一种燃煤的超临界水热燃烧发电装置制造方法
【专利摘要】本发明属于煤的清洁燃烧发电领域，特别涉及一种燃煤的超临界水热燃烧发电系统。包括水煤浆储罐、水煤浆高压泵、第一换热器、氧化剂储槽、氧化剂高压泵、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第一受热面、第二受热面、水热燃烧反应器、高压水力旋流器、储渣槽、高压气液分离器、水轮机、气体透平、液体二氧化碳储罐、洁净水箱、高压洁净水泵、第五换热器、汽轮机等重要设备，该系统无硫氧化物、氮氧化物、重金属污染物、粉尘排放，环保效益好；将产生的热能和压能全部利用，发电效率高；以液态形式将二氧化碳捕集，实现了二氧化碳的零排放。
【专利说明】一种燃煤的超临界水热燃烧发电装置
【技术领域】
[0001]本发明属于煤的清洁燃烧发电领域，特别涉及一种燃煤的超临界水热燃烧发电系统。
【背景技术】
[0002]常规火电厂的燃煤发电系统，是在以空气为氧化剂的气态环境下“一把火烧煤”，每年将向环境排放大约930万吨硫氧化物、860万吨氮氧化物、360万吨粉尘，造成了巨大的能源消耗和环境污染，我国二氧化碳排放量早已超过美国成为世界第一，加剧了温室效应。所以，火电厂必须进行脱硝、脱硫、除尘和碳减排。然而，当前我国燃煤火电厂脱硫脱硝、除尘及碳减排方面的形势不容乐观。据环保部测算，到2015年我国火电厂现役机组进行脱硫、脱硝、除尘改造及新建机组加装脱硫、脱硝及除尘设施投资约需2600亿元，每年的运行费用高达900多亿，耗费巨大。而且，如果加装碳捕集装置，火电厂的净发电效率还将降低6%以上,经济性大大降低。
[0003]鉴于当前我国火电厂燃煤现状，开发一种低硫氧化物、低氮氧化物、无粉尘及二氧化碳排放的新型高效煤电转化技术，对于我国能源经济的可持续发展十分必要。煤的超临界水热燃烧的发电技术即是一种新型的煤炭清洁燃烧发电技术，它充分利用了超临界水的特殊性质，将超临界水热燃烧技术引入到煤电转化领域，形成煤的超临界水热燃烧发电技术。
[0004]超临界水是指温度和压力均在其临界点(374.15° C，22.1MPa)以上的水，与常态水相比，超临界水的主要物性参数如密度、粘度、离子积和介电常数均明显下降，扩散系数较高，传质性能好，可与非极性气体(如氧气、氮气等)和烃类物质完全互溶，而无机盐类则几乎不溶。煤的超临界水热燃烧技术，使得水煤浆和氧化剂在超临界水中发生有火焰的燃烧反应。一般而言，水煤浆可在五秒内完全燃尽，燃烧速率快。
[0005]基于煤的超临界水热燃烧的发电系统，不仅比常规火电厂的发电效率更高，而且不会排放硫氧化物、氮氧化物、粉尘等污染物，还能实现二氧化碳的零排放，环保效益非常好。当前，煤的超临界水热燃烧发电系统尚在构建之中。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题:如何提供一种燃煤的超临界水热燃烧发电系统，实现煤电的高效转化，并无硫氧化物、氮氧化物、粉尘等污染物排放，同时实现二氧化碳的零排放。
[0007]本发明所采用的技术方案是:燃煤的超临界水热燃烧发电系统，水煤浆储罐入口与水煤浆输入连接，水煤浆储罐出口与水煤浆高压泵吸入口连接，水煤浆高压泵出口与第一换热器冷流体入口连接，第一换热器冷流体出口与第一受热面入口连接，第一受热面出口与水热燃烧反应器燃料进口连接；氧化剂储槽入口与氧化剂输入连接，氧化剂储槽出口与氧化剂高压泵吸入口连接，氧化剂高压泵出口与第二换热器冷流体入口连接，第二换热器冷流体出口与第三换热器冷流体入口连接，第三换热器冷流体出口与第四换热器冷流体入口连接，第四换热器冷流体出口与水热燃烧反应器氧化剂入口连接；水热燃烧反应器出口与高压水力旋流器入口连接，高压水力旋流器底部出口与储渣槽连接，顶部出口与第五换热器热流体入口连接，第五换热器热流体出口与第四换热器热流体入口连接，第四换热器热流体出口与第一换热器热流体入口连接，第一换热器热流体出口与高压气液分离器入口连接，高压气液分离器底部出口与水轮机入口连接，水轮机出口与水煤浆储罐顶部入口连接，高压气液分离器顶部出口与气体透平入口连接，气体透平出口与第二换热器热流体进口连接，第二换热器出口与二氧化碳储罐入口连接；洁净水输入连接洁净水箱入口，洁净水箱底部出口与高压泵吸入口连接，洁净水高压泵出口与第五换热器冷流体入口连接，第五换热器冷流体出口与第二受热面入口连接，第二受热面出口与汽轮机的蒸汽入口连接，汽轮机蒸汽出口与第三换热器热流体入口连接，第三换热器热流体出口与洁净水箱上部入口连接。
[0008]作为一种优选方式:所述第一受热面和第二受热面布置在水热燃烧反应器内。所述水煤浆按照发热量折算为标准煤的水煤浆，标准煤的质量浓度不低于35wt%。所述洁净水为直流电站锅炉给水，所述氧化剂为液氧。本系统中使用多种阀门包括截止阀、止回阀、调节阀等。
[0009]本发明是有益效果是:本发明将热能和压能予以充分利用，能量利用效率高；无硫氧化物、氮氧化物及粉尘排放，不产生重金属污染物；实现了二氧化碳减排和水资源的循环利用。
[0010]具体描述如下:
水煤浆经过超临界水热燃烧反应，煤中重金属均转化为无害的、稳定态的氧化物；硫、氯和磷等杂原子全部氧化为相应的无机酸根离子，与其它金属离子如钾、钠、铁等形成无机盐。这些固态无机物和灰渣经高压水力旋流器从系统中脱除。煤中碳元素完全燃烧成为二氧化碳、氮转化为氮气、氢转化为水。整个系统无粉尘、硫氧化物、氮氧化物排放，清洁环保。
[0011]反应后流体中超临界水和二氧化碳的热能按照品位高低实现了梯级利用，之后形成了高压水和高压二氧化碳气体的两相混合物。再经气液分离，分别获得高压液体水和高压二氧化碳气体，利用水轮机发电机组回收了高压水的压能，利用气体透平发电机组回收了高压二氧化碳气体的压能。整个系统不需采用背压阀等节流耗能装置，即可将压能完全回收，能量利用效率高。
[0012]反应后的水用于回收再制备水煤浆，二氧化碳依次经过降压、冷凝后变成液态，利用二氧化碳储罐收集。系统实现了资源的循环利用，以及二氧化碳的减排。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明燃煤的超临界水热燃烧发电系统的结构示意图。
[0014]图中:1、水煤浆输入；2、水煤浆储罐；3、高压水煤浆泵；4、第一换热器；5、第一受热面；6、氧化剂输入；7、氧化剂储槽；8、高压氧化剂泵；9、第二换热器；10、第三换热器；
11、第四换热器；12、水热烧反应器；13、高压水力旋流器；14、除渣槽；15、第五换热器；16、高压气液分离器；17、水轮机；18、气体透平；19、二氧化碳储罐；20、洁净水输入；21、洁净水箱；22、高压洁净水泵；23、第二受热面；24、蒸汽轮机。【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本发明的【具体实施方式】如下:
水煤浆储罐2入口与水煤浆输入I连接，水煤浆储罐2出口与水煤浆高压泵3吸入口连接，水煤浆高压泵3出口与第一换热器4冷流体入口连接，第一换热器4冷流体出口与第一受热面5入口连接，第一受热面5出口与水热燃烧反应器12燃料进口连接；氧化剂储槽7入口与氧化剂输入6连接，氧化剂储槽7出口与氧化剂高压泵8吸入口连接，氧化剂高压泵8出口与第二换热器9冷流体入口连接，第二换热器9冷流体出口与第三换热器10冷流体入口连接，第三换热器10冷流体出口与第四换热器11冷流体入口连接，第四换热器11冷流体出口与水热燃烧反应器12氧化剂入口连接；水热燃烧反应器12出口与高压水力旋流器13入口连接，高压水力旋流器13底部出口与储渣槽14连接，顶部出口与第五换热器15热流体入口连接，第五换热器15热流体出口与第四换热器11热流体入口连接，第四换热器11热流体出口与第一换热器4热流体入口连接，第一换热器4热流体出口与高压气液分离器16入口连接，高压气液分离器16底部出口与水轮机17入口连接，水轮机17出口与水煤浆储罐2顶部入口连接，高压气液分离器16顶部出口与气体透平18入口连接，气体透平18出口与第二换热器9热流体进口连接，第二换热器9出口与二氧化碳储罐19入口连接；洁净水输入20连接洁净水箱21入口，洁净水箱21底部出口与高压泵22吸入口连接，洁净水高压泵22出口与第五换热器15冷流体入口连接，第五换热器15冷流体出口与第二受热面23入口连接，第二受热面23出口与汽轮机24的蒸汽入口连接，汽轮机24蒸汽出口与第三换热器10热流体入口连接，第三换热器10热流体出口与洁净水箱21上部入口连接。
[0016]本发明的工作流程可以描述如下:水煤浆经水煤浆输入I输入至水煤浆储罐2，再经高压水煤浆泵3被泵入第一换热器4，并在第一换热器4内被加热，然后水煤浆进入第一受热面5进行二次加热，至此水煤浆加热完毕，进入水热燃烧反应器12的燃料进口。氧化剂经氧化剂输入6输入至氧化剂储槽7，再经高压氧化剂泵8被依次泵入第二换热器9、第三换热器10和第四换热器11，在三个换热器内被逐级加热，然后进入第一受热面5进行二次加热，至此氧化剂加热完毕，进入水热燃烧反应器12的氧化剂进口。水煤浆和氧化剂在水热燃烧反应器12内发生水热燃烧反应，将水煤浆完全燃烧，放出的热量用于加热第一受热面5和第二受热面23内的流体。反应产物从水热燃烧反应器12底部出口留出，高压水力旋流器13将固体无机物脱除系统，脱除的固体渣用储渣槽14收集。高压水力旋流器13顶部出口留出的二氧化碳和超临界水等混合流体，依次经过第五换热器15、第四换热器11、第一换热器4，冷却为气体二氧化碳和液体水的两相流体，再经高压气液分离器16，气体二氧化碳和液体水实习分离。高压气液分离器16液体出口的高压水，经水轮机17膨胀做功后，进入水煤浆储罐2，进行循环使用。高压气液分离器16分离出的气体二氧化碳通过气体透平18将压能利用，而后再经第二换热器9冷却为液态，进入二氧化碳储槽19收集。洁净水通过洁净水输入20输入至洁净水箱21，再经高压洁净水泵22泵入第五换热器15进行加热，之后进入第二换热器23继续加热至过热状态，随后进入汽轮机24做功发电(汽轮机连接发电机)，从汽轮机24出来的洁净水进入第三换热器10被冷凝至过冷态，最后回到洁净水箱21，进行循环利用。
[0017]表I
【权利要求】
1.燃煤的超临界水热燃烧发电系统，其特征在于:水煤浆储罐入口与水煤浆输入连接，水煤浆储罐出口与水煤浆高压泵吸入口连接，水煤浆高压泵出口与第一换热器冷流体入口连接，第一换热器冷流体出口与第一受热面入口连接，第一受热面出口与水热燃烧反应器燃料进口连接；氧化剂储槽入口与氧化剂输入连接，氧化剂储槽出口与氧化剂高压泵吸入口连接，氧化剂高压泵出口与第二换热器冷流体入口连接，第二换热器冷流体出口与第三换热器冷流体入口连接，第三换热器冷流体出口与第四换热器冷流体入口连接，第四换热器冷流体出口与水热燃烧反应器氧化剂入口连接；水热燃烧反应器出口与高压水力旋流器入口连接，高压水力旋流器底部出口与储渣槽连接，顶部出口与第五换热器热流体入口连接，第五换热器热流体出口与第四换热器热流体入口连接，第四换热器热流体出口与第一换热器热流体入口连接，第一换热器热流体出口与高压气液分离器入口连接，高压气液分离器底部出口与水轮机入口连接，水轮机出口与水煤浆储罐顶部入口连接，高压气液分离器顶部出口与气体透平入口连接，气体透平出口与第二换热器热流体进口连接，第二换热器出口与二氧化碳储罐入口连接；洁净水输入连接洁净水箱入口，洁净水箱底部出口与高压泵吸入口连接，洁净水高压泵出口与第五换热器冷流体入口连接，第五换热器冷流体出口与第二受热面入口连接，第二受热面出口与汽轮机的蒸汽入口连接，汽轮机蒸汽出口与第三换热器热流体入口连接，第三换热器热流体出口与洁净水箱上部入口连接。
2.根据权利要求1所述的燃煤的超临界水热燃烧发电系统，其特征在于:所述第一受热面和第二受热面布置在水热燃烧反应器内。
3.根据权利要求1所述的燃煤的超临界水热燃烧发电系统，其特征在于:所述洁净水为直流电站锅炉给水，所述氧化剂为液氧。
4.根据权利要求1所述的燃煤的超临界水热燃烧发电系统，其特征在于:所述水煤浆按照发热量折算为标准煤的水煤浆，标准煤的质量浓度不低于35wt%。
【文档编号】F23K5/00GK103925587SQ201410148717
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】马红和, 周璐, 范江, 马素霞, 赵泽青 申请人:太原理工大学