述目的，本實用新型提供一種發電系統，包括:
[0007]氣化裝置，用來接收水煤漿并將其轉化成高溫高壓的燃料氣體流；
[0008]淬冷裝置，用來將所述高溫高壓的燃料氣體流冷卻以產生冷卻的燃料氣體流，該淬冷裝置包括噴水激冷環，該噴水激冷環可讓燃料氣體從其中通過，并對從其中通過的燃料氣體進行噴水冷卻；
[0009]分離裝置，其包括分離器和高溫過濾裝置，分別用來將所述淬冷裝置輸出的冷卻的燃料氣體流中的粗顆粒和細顆粒除去，輸出脫除固體顆粒后的燃料氣體流；
[0010]膨脹機，接收所述脫除固體顆粒后的燃料氣體流，利用其中的能量來發電，并使燃料氣體的溫度和壓力下降，產生膨脹的燃料氣體流；
[0011]脫酸裝置，用來將所述膨脹的燃料氣體流中的酸性氣體脫除；以及
[0012]燃氣輪機聯合循環系統，用來以所述脫除了酸性氣體后的燃料氣體流進行發電。
[0013]所述高溫過濾裝置可在450°C或以上的溫度下將所述冷卻的燃料氣體流中的細顆粒去除。
[0014]所述高溫過濾裝置為可在600°C或以上的溫度下將所述冷卻的燃料氣體流中的細顆粒去除的陶瓷過濾器。
[0015]所述發電系統在所述分離器和高溫過濾裝置之間設置有切換裝置，該切換裝置可選擇地將所述分離器連接到所述高溫過濾裝置或一個緊急驟冷槽，該緊急驟冷槽連接于所述脫酸裝置前端，在所述高溫過濾裝置失效時，可使得所述分離器輸出的燃料氣體在其中冷卻后再進入所述脫酸裝置。
[0016]該發電系統進一步包括連接于所述膨脹機和脫酸裝置之間的熱交換裝置，使得從膨脹機中輸出的燃料氣體流在流經所述熱交換裝置后進入脫酸裝置中脫除酸性氣體，而所述脫除酸性氣體后的燃料氣體流返回并逆向地流經所述熱交換裝置后再進入所述燃氣輪機聯合循環系統，所述以相反的方向流經所述熱交換裝置的兩股燃料氣體流之間發生熱量交換。
[0017]本實用新型的優點在于，將合成氣進行部分水淬以冷卻到后端設備材料的耐受溫度，即使合成氣冷卻到一定溫度卻仍然過熱，比如，通過部分水淬將合成氣的溫度從約1300°C冷卻到約400°C，然后，合成氣在分離器和過濾器中脫除固體顆粒后流入膨脹機中做功用于發電，在做功過程中合成氣的溫度和壓力都降低。由于充分地利用了合成氣中的壓力，這樣的發電系統中的能量利用方式與采用輻射制冷器的相比，可更多地將合成氣的能量轉化為電能，發電效率更高。尤其是對于在高壓氣化過程產生的合成氣而言更具有優勢，氣化過程中產生的合成氣的壓力越大,優勢越明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]通過結合附圖對于本實用新型的實施例進行描述，可以更好地理解本實用新型，在附圖中:
[0019]圖1顯示了一個實施例中的一種利用氣化爐的合成氣來發電的發電系統。
【具體實施方式】
[0020]以下將對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述。除有定義外，本文中所用的技術和科學術語具有與本實用新型所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。
[0021]本文所用的術語“一”或“一個”不表示數量的限定，而是表示存在至少一個的相關項目。本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數量有一定的變動。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數值不限于該準確數值本身。在一些實施例中，“大約”表示允許其修正的數值在正負百分之十(10%)的范圍內變化，比如，“大約100”表示的可以是90到110之間的任何數值。此外，在“大約第一數值到第二數值”的表述中，大約同時修正第一和第二數值兩個數值。在某些情況下，近似性語言可能與測量儀器的精度有關。
[0022]本實用新型的實施例涉及利用煤的氣化爐中產生的合成氣來發電的發電系統，如整體煤氣化聯合循環(Integrated Gasificat1n Combined Cycle, IGCC)發電系統,在該發電系統中，氣化爐中產生的合成氣在被用于燃氣輪機系統中發電之前，其中的余熱和余壓被用于膨脹機發電。本實用新型具體實施例中的發電系統包括氣化裝置、淬冷裝置、分離裝置、膨脹機、脫酸裝置和燃氣輪機聯合循環系統，其中，氣化裝置用來接收水煤漿并將其轉化成高溫高壓的燃料氣體流的，淬冷裝置用來通過水冷的方式將所述高溫高壓的燃料氣體流冷卻，以產生冷卻的燃料氣體流，分離裝置用來將所述冷卻的燃料氣體流中的固體顆粒分離除去，輸出固體含量少的燃料氣體流，膨脹機接收來自所述分離裝置的固體含量少的燃料氣體流，利用其中的能量來發電，并產生膨脹的燃料氣體流，脫酸裝置用來將所述膨脹的燃料氣體流中的酸性氣體脫除。燃氣輪機聯合循環系統用來以所述脫除了酸性氣體后的燃料氣體流進行發電。
[0023]如圖1所示，在一個具體的實施方式中，發電系統100包括以水煤漿為原料進行氣化產生合成氣的氣化裝置102，其中，原料水煤漿是采用高壓泵輸送到所述氣化裝置102內的，因此氣化裝置102內的壓力較大，而且氣化裝置102內的溫度也較高，其中產生的燃料氣體為高溫高壓的合成氣，溫度和壓力分別大于900°C和4MPa，比如，在一些具體的實施例中，該合成氣的壓力約在4.5MPa以上，或進一步地約在4.5MPa到50MPa之間，溫度約在950°C以上，或進一步地約在1000°C以上，比如約1300°C或更高。所述發電系統100還包括用水冷的方式將所述氣化裝置102中產生的高溫高壓的合成氣冷卻的淬冷裝置103，該淬冷裝置可將合成氣的冷卻至后端設備(如膨脹機)的耐受溫度。在圖示的【具體實施方式】中，該淬冷裝置103位于所述氣化裝置102的下方，其包括一個激冷環104，該激冷環104可讓從氣化裝置102中下行的合成氣從其環中通過，并對從其環中通過的高溫高壓合成氣進行噴水冷卻。其中，所述淬冷裝置103的底部裝有水，在所述合成氣的冷卻過程中有至少部分固體沉積至所述淬冷裝置103底部。
[0024]所述氣化裝置102中出來的并且經淬冷裝置103冷卻后的合成氣的溫度大約在400 0C，或進一步地約在450 0C或更高，壓力大約為9MPa或更高，高于后端(下游)的合成氣負載要求，因此采用本實用新型的能量回收系統對該合成氣中的余溫余壓進行回收利用后再進入燃氣輪機聯合循發電系統發電，該能量回收系統與燃氣輪機聯合循環系統相結合，以達到最優的能量回收和利用效率。在圖示的【具體實施方式】中，所述淬冷裝置103后端連接分離裝置和膨脹機108，使得所述經過淬冷裝置103冷卻后的合成氣進入分離裝置中以除去其中的固體顆粒后，進入膨脹機108中發電。其中，所述分離裝置包括分離器(如旋風分離器)105和高溫過濾裝置106，分別用來從合成氣中去除粗顆粒和細顆粒。所述高溫過濾裝置可在250°C以上，或進一步地，在350°C以上，或更進一步地，在450°C以上，比如在600°C或以上的溫度下將合成氣中的細顆粒去除。在一個具體的實施例中，所述高溫過濾裝置為陶瓷過濾器，其可在600°C或以上的溫度下將合成氣流中的細顆粒去除。在所述膨脹機108中，合成氣膨脹做功，轉化為動能使工作輪旋轉，并帶動聯軸的發電機110發電，在做功的過程中合成氣的溫度和壓力降低。
[0025]所述做功后的合成氣從膨脹機108出來后進入熱交換裝置112中進一步進行冷卻，然后再進入脫酸裝置114中脫除酸性氣體，如硫化氫等。其中，所述連接于膨脹機108和脫酸裝置114之間的熱交換裝置112，使得從膨脹機108中輸出的合成氣在流經所述熱交換裝置112后進入脫酸裝置114中脫除酸性氣體，而所述脫除酸性氣體后的合成氣返回并逆向地流經所述熱交換裝置112后再進入燃氣輪機聯合循環系統116中用于發電。所述以相反的方向流經所述熱交換裝置112的兩股合成氣流之間發生熱量交換，這樣既有效地冷卻了合成氣，又合理利用了合成氣中的熱量。
[0026]在一個實施例中，在所述分離器105和高溫過濾裝置106之間還設置有切換裝置109，該切換裝置可選擇地將所述分離器105連接到所述高溫過濾裝置106或一個緊急驟冷槽120，該緊急驟冷槽120連接于所述脫酸裝置114的前端，或更進一步地，連接于位于所述脫酸裝置114之前的熱交換裝置112的前端。在所述高溫過濾裝置106失效時，通過所述切換裝置109將分離器105連接到緊急驟冷槽120，可讓所述分離器105中輸出的燃料氣體在流經該緊急驟冷槽120并在其中進行冷卻后再進入所述脫酸裝置114。其中，所述緊急驟冷槽120包括下降管、排渣閥和用來冷卻合成氣的水等，其與所述熱交換裝置112熱連接，用來在熱交換裝置112前端將合成氣冷卻。這樣，即使在高溫過濾裝置106失效導致高溫合成氣未經膨脹機108做功的情況下，仍可將高溫合成氣冷卻到適合的溫度，確保不會損害后端的熱交換裝置112和脫酸裝置114。
[0027]在前述發電系統中，將合成氣進行部分水淬以冷卻到后端設備材料的耐受溫度，即使合成氣冷卻到一定溫度卻仍然過熱，比如,通過部分水淬將合成氣的溫度從約1300°C冷卻到約400°C，然后，合成氣在分離器和過濾器中脫除固體顆粒后流入膨脹機中做功用于發電，在做功過程中合成氣的溫度和壓力都降低。由于充分地利用了合成氣中的壓力，這樣的發電系統中的能量利用方式與采用輻射制冷器的相比，可更多地將合成氣的能量轉化為電能，發電效率更高。尤其是對于在高壓氣化過程產生的合成氣而言更具有優勢，氣化過程中產生的合成氣的壓力越大，優勢越明顯。
[0028]本實用新型可用其他的不違背本實用新型的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本實用新型的上述實施方案都只能認為是對本實用新型的說明而不能限制本實用新型，本實用新型的范圍是由權利要求書界定，而不是由上述界定的，因此，在與本實用新型的權利要求書相當的含義和范圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。
【權利要求】
1.一種發電系統，其特征在于，該發電系統包括: 氣化裝置，用來接收水煤漿并將其轉化成高溫高壓的燃料氣體流； 淬冷裝置，用來將所述高溫高壓的燃料氣體流冷卻以產生冷卻的燃料氣體流，該淬冷裝置包括噴水激冷環，該噴水激冷環可讓燃料氣體從其中通過，并對從其中通過的燃料氣體進行噴水冷卻； 分離裝置，其包括分離器和高溫過濾裝置，分別用來將所述淬冷裝置輸出的冷卻的燃料氣體流中的粗顆粒和細顆粒除去，輸出脫除固體顆粒后的燃料氣體流； 膨脹機，接收所述脫除固體顆粒后的燃料氣體流，利用其中的能量來發電，并使燃料氣體的溫度和壓力下降，產生膨脹的燃料氣體流； 脫酸裝置，用來將所述膨脹的燃料氣體流中的酸性氣體脫除；以及 燃氣輪機聯合循環系統，用來以所述脫除了酸性氣體后的燃料氣體流進行發電。
2.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于，所述高溫過濾裝置為可在600°C或以上的溫度下將所述冷卻的燃料氣體流中的細顆粒去除的陶瓷過濾器。
3.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于，其在所述分離器和高溫過濾裝置之間設置有切換裝置，該切換裝置可選擇地將所述分離器連接到所述高溫過濾裝置或一個緊急驟冷槽，該緊急驟冷槽連接于所述脫酸裝置前端，在所述高溫過濾裝置失效時，可使得所述分離器輸出的燃料氣體在其中冷卻后再進入所述脫酸裝置。
4.如權利要求1所述的發電系統，其特征在于，該發電系統進一步包括連接于所述膨脹機和脫酸裝置之間的熱交換裝置，使得從膨脹機中輸出的燃料氣體流在流經所述熱交換裝置后進入脫酸裝置中脫除酸性氣體，而所述脫除酸性氣體后的燃料氣體流返回并逆向地流經所述熱交換裝置后再進入所述燃氣輪機聯合循環系統，所述以相反的方向流經所述熱交換裝置的兩股燃料氣體流之間發生熱量交換。
【文檔編號】C10K1/02GK203960145SQ201420016637
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】俞平, 胡立舜 申請人:通用電氣公司