一种利用汽轮机的混合工质处理方法与流程

本发明涉及火力发电技术领域，具体而言，涉及一种利用汽轮机的混合工质处理方法。

背景技术：

目前，由于化石能源的大量使用和日渐枯竭，人们的生存受到了较大的威胁，因此，“能源、环境与发展”成为了现下研究的三大主题，如何大幅提高能源利用率的同时减少对环境的污染是发展可持续性绿色资源战略的主要目标。在煤炭利用方面，是以煤或焦炭为原料，以氧气、水蒸气作为气化剂，在高温高压环境下使煤或焦炭气化成可燃气体(ch4、h2等)、h2o、co2以及灰渣等，从而实现煤炭的高效利用。在煤炭气化过程中，会使用汽轮机，传统的汽轮机以蒸汽为介质进行朗肯循环，从而实现化学能与清洁电能之间的转换和利用。近年来，业内先后出现了亚临界、超临界、超超临界的一次再热式汽轮机发电机组以及二次再热式机组，这些机组的效率有所提高，但对于煤炭高效利用过程中产生的大量高温、高压的超临界h2o和co2的混合物的处理，对于污染物二氧化碳的排放，却没有较好的成效。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种利用汽轮机的混合工质处理方法，此方法不仅能够对二氧化碳进行充分利用，还能够有效避免二氧化碳的排放污染。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种利用汽轮机的混合工质处理方法，其包括以下步骤：将煤炭气化分离后的混合工质通往汽轮机；其中，混合工质包括水蒸气和二氧化碳，汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，高压缸的正数第1～3压力级的流道均涂覆有抗氧化涂层，低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有防腐涂层；然后使经过汽轮机的混合工质进入冷凝器；待混合工质从冷凝器排出后，对混合工质中的二氧化碳进行收集。

在本发明的较佳实施例中，混合工质经调节阀、并通过进汽室进入汽轮机，调节阀的阀门以及进汽室均涂覆有抗氧化涂层。通过控制调节阀开度，能够调节进入汽轮机的混合工质的流量，从而实现机组变工况运行。

在本发明的较佳实施例中，抗氧化涂层选自氮化硼涂层、铝硅合金涂层、纯铝涂层和有机硅涂层中的任意一种。基于二氧化碳和水蒸气热力参数和物性参数的不同，并且基于二氧化碳与水蒸气比例不同的情况，设置了多种涂层，以保证部件能够有效抗氧化。在涂覆涂层时，抗氧化涂层优选通过火焰喷涂的方式进行涂覆。

在本发明的较佳实施例中，冷凝器内涂覆有防腐涂层。在冷凝器内，水蒸气也会凝结成液态水，与二氧化碳共同形成弱酸环境，防腐涂层能够有效避免冷凝器受损。

在本发明的较佳实施例中，防腐涂层选自陶瓷粉末涂层和有机粉末涂层中的任意一种。陶瓷粉末涂层和有机粉末涂层均能够有效防腐，优选陶瓷粉末涂层。

在本发明的较佳实施例中，在混合工质从冷凝器排出之后，在对混合工质中的二氧化碳进行收集之前，还包括：对二氧化碳进行干燥。

本发明实施例的一种利用汽轮机的混合工质处理方法的有益效果是：煤炭气化使得煤中的有机质与气化剂发生一系列化学反应，得到含有氢气、甲烷等可燃气体和二氧化碳等非可燃气体的合成气，经分离后，可燃气体被收集利用，剩下包括二氧化碳和水蒸气的混合工质。由于经过煤炭气化，所以混合工质携带了大量热量，当包括二氧化碳和水蒸气的混合工质进入汽轮机后，能在通流部分做功，将热能转化为机械能，用于带动发电机发电。做功后的混合工质进入冷凝器降温，水蒸气被液化，从冷凝器排出时，仍为气态的二氧化碳被收集封存，液化后的液态水可以重新进入煤炭气化装置，实现循环。在以上过程中，由于利用了二氧化碳，所以针对性设置，在高压缸的正数第1～3压力级的流道涂覆抗氧化涂层，保证水蒸气和二氧化碳形成的混合流经过的高温部件都具有抗氧化特性；而且，当混合工质流经低温低压段时，部分相变凝结的水蒸气与二氧化碳会形成弱酸环境，因此在低压缸的倒数第1～3压力级的流道全面涂覆防腐涂层，以避免设备部件受到腐蚀。

本发明的实施例不仅能利用煤炭气化的主要产物——二氧化碳——通过本发明实施例的汽轮机进行发电，输出稳定清洁的电能，而且，高温的二氧化碳做功后还可以凭借与水的物理性质的差异来实现收集封存，以此减少碳排放，达到煤炭清洁、高效利用的目的。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的混合工质处理方法所利用的系统的局部示意图；

其中，附图标记汇总如下：

调节阀101；前轴承箱102；汽轮机本体103；后轴承箱104；冷凝器105；发电机106；二氧化碳存储装置107。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

实施例一

本实施例提供了一种利用汽轮机(超超临界50mw单缸单排的机组)的混合工质处理方法，所利用的系统参见图1，该处理方法具体包括以下步骤：

s1.对煤炭进行气化和分离，得到体积比为9：1的水蒸气和二氧化碳(混合工质)；

s2.打开调节阀101，使混合工质进入汽轮机(本实施例中将汽轮机拆分为前轴承箱102、汽轮机本体103、后轴承箱104展示)做功，将热能转化为机械能，以带动发电机106发电；其中，汽轮机的高压缸的正数第1～3压力级的流道均涂覆有纯铝涂层，低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有陶瓷粉末涂层；

s3.使经过汽轮机的混合工质进入冷凝器105降温，二氧化碳仍为气态，而水蒸气凝结，成为液态水；

s4.利用二氧化碳存储装置107对步骤s3得到的二氧化碳进行除湿封存，使液态水重新进入煤炭气化系统循环。

实施例二

本实施例提供了一种利用汽轮机(超超临界300mw三缸两排的一次再热机组)的混合工质处理方法，包括以下步骤：

s1.对煤炭进行气化和分离，得到体积比为8：2的水蒸气和二氧化碳(混合工质)；

s2.打开调节阀，使混合工质进入汽轮机高压通流部分做功，将热能转化为机械能，带动发电机发电；而后，使混合工质进入再热器，再热器保持与主汽相同的温度，使混合工质重新加热，待吸收热量后再通往汽轮机的中压通流部分和低压通流部分做功，将热能转化为机械能，带动发电机发电；

其中，汽轮机的高压缸的正数第1～3压力级的流道均涂覆有氮化硼涂层，低压缸的倒数第1～3压力级的流道均涂覆有陶瓷粉末涂层；

s3.使经过汽轮机的混合工质进入冷凝器降温，二氧化碳仍为气态，而水蒸气凝结，成为液态水；

s4.利用二氧化碳存储装置对步骤s3得到的二氧化碳进行除湿封存，使液态水重新进入煤炭气化系统循环。

本发明的实施例中，汽轮机均指蒸汽轮机。汽轮机参数涵盖亚临界、超临界以及超超临界，机组功率涵盖50mw～1000mw，机组型式可以是单缸单排气也可以是多缸多排气，再热型式可以是一次再热也可以是多次再热。若汽轮机为再热式汽轮机，则混合工质进行多次做功发电。

另外，对于包括调节阀、汽轮机、冷凝器等的整个煤炭气化系统，为了对部件起到充分保护，也可以使冷凝器与煤炭气化系统的循环水泵之间的流道涂覆防腐涂层。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。