一種低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于低熱值煤發(fā)電和低濃度甲烷煤井通風高效回收利用領域，特別涉及一種低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，具體說是一種可回收低甲烷濃度的煤井通風氣低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著全球范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境的惡化和能源消耗速率的加快，“節(jié)能減排”開始越來越得到人們的重視。我國的一次能源以煤為主，長期以來煤炭在我國一次能源消費中的比例均在70 %左右。而我國煤炭資源中以褐煤/次煙煤為代表的低熱值煤占55 %以上，儲量達5612億噸。近期，新疆新增約2.19萬億噸煤炭儲量，也多為低熱值煤。此外，煤炭的開采和洗選加工過程中會產(chǎn)生大量的煤泥、洗中煤和煤矸石等低熱值煤；一般地，每生產(chǎn)It原煤會產(chǎn)生0.15?0.2t煤矸石，2012年，我國煤矸石產(chǎn)量達到6.2億噸，約占全國工業(yè)固廢產(chǎn)量的40%。煤矸石堆積侵占了大量的土地，而且其中大部分為耕地。如果這些煤矸石、煤泥和洗中煤等低熱值煤未得到合理利用，長期堆放于地表，不僅存在能源資源浪費、污染環(huán)境和運輸能耗增加等問題，而且還會造成大氣、水體、土壤等污染及地質(zhì)災害的發(fā)生。但若加以充分利用，則將變廢為寶，化害為益。因此，如何清潔高效的利用這些低熱值煤，將是我國未來能源行業(yè)的重要課題。
[0003]由于煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有的重要地位，我國早已成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國，而在煤炭的開采過程中會產(chǎn)生煤礦瓦斯，其是賦存在煤層中的一種與煤伴生的氣體，主要成分為甲烷。瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患，通常采用向礦井內(nèi)大量通風的方法將瓦斯排出，形成大量低甲烷濃度的煤井通風氣。煤井通風氣的主要成分甲烷既是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，又是一種溫室氣體，所產(chǎn)生的溫室效應是二氧化碳的21倍，對臭氧層的破壞力是二氧化碳的7倍。目前，世界上幾乎所有的超低濃度煤層氣都未進行回收處理就直接排向大氣，這一方面造成了有限的不可再生資源的嚴重浪費，另一方面也加劇了大氣污染和溫室效應。因此，回收利用這部分低甲烷濃度的煤井通風氣，對我國的“節(jié)能減排”具有重要意義。
[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出一種可回收低甲烷濃度煤井通風氣的低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，通過利用循環(huán)流化床富氧無焰燃燒技術可提高低熱值煤在鍋爐中的燃燒效率，減少污染物的生產(chǎn)；同時，熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可對煤井的低甲烷濃度通風氣實現(xiàn)有效回收利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括四個子系統(tǒng):富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)以及污染物脫除系統(tǒng)；所述富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)分別與其它三個子系統(tǒng)相連，即富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的高溫高壓蒸汽出口與蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽輪機入口相連，旋風分離器組的煙氣出口分別與熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)煙氣入口和污染物脫除系統(tǒng)的煙氣入口相連；此外，熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的煙氣出口還與污染物脫除系統(tǒng)的煙氣入口相連。
[0006]所述富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)主要包括給煤機、碎煤機、爐膛、分離器、回料器和旋風分離器組；給煤機出口通過碎煤機與循環(huán)流化床爐膛相連，石灰石與煤粉一并進入爐膛，爐膛的煙氣出口與分離器相連；分離器的出口分兩路，一路是分離器的固體顆粒出口通過回料器與爐膛相連，另一路是分離器的煙氣出口與飛灰倉相連；其中，煙氣出口分兩路，一路進入熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，另一路與在熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中放熱后的煙氣匯合；匯合后的煙氣分兩路，一路作為循環(huán)煙氣分別進入回料器和爐膛，另一路進入污染物脫除系統(tǒng)處理；爐內(nèi)受熱面出口的高溫高壓蒸汽與蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽輪機入口相連，爐內(nèi)受熱面入口 A’與熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中省煤器的給水出口 A’相連；氧氣入口通過風機II與爐膛相連。
[0007]所述的蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，蒸汽輪機的蒸汽入口與富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)相連，蒸汽出口與凝汽器入口相連，凝汽器的凝結(jié)水出口分兩路，分別通過回熱加熱單元和低溫省煤器加熱匯合后與熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的省煤器給水入口 A相連；所述的蒸汽輪機還與發(fā)電機I同軸相連；在蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中蒸汽循環(huán)使用亞臨界、超臨界或超超臨界蒸汽參數(shù)，
[0008]所述的熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，來自富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的煙氣分兩路，一路與換熱器I的煙氣入口相連，另一路依次與換熱器II和省煤器相連，兩路煙氣放熱后匯合，返回至富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)；所述的低甲烷濃度的煤井通風氣入口依次與壓氣機1、換熱器I和高溫甲烷氧化器相連；所述的空氣入口依次與壓氣機I1、換熱器II和高溫甲烷氧化器相連，所述的高溫甲烷氧化器的出口與空氣透平相連，所述的空氣透平還與發(fā)電機II同軸相連。
[0009]所述的污染物脫除系統(tǒng)中，低溫省煤器、除塵器、脫硫、脫硝裝置、水回收裝置和co2壓縮捕集裝置依次相連；其中，所述低溫省煤器的凝結(jié)水出入口分別與蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中回熱加熱單元的凝結(jié)水出入口相連。
[0010]所述的循環(huán)流化床鍋爐以低熱值煤為燃料，以純氧和富氧燃燒產(chǎn)生的高溫、富含0)2的再循環(huán)煙氣混合作為助燃劑；助燃氣以高速射流的形式注入爐膛，使爐膛穩(wěn)定燃燒后火焰峰面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒狀態(tài)；同時，結(jié)合石灰石爐內(nèi)脫硫技術，在入爐燃料中添加石灰石，可降低了 S0X的排放水平；所述的分離器煙氣出口布置有旋風分離器組，用于進一步分離凈化煙氣。
[0011]所述的熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，空氣和煤井通風氣經(jīng)壓氣機壓縮后被進一步加熱，熱源為富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)中旋風分離器出口的熱煙氣；高溫空氣為低甲烷濃度煤井通風氣提供氧化所需能量，并在高溫甲烷氧化器中發(fā)生氧化反應，此反應亦可看成為無焰燃燒過程；高溫甲烷氧化器出口的高溫高壓混合氣體用于推動空氣透平做功。
[0012]所述的污染物脫除系統(tǒng)中，脫硫、脫硝裝置采用石灰石/石膏濕法脫硫和選擇性催化脫硝技術，可有效脫除煙氣中的SOjP NO x;所述的CO 2壓縮捕集裝置中，C0 2經(jīng)多級壓縮、冷卻后進行回收利用；所述的脫硫、脫硝裝置后還布置有水回收裝置，用于對系統(tǒng)的廢水進行有效的回收利用。
[0013]本發(fā)明的有益效果是通過利用循環(huán)流化床富氧無焰燃燒與爐內(nèi)石灰石脫硫技術，可提高低熱值煤在鍋爐中燃燒的穩(wěn)定性和燃盡率，使爐膛的溫度分布更加均勻，輻射傳熱得到增強，且可減少NOx和SOx的生成，并提高煙氣中C02的濃度，從而便于C02的的脫除和進一步封存利用。同時，熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可充分回收利用煤井的低甲烷濃度通風氣，系統(tǒng)簡單且成本低廉，在防止其污染環(huán)境的同時又能利用這部分能源發(fā)出部分電能。此外，污染物脫除系統(tǒng)還可實現(xiàn)NOx和SOx的有效脫除、C02的壓縮回收，并可對系統(tǒng)的廢水進行有效回收。本發(fā)明將蒸汽循環(huán)和熱空氣循環(huán)集成發(fā)電，蒸汽輪機和空氣透平發(fā)出的電能均供給電網(wǎng)，集成的系統(tǒng)發(fā)電量大、能量轉(zhuǎn)換效率高。
【附圖說明】
[0014]圖1為一種可回收低甲烷濃度煤井通風氣的低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖中:1_給煤機；2_碎煤機；3-爐膛；4_爐內(nèi)受熱面；5_分離器；6_回料器；7-旋風分離器組；8-飛灰倉；9-風機I ;10_風機II ;11_蒸汽輪機；12-發(fā)電機I ;13_凝汽器；14-回熱加熱單元；15-壓氣機I ;16_換熱器I ; 17-壓氣機II ; 18-換熱器II ; 19-省煤器；20-高溫甲烷氧化器；21_空氣透平；22_發(fā)電機II ;23_低溫省煤器；24_除塵器；25_脫硫、脫硝裝置；26-水回收裝置；27-0)2壓縮捕集裝置。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提供一種低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本系統(tǒng)工作原理做進一步說明。
[0017]圖1所示為一種可回收低甲烷濃度煤井通風氣的低熱值煤蒸汽-熱空氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
[0018]如圖1所示，該系統(tǒng)包括四個子系統(tǒng):富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)以及污染物脫除系統(tǒng)；所述富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)分別與其它三個子系統(tǒng)相連，其高溫高壓蒸汽出口與蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽輪機11入口相連，其旋風分離器組7的煙氣出口分別與熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的煙氣入口和污染物脫除系統(tǒng)的低溫省煤器23煙氣入口相連；此外，熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的煙氣出口還與污染物脫除系統(tǒng)的煙氣入口相連。
[0019]所述富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)包括給煤機1、碎煤機2、爐膛3、分離器5、回料器6和旋風分離器組7等部分；所述的給煤機1出口通過碎煤機2與爐膛3相連，石灰石與煤粉一并進入爐膛，爐膛3的煙氣出口與分離器5相連；分離器5的出口分兩路，一路是分離器的固體顆粒出口通過回料器6與爐膛3相連，另一路是分離器的煙氣出口與飛灰倉8相連；其中，煙氣出口分兩路，一路進入熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，另一路與在熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中放熱后的煙氣匯合；匯合后的煙氣分兩路，一路作為循環(huán)煙氣分別與回料器6和爐膛3相連，另一路進入污染物脫除系統(tǒng)處理；爐內(nèi)受熱面4出口的高溫高壓蒸汽與蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽輪機11入口相連，爐內(nèi)受熱面4入口 A’與熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中省煤器19的給水出口 A’相連；氧氣入口通過風機II 10與爐膛3相連。
[0020]所述蒸汽循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，蒸汽輪機11的蒸汽入口與富氧無焰燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)相連，蒸汽出口與凝汽器13入口相連，凝汽器13的凝結(jié)水出口分兩路，分別通過回熱加熱單元14和低溫省煤器23加熱匯合后與熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的省煤器19給水入口 A相連；所述蒸汽輪機11還與發(fā)電機II 12同軸相連。
[0021]所述熱空氣循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，來自富氧無焰燃燒