专利名称：一种综合利用煤炭的燃蒸馏循环产动联供设备的制作方法
一种燃蒸联合循环电热联供设备，它属于机械动力设备，用煤碳资源的综合利用，可以得到多种产品输出。
煤碳资源是世界上储藏量最多的一种能源形式。但是使用普通锅炉提供热源，并用蒸汽轮机推动发电机发电，会产生较严重的污染，能量转换效率也较低。现在多发展污染少的蒸汽——燃气联合循环机组发电装置(GCC)，但在一般的联合循环装置中，都是用天然气或液化天燃气作为燃料，不能作直接利用储量丰富的煤碳资源。为利用煤碳资源，现在有个别的电站采用在蒸汽——燃气联合循环机组发电装置前加装水煤气发生装置的方法，用加氢加温使煤碳中的有机物和复合碳分解成为水煤气，以供蒸汽——燃气联合循环装置中的燃气发生器使用。这种方法称为使用煤碳的蒸燃联合循环动力装置(IGCC)。这种方法解决了利用煤碳资源的问题。但是，为燃气发生器提供水煤气的水煤气发生装置不能很好的利用煤碳资源，其中的多种有机成分和高价质的焦碳都被分解用于制造燃气发电。煤碳的综合应用程度很低，发电成本较高。同时水煤气制造过程中的剩余物质也将对环境产生污染。
本发明的目的是发明一种综合利用煤碳的燃蒸循环产动联供设备，它使用煤碳做原始燃料，综合提供焦碳，煤焦油和电力，充分利用资源，减少环境污染，降低生产成本。
本发明的结构如附
图1所示，它有空气压气机28、燃气室26，燃气涡轮23、动力涡轮22、余热涡炉20、吸热器19、蒸汽透平机12、散热簧14、发电机13和发电机18；空气压气机28通过传动轴24与燃气涡轮23相连，在燃烧室26中有燃料喷嘴27与燃料输送管1相连，动力涡轮22的余热燃气排出口与余热锅炉20相连，吸热器19装于余热锅炉20中，其内有热工介质，输出口与蒸汽透平机12的入口相连；蒸汽透平机12热工介质排出端与散热器14相连，在散热器14和吸热器19间接有循环水泵17；发电机13和发电机18分别与蒸汽透平机12和动力涡轮22相接并由它们驱动，其特征在于在燃料输送管1前接有数控流量阀4，有煤碳焦化炉2，煤碳焦化炉2的燃气排气口与数控流量阀4相接；在煤碳焦化炉2的燃气排气口处装有温度传感器3，在动力涡轮22和吸热器19的输出口分别装有温度传感器21和15，有中央控制计算机11和在装置前的信息通道交换口10，中央控制计算机11通过标准串行通信接口与信息通道交换口1O相连，在信息通道交换口10中分别插有与温度传感器3，15和21相连的测量匹配模块5、8和7，有用于驱动循环水泵17的可变频电流变换器16，在信息通道交换口10中分别插有与数控流量阀4和可变频电流变换器16相连并对其进行控制的控制匹配模块6和9。
附图1为本发明的结构与控制示意图。
本发明有空气压气机28、燃气室26，燃气涡轮23、动力涡轮22、余热涡炉20、吸热器19、蒸汽透平机12、散热簧14、发电机13和发电机18。空气压气机28通过传动轴24与燃气涡轮23相连。在燃烧室26中有燃料喷嘴27与燃料输送管1相连。动力涡轮22的余热燃气排出口与余热锅炉20相连。吸热器19装于余热锅炉20中，其内有热工介质，输出口与蒸汽透平机12的入口相连。蒸汽透平机12热工介质排出端与散热器14相连。在散热器14和吸热器19间接有循环水泵17。发电机13和吸热器19分别与蒸汽透平机12和动力涡轮22相接并由它们驱动。在燃料输送管1前接有数控流量阀4。有煤碳焦化炉2，它的燃气排气口与数控流量阀4相接。在煤碳焦化炉2的燃气排气口处、动力涡轮22和吸热器19的输出口分别装有温度传感器3、21和15。有中央控制计算机11和在装置前的信息通道交换口10。中央控制计算机11通过标准串行通信接口与信息通道交换口10相连。在信息通道交换口10中分别插有与温度传感器3，15和21相连的测量匹配模块5、8和7。有用于驱动循环水泵17的可变频电流变换器16。在信息通道交换口10中分别插有与数控流量阀4和可变频电流变换器16相连并对其进行控制的控制匹配模块6和9。
本发明的工作原理如下作为本发明使用的原料煤碳在送入煤碳焦化炉2中后，被加温并通入适量空气燃烧，煤碳中的各种有机物煤气化、分离，并部分分解。在气体输出口处，汽化温度较高的焦油和苯酚部分离作为产品输出，而主要由氢气、一氧化碳，甲烷等组成的汽化温度较低的可燃气体则经数控流量阀4通过燃料输送管1和燃料喷嘴27送入燃烧室26。由空气压气机28、燃烧室26和燃气涡轮23组成的产生动力的核心发动机与现在的燃气机一样，在燃烧室26中，煤碳焦化炉2产生的可燃气体与经空气压气机28压缩后的空气混合后燃烧，释放热量，产生高温燃气。高温高压燃气在燃气涡轮23处膨胀做功，推动燃气涡轮23转动。而燃气涡轮23反过来通过传动轴24带动空气压气机28转动以压缩空气，维持正常运转。通过燃气涡轮23后的燃气还含有大量的内能。流到动力涡轮22处后继续膨胀做功，能量由动力涡轮22吸收转变为机械能后由动力涡轮22输出带动发电机18转动。发电机18把机械能转变为电能后以电能的形式输出。通过动力涡轮22后的燃气，还含有一定的低热能量，使用余热涡炉20回收。在余热涡炉20中，燃气首先经过吸热器19，加热其中的热工介质，使之变成饱和蒸汽。饱和蒸汽在蒸汽透平机12中做功，推动蒸汽透平机12中的转子转动，从而带动发电机13转动发电。经过蒸汽透平机12的热工介质进入散热器14后冷凝。在散热器14中，热工介质把多余的热量传递给冷却水。冷却水可作为提供使用。循环水泵17把输送回吸热器19中加热，循环使用。
本发明的控制原理如下中央控制计算机11在控制程序的控制下，采用定时中断扫描的方法，通过标准串行通讯接口发出要采集或(和)控制的适配模块地址选通信号。信息通道交换口10在收到地址选通信号后，根据其地址值选通相应的适配模块。若是中央控制计算机11选通的是测量适配模块，需要采集某一处的温度信息。这时相应的测量适配模块就把所连接传感器得到的模拟物理量经A/D变换后反送回中央控制计算机11。若是中央控制计算机11选通的是控制适配模块，需要改变控制阀门或循环泵的运行参数时，中央控制计算机11接着发出新的运行参数的数字值，由控制适配模块接收并锁存，然后进行D/A变换驱动相应的被控器件。例如，中央控制计算机11定时发出选通与温度传感器15相连的测量适配模块8的地址选通信号。信息通道交换口10通过标准串行通讯接口接收后选通相应的测量适配模块8。选通后，测量适配模块8把由温度传感器15得到的温度值经A/D变换后反送回中央控制计算机11。中央控制计算机11把测量值与控制模型进行比较。在温度较高时，通过串口发出选通与循环水泵17的可变频电流变换器16相连并对其进行控制的控制适配模块9被选通后。中央控制计算机11发出增加输送排量的控制数字量，由控制适配模块9接收并锁存。然后控制适配模块9把其数字量变为相应的控制量(输出电压和频率)驱动可变频电流变换器16，以增加循环水泵17的功率，从而增大排量。整个控制过程是一个多因素多控制量的控制，但控制过程一样。
在本发明中，使用煤碳焦化炉对原料煤碳进行初步处理，分解煤碳中的各个有用部分，其中燃烧值最高的部分为焦碳输出，以供要求高温热源的场合使用(如钢铁冶炼)。而煤碳中的有机成分解分离出来，其中的焦油和苯酚为高级化工原料，低成本的可燃气体用于燃烧发电。使用燃蒸联合方法，通过燃气发生器产生高温燃气驱动力力涡轮传动，把大部分热能转换为机械能。再通过动力涡轮所带的发电机发电，提供部分电力输出。做功后的燃气还含有一定热能，用于在余热锅炉中加热热工介质，使之汽化成为高温蒸气，高温蒸汽在蒸汽透平机中膨胀做功，带动发电机转动，输出另一部分电能。做功后的热工介质在散热器14中冷却液化，用于加热散热器中的工业及民用热水。由于煤碳能量经高温焦碳，中高温燃气发电、余热蒸气透平发电和工业及民用热水四个层次利用，充分利用了它的能量资源，热利用效率高。煤碳在使用时，其焦碳、焦油和苯酚作为产品输出，而不是只以电能为唯一的产品，保留了更高的经济价值。其发电只使用了煤碳中的低组分有机物，生产成本低，经济效益高。同时，由于煤中的各种成分被充分利用，减小了普通煤碳发电时产生的非可燃物排放产生的污染问题。而且在发电中使用的分解可燃气体中，碳的含量较低，因此在相同发电量时，二氧化碳的排数量也比常规方法低，达到了减少污染的目的。使用中央控制计算机、信息通道交换口加各种适配模块的机电一体化测控方式，可使系统运行在最佳工作状态。
本发明中，由空气压气机28、燃烧室26和燃气涡轮23组成的产生动力的核心发动机和动力涡轮联合体可以使用国产YD-3(SK)，也可以使用相似的机组，余热锅炉20可以直接采用在YD-3(SK)排气道中加盘管式吸热器19的方法实现。蒸汽透平机12可以使用发电站使用的普通低压汽轮机。发电机13和18可以使用普通的同步交流发电机组，也可以使用如专利申请号为CN91101413.6的全速稀土同步电机，使用变频技术，可以不控制动力涡轮22和蒸汽透平机12的转速。这样的装置将有大约8MW的电能输出和2MW的供热能量输出。
在本发明中，信息通道交换口10和中央控制计算机11可以和本发明中的核心发动机部分，动力涡轮部分以及供热组件部分的测控装置共用，在信息通道交换口10中插入与这些装置测控器件相连的测量或控制适配模块，并在中央控制计算机轮11中装入相应的控制程序。
在本发明中，中央控制计算机11可以选用美国OPTO 22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。信息通道交换口10可以选用美国ME公司的I/O 32，或是美国OPTO 22公司的PB16AH。测量适配模块可以采用OPTO 22公司的AD3或类似的A/D转换模块。控制适配模块可选用OPTO 22公口司的DF3或类似的D/F转换模块。
在本发明中，数控流量阀4可以使用如专利号为CN91232100的数控阀门，或是使用如专利号为CN89102085的数控阀门。循环水泵17为可变频电流变换器16驱动的液体泵。可变频电流变换器16可以使用如专利申请号为CN91101413.6的可变频电流变换器，也可以使用如专利号为CN91200002的可变频电流变换器。循环水泵17还可以使用如专利号为CN92209705的机电一体化数控锅炉给水泵。
权利要求
1.一种综合利用煤碳的燃蒸循环产动联供设备，它有空气压气机(28)、燃气室(26)，燃气涡轮(23)、动力涡轮(22)、余热涡炉(20)、吸热器(19)、蒸汽透平机(12)、散热簧(14)、发电机(13)和发电机(18)；空气压气机(28)通过传动轴(24)与燃气涡轮(23)相连，在燃烧室(26)中有燃料喷嘴(27)与燃料输送管(1)相连，动力涡轮(22)的余热燃气排出口与余热锅炉(20)相连，吸热器(19)装于余热锅炉(20)中，其内有热工介质，输出口与蒸汽透平机(12)的入口相连；蒸汽透平机(12)热工介质排出端与散热器(14)相连，在散热器(14)和吸热器(19)间接有循环水泵(17)；发电机(13)和发电机(18)分别与蒸汽透平机(12)和动力涡轮(22)相接并由它们驱动，其特征在于在燃料输送管(1)前接有数控流量阀(4)，有煤碳焦化炉(2)，煤碳焦化炉(2)的燃气排气口与数控流量阀(4)相接；在煤碳焦化炉(2)的燃气排气口处装有温度传感器(3)，在动力涡轮(22)和吸热器(19)的输出口分别装有温度传感器(21)和(15)，有中央控制计算机(11)和在装置前的信息通道交换口(10)，中央控制计算机(11)通过标准串行通信接口与信息通道交换口(10)相连，在信息通道交换口(10)中分别插有与温度传感器(3)，(15)和(21)相连的测量匹配模块(5)、(8)和(7)，有用于驱动循环水泵(17)的可变频电流变换器(16)，在信息通道交换口(10)中分别插有与数控流量阀(4)和可变频电流变换器(16)相连并对其进行控制的控制匹配模块(6)和(9)。
全文摘要
一种综合利用煤炭的燃蒸循环产动联供设备，使用煤炭焦化炉对原料煤炭进行初步处理，分解其中各有用部分，燃烧值最高的部分为焦炭，而煤炭中的有机物解分离，其中的焦油和苯酚为高级化工原料，低成本的可燃气体用于燃烧发电。使用燃蒸联合方法，把大部分热能转换为机械能。做功后的热工介质用于加热散热器中的工业及民用热水，热利用效率高。焦炭、焦油和苯酚作为产品输出，保留了更高的经济价值。由于煤中的各种成分被充分利用，减小了非可燃物排放产生的污染问题。
文档编号F02C1/00GK1135570SQ95104179
公开日1996年11月13日 申请日期1995年5月9日 优先权日1995年5月9日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂