专利名称：涡轮发电机利用煤燃气发电的方法及专用煤燃气发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电方法及配套的燃气发生设备，确切地说是一种涡轮发电机利用煤燃气发电的方法及专用煤燃气发生装置。
背景技术：
目前，为了更充分地利用煤炭资源，同时尽可能地满足节能环保的要求，已出现煤变油、甲醇、乙醇、各种煤气等各种更有效的利用方式。其中，节能、减排和降污效果最为明显的方式是利用现有煤气发生炉生成燃气。但是，现有的煤气发生炉仅用于炉、窑、烘制等方面，不适合应用在消耗煤炭大户火力发电行业，即发电行业无法改用煤气发生炉产生的燃气发电。其原因是煤气发生炉用空气作气化剂与煤炭制造煤气，而这种煤气较好的成份含量是氮气50%、一氧化碳25%、氢气10%等，含有大量灰尘和难以克服的焦油，即使用除尘装置、电捕焦油设施均无法得到理想的能直接用于涡轮发电机发电的燃气。另外，现有用煤炭生成燃气的产生大量的半煤焦使成本过高，也是发电行业无法用该燃气发电的重要原因。因此，火力发电行业始终是低产能、高污染的行业。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮发电机利用煤燃气发电的方法及专用煤燃气发生装置，它可生成直接供现有涡轮发电机使用煤燃气，且煤转燃气的成本较低，利用煤燃气供涡轮发电机发电，可解决现有火力发电行业高污染、低产能的问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的提出具体方案实现煤燃气用于涡轮发电以及涡轮发电机排出高温气体的使用氧气与蒸汽混合与碳反应制造燃气；一是，氧气和蒸汽摩尔数比6 4混合从底部进、上入上段(8内的自燃煤层构成剧烈自燃产生高温气、 高温碳6摩尔氧气与6摩尔碳自燃时发生5摩尔一氧化碳和少量甲烷，同时放出和一氧化碳反应相等高温热量及同温热碳。4摩尔高温热碳匹配4摩尔蒸汽反应发生4摩尔氢气 (含甲烷)、4摩尔一氧化碳。二是，消除79%氮气混入和一氧化碳反应过程被吸收约2000KJ/ m3热能，从而使节省出的热能用于吸收蒸汽与高温碳发生更好的气化，同时也使整个过程气体流速降低，明显减少灰尘、焦油跟随飘流。三是，蒸汽与高温碳是吸收氧气与碳反应一氧化碳放出热能还原平衡，匹配等量蒸汽与热碳产生转换相同能量的；氢气和甲烷、一氧化碳，从而解决氧与碳反应过程热能用蒸汽转换，消除热能随氮气流失。实现这一技术方案是在燃气发生器内；氧气、蒸汽与原料煤炭反应产生的煤燃气含量达到一氧化碳>50%、氢气>20%，少量甲烷。这种煤燃气以600-800°C温度再进入净化器；与焦炭或秸秆、植物杆茎粉碎加工后做为被蒸馏原料，反应产出煤燃气最终成份是一氧化碳>50%、氢气>25%、甲烷 10%，热值>12000KJ/m3。更重要的是利用焦炭或秸秆、植物杆茎在缺氧条件下只能处于蒸馏，构成进一步过滤、吸收灰尘、焦油，使的无氮煤燃气净化程度可直接用于燃气涡轮、燃气内燃机使用。煤炭燃烧要节省和能效成倍提高，在于煤燃气能够作为燃气涡轮使用的燃料并使其发电，借发电后涡轮排出高温气体、又喷出流向于火力发电锅炉替代煤粉燃烧，将煤炭燃烧放出热能利用率提高到75%—80%已成定论。煤燃气涡轮发电与火力发电厂联接。煤燃气涡轮发动机带动发电机能效为35%、<25%两种，与火力发电、炉、窑连接使用，能效国外公认75%。火力发电厂；煤燃气涡轮发电机设置在原喷煤粉位置，工作时涡轮发电机煤燃气经过涡轮内燃烧驱动发电机运转发电，涡轮内燃发电后喷出的高温气体、导向进入火力发电锅炉取代煤粉燃烧加热。由于高温气体在涡轮出口喷出直接进入火力发电锅炉，燃烧充分、热量稳定，其火力发电外加自身热能利用、使的锅炉烧煤粉被喷入高温气体取代，产生能效在火力发电达到40—45%。而涡轮发电标准有效电能35%，两项综合煤炭能效达到75%。煤燃气在涡轮燃烧室能够爆燃，驱动转子带动发电机发电，燃后600—1000°C气体经出口喷出，导向流入火力发电锅炉进口，涡轮发电机本身体积小，燃烧室与喷、进口只有几米间距，容易与火力发电厂锅炉连接，而保温效果处于密闭状态，基本无热量散发损失。 涡轮优势与特点是，能够连续运转几万小时、燃烧室没有间歇爆燃方式，使的一、二反应装置产出煤燃气能够高温、高压直接进入涡轮机燃烧室连续运转。煤燃气涡轮发电机与炉、窑联接
使用煤气发生炉的锅炉、窑改用无氮煤燃气涡轮发电机，将涡轮喷高温气流连接进入锅炉、窑供加热使用。涡轮排出高温气体取代炉窑内烧煤气或煤碳，涡轮发电效能有35%、 25%两种，区别在于加温、烧结、熔炼或简化无氮煤燃气制造环节。选用发电效能25%的燃气涡轮发电机，主要是经涡轮工作后能够喷出上千度的气流，达到烧结、熔炼的需要。换而言之增加煤燃气涡轮发电机发电，可在原来燃烧方式上能效提高产生35%、25%电力。煤燃气内燃发动机
用于迅猛发展的城镇、社区化、需单独发电的工作和场地。内燃机发电；增加利用余热加温热水，解决城镇、社区、各种轻、工、农业正常使用热水、电力，冬天补增燃气加温热水用于供暖。最大优点是布置多台机组，低谷期只开一台机，高峰期开多台机。每天可节省 12小时的无功效空运转，这是发电厂做不到的，同时也是消耗秸秆、秆茎的回收利用和节能最佳有效途径。由于煤燃气一氧化碳含量高，将煤燃气以30 kg /cm2压力用于柴油内燃、 电喷射爆燃方式，借以提高功率10 —15%。氧气产生与使用成本
大型发电厂每日所烧煤燃气需耗用成千上万吨氧气来制造，产生氧气设施采用大型三级制氧机器。第一级有电力驱动制氧机，一级所产生的高压氧气、氮气通过二级气动马达驱动二级制氧机后各自释放出来。二级制氧产生的高压氧气、氮气通过三级马达驱动制氧机后各自释放出来，所释放的氧气供反应装置使用及部分储存。制氧机压力>163 kg /cm2，进气动马达压力<150 kg/cm2，气动马达排出压力<2 kg / cm2。理论上制氧效率按80%计算 第一级21%、第二级15%、第三级11%，总计47%。这一效果使制氧成本降到300元/吨以下， 同时也可采用吸附式制氧设备，都能够保证煤燃气制造过程低成本。同时没有氮气混入即可节省0. llkg/m3煤炭、费用0. 13元，基本上与消耗氧气费用持平。蒸汽产生与使用成本
蒸汽是转换氧与煤发生一氧化碳热能重点，配匹好的软化、高温蒸汽能多产出氢气，使煤燃气具有爆燃性。蒸汽产生是两种；一种是反应装置自身夹水套产生，基本不需费用，适 应条件有限。一种是专用蒸汽锅炉，产生蒸汽高温而稳定，用于发电厂煤燃气反应装置、减 少蒸汽吸收氧、碳反应的热能，利于多中和热碳发生氢气。煤燃气原料及成本
燃气发生器氧与碳剧烈自燃^^蒸汽与高温碳反应 原料名称碳(0. 72+0. 48kg) =1. 2kg 氧气=0.96kg
水蒸汽=0. 72kg
重量合计=2. 88kg
摩尔数比；氧气蒸汽碳 6:4:10 化学反应氧气+碳ヰ自燃 蒸汽+高温碳一反应 O =0. 96kg+C=0. 72kgH2O=O. 72kg+c=0. 48kg
CH4=IOmOlX890=8900KJH2=20m01X285=5700KJ
C0=50m01X283=14150KJCH4=IOmOlX890=8900KJ
C0=40m01X283=11320KJ
10+50+20+10+40
体积=-=3. 12m3
41. 6
48970KJ
热值=-=15695KJ/m3 功能=4. 3Kffh/m3
3. 12
成本碳 1. 2kg X 1. 2 元=1. 44 元氧气 0. 96kg X0. 5 元=0. 48 元 电费0. 04元 1. 96 元 /3. 12m3=0. 63 元 /m3
涡轮发电0. 63 元 /4. 3X0. 75=0. 195 元 /KWh 内燃发电0. 63 元 /4. 3X0. 42=0. 349 元 /KWh 即每公斤煤炭仅转换发电煤燃气涡轮连接火力发电厂发电成本0. 195元/KWh。本发明无氮煤燃气显著特征；设置两个反应装置为ー组
燃气发生器用氧气、蒸汽与燃气发生器内煤炭做原料发生燃气，ー是解决以空气做气 化剂造成79%氮气混入并损失氧化过程热能。ニ是单纯使用同等量氧气降低气体流速减 少灰尘飘流，氧气与煤自燃层内部剧烈高温燃烧，多吸收蒸汽还原氧、碳发生ー氧化碳释放 热量。同时反应装置内温度提高700—900°C，使待自燃煤炭处于蒸馏状态利于释放甲烷、 甚至烧化焦油。氧与煤炭、吸收蒸汽还原中和的燃气成份含量一氧化碳>50%，氢气>20%、 甲烷10%，气体温度600°C左右。浄化器燃气发生器产生的600—800°C热燃气再进入净化器内；与秸杆、植 物杆茎经粉碎加工后作原料结合，高温气流作用下形成蒸馏，先是进来的气体在蒸馏过程 中少量灰尘、焦油被浄化器底部蒸馏产生的ニ层以上木炭层、过滤、吸收。煤气再与秸杆、植 物秆茎放出碳氢气体混合，成为含量一氧化碳>50%、氢气>20%、碳氢气体10%的无氮煤燃 气，实现煤炭变气可直接用于涡轮、内燃发动机。设施简易、可靠，制造成本低、节能达到45%以上，排污降低60%。净化器只做蒸馏，为防止快速蒸馏过多消耗秸杆、植物杆茎，需增加喷水蒸汽调控，因为消耗量太大，原料来源困难，也可以用成块度焦炭替代部分植物原料。本发明的积极效果在于它可大幅降低煤炭转化成煤燃气的成本和效率，并且，可确保煤燃气品质能直接供涡轮发电机使用，使涡轮发电机替代现有的火力发电锅炉成为火力发电行业的主要发电设备，从而大幅提高煤的燃烧利用率，降低污染物排放，使火力发电行业摘掉低能效、高污染的帽子。它还可充分利用高温尾气，利用高温尾气的余热供火力发电锅炉工作使用，或供给供暖系统使用，能更有效地提高煤炭的利用率，提高能效比。另外， 它还可利用秸秆和植物杆茎等农业废物，一方面，增加煤燃气的甲烷含量，提高煤燃气的燃烧效果，另一方面，可解决秸秆无法合理处理的问题。本发明的优点还在于用氧气替代空气与煤炭发生反应，利用氧气替代空气的优点一是，消除空气做反应气体时造成氮气混入并损失氧化过程热能；二是，单纯使用氧气能减少反应气体的体积，从而降低气流速度、减少灰尘飘流；三是，可产生无氮煤燃气，燃烧效果好。本发明还具有操作简便、施工成本低的优点ο
图1是本发明所述专用煤燃气发生装置的结构示意图，图中包括燃气发生器和净化器；图2是燃气发生器的结构示意图；图3是净化器的结构示意图。附图标记1发生器壳体2进气口 3蒸汽管路4燃气管路7进料口 8上段 10定盘11动盘12电加热器13炉篦14下段15上转轴16下转轴17排料口 18出气管19水套20汇集器21喷咀22内腔23侧孔。
具体实施方案本发明所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，包括如下步骤
①将氧气和水蒸汽混合从底部同步送入燃气发生器内，氧气和水蒸汽与燃气发生器内的煤炭中的碳在700 — 900°C的高温下自燃反应生成燃气；所述氧气、水蒸汽和与煤炭中的碳反应的摩尔数比是6 :5 - 3 :10，即重量比32:15-9:20，燃气组份是一氧化煤炭50 — 70% (体积)，氢气20 - 30% (体积)，甲烷10 - 20% (体积)；煤炭与氧气和水蒸汽反应后变为炉渣沉积于燃气发生器下部；
②将步骤①所述燃气送入净化器进行净化处理，除去燃气中的粉尘和焦油得到能直接供涡轮发电机使用的煤燃气；
③将步骤②所述的煤燃气作为燃料供给涡轮发电机燃烧发电，所述煤燃气在涡轮发电机内燃烧利用后生成600 - 1000°C的高温废气；
④将步骤③中所述的高温废气输送至热气使用终端。在上述发电过程中，随着煤炭不断消耗，由进料口 7向所述燃气发生器内补充煤炭。步骤①所述燃气排出前，利用燃气发生器内的喷咀21喷水蒸汽吸收燃气的热量， 将燃气排出温度控制在600-800°C ；步骤②所述的燃气净化处理，是将步骤①中生成的温度在600-800°C的所述燃气送入盛有燃料和炉渣料的净化器内，所述燃气依次流经炉渣料层和燃料层，炉渣料层和燃料层过滤燃气中含有的灰尘、硫、焦油；同时，利用燃气的余热使燃
7料层在600 - 800°C的温度下进行蒸馏生成甲烷和氢气，甲烷和氢气与步骤①中生成的燃气混合成为煤燃气，煤燃气组份是一氧化煤炭40 - 70% (体积)、氢气10 - 30% (体积)、甲烷20-30% (体积)。燃气排出温度控制在600-800°C，如温度过高定盘10进行喷水蒸汽调控，一旦温度偏低电加热器12自动加热保温。水蒸汽也可由现有的水煤浆替代。所述燃料层是由粉碎后的秸秆或植物茎杆构成；蒸馏后的燃料层变为木炭沉积于净化器下部构成木炭层，木炭层即为炉渣料层，炉渣料层逐步排出能掺入步骤①所述煤炭中使用，防止焦结。所述燃料层也可由焦炭构成；蒸馏后的焦炭层变为焦渣沉积于净化器下部构成焦渣层，焦渣层即为炉渣料层，炉渣料层逐步排出能掺入步骤①所述煤炭中使用，防止焦结。 净化器使用焦炭作为蒸馏原料，其优点是除焦油效果好，因为焦炭被蒸馏过程不会产生新的焦油。所述的热气使用终端是火力发电厂的火力发电锅炉；将步骤③和④所述的涡轮发电机设置在火力发电锅炉的原喷煤粉处，步骤③和④所述的高温废气进入火力发电锅炉， 利用所述高温废气的热量替代煤粉燃烧产生的热量发电。具体地说，经大量实验得知，无氮煤燃气涡轮发动机带动发电机功率为35%、25%两种，与火力发电、炉、窑连接使用，功效国内外公认75— 80%。它工作方式火力发电厂内；无氮煤燃气涡轮发电机设置在原喷煤粉处，工作时涡轮发电机经过内燃转动发电，然后喷出高温气流进入火力发电锅炉取代煤粉燃烧加热。由于高温气流在涡轮燃烧喷出直接进入火力发电锅炉，燃烧充分，热量稳定，使的火力发电与热能利用、煤炭能效达到40— 45%，而涡轮发电标准效能35%，这样两项综合能效达到75%。涡轮发电机体积小，喷出高温气流上千度，容易与火力发电锅炉口连接，而且保温好、无热量散发的损失，基本处于密闭状态。用热终端利用高温尾气还有以下方式无氮煤燃气内燃发电机功率达到42%，增加利用余热加温热水，解决城镇、社区、各种轻、工、农业正常使用热水、电能，冬天补增燃气加温热水用于供暖。优点是布置多台机组，低谷期只开一台机组，高峰期开多台机组。每天可节省12小时的无功效空运转，这是发电厂做不到的。同时；也是节能最佳有效途径。如图2所示，权利要求1所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法的专用煤燃气发生装置，包括一个发生器，发生器主要由发生器壳体1、上转轴15、下转轴16、定盘10、动盘11和炉篦13连接构成；发生器壳体1由上而下分为上段8、中段和下段14 ；相对应的一块定盘10和一块动盘11构成一个研磨组，上段8内安装上转轴15，下段14内安装下转轴 16，上转轴15和下转轴16的外周至少各安装一个研磨组，上转轴15和下转轴16分别与其相对应的研磨组中的动盘11固定连接，定盘10与发生器壳体1固定连接；发生器壳体1底部安装能承托煤炭燃烧的炉篦13，炉篦13与下转轴16固定连接，下转轴16能带动炉篦13 ； 定盘10底部以及发生器壳体1顶部内侧均设有调控温度用的喷咀21 ；动盘11的主要作用是沿定盘10的表面刮起或研磨、摩擦煤炭，使煤炭松散、防止焦结，同时可确保氧气和水蒸汽由炉篦13进入发生器壳体1，并穿过下端封段14的炉渣与定盘10承托煤炭充分反应；上转轴15的转速应大于下转轴16的转速，其原因是由于上段8内的煤炭层全部是煤炭质量较大，而中段和下段14的煤炭层内是含有部分炉渣的煤炭质量较小，因此，上转轴15需要带动动盘11快速旋转以防止结焦，下转轴16外周的煤炭层，越向下结煤炭含量越低，至炉篦13处全为炉渣，结焦的可能性较小，无须快速旋转。发生器壳体1顶部设有进料口 7和出气管18，发生器壳体1底部安装排料口 17，下转轴16下端开设内腔22，内腔22的侧壁上开设侧孔23，侧孔23位于炉篦13附近，水蒸汽和氧气等气体可由内腔22进入，并经侧孔23排到炉篦13处。发生器内的高温，主要来源于动盘11和定盘10研磨煤炭所产生的热量以及煤炭与氧和水蒸汽反应所产生的热量。定盘10和动盘11上均设有下料的透槽。所述定盘10内安装数套电加热器12，用于调节反应温度。当发生器内温度低于 600°C时，起动电加热器12，提升温度。所述电加热器12可以是现有的能产热的自动电耦。所述上段8的外周安装水套19，利用所述发生器壳体1的热量加热水套19内的水，一方面，可充分利煤炭燃烧所产生的热量，提高利用率，另一方面，可提供稳定的水蒸汽来源。水套19上安装汇集器20，汇集器20将水套19内产生的水蒸汽通过管路分别与发生器壳体1内的各喷咀21和所述内腔22联通。如图1和图3所示，包括两个发生器，第一发生器用于生成燃气，即步骤①所述的燃气发生器，第二发生器用于将燃气净化成煤燃气，即步骤②所述的净化器；燃气发生器的出气管18通过管路与净化器内腔22联通。如果燃气发生器内使用块煤替代原有的碎煤，可省略定盘10和动盘11。煤炭与蒸汽、氧气反应的初始热量可通过电热加或点火提供，之后的热量便由反应所产生的热量提{共。经大量实验得知，当所述专用煤燃气发生装置内的和料层按以下参数设置时，生成煤燃气的效果最好
所述燃气发生器中，下转轴16外周的研磨组上的煤炭层厚度hi = 300 - 600mm，该煤炭层上表面至其上相邻动盘11之间留有供所述喷咀21喷水蒸汽使用的高度h2=200-500mm 的空间；上段8中的每个研磨组的煤炭层厚度h3=900-5000mm;最上部研磨组的煤炭层的上表面至所述发生器壳体1顶部内侧之间留有储存气体的高度h4=900-3000mm的空间，以便于气体在该空间内积存、降灰和降焦油；下段14内的炉篦13上的炉渣层厚度 h5=800-120(MM。所述净化器中，下转轴16外周的研磨组上的燃料层厚度hi = 300 一 600mm,该燃料层上表面至其上相邻动盘11之间留有供所述喷咀21喷水蒸汽使用的高度h2=200-500mm的空间；上段8中的每个研磨组的燃料层厚度h3=900-3000mm ；最上部研磨组的煤炭层的上表面至所述发生器壳体1顶部内侧之间留有储存气体的高度 h4=900-3000mm的空间，以便于煤燃气在该空间内积存、降灰和降焦油；下段14内的炉篦13 上的炉渣料层厚度h5=900-1200MM。使用过程中，燃气发生器和净化器内应定期由排料口 17处排炉渣或炉灰以确保炉渣层或炉渣料层的厚度在整个反应过程中整体恒定。具体各部件作用和工作原理如下
燃气发生器内，定盘10、动盘11为一组，在反应装置内设置一组或两组以上。所述13 实质上是炉篦，起着承托煤炭燃烧。定盘10中间装有十几套电加热器12补充加热用，下端贴顶设蒸汽喷咀。动盘11实质相当于灰刀，主要作用是沿定盘10面刮起或研磨、摩擦煤炭松散流动充分，防止焦结，目的是氧气、蒸汽进炉篦13穿过下段14和盘内装满厚度800— 1200 mm的炉渣或木炭，炉篦13与定盘10承托煤炭对流自燃。温度控制在600— 800°C，如温度过高定盘10进行喷水蒸汽调控，一旦温度偏低焦油易凝对气路不利，因此电加热器12 会自动加热保温。煤炭自燃过程中，下转轴16上安装的动盘11和炉篦13每分钟0. 1-3转的速度，拨动呈翻滚自燃煤层，这样构成进来气体充分混合、均勻散开，保持自燃煤层始终良好的透气性。在上段8中煤层厚度>900 mm,内里由于使用纯氧燃烧温度可达千度，煤层面到盘顶部留有>900 mm以上高度空间利于气体积存、降灰、降焦油。同时顶部也设有水蒸汽喷咀调控温度600—800°C内。上段8夹水套始终保持水量平衡，在热作用下产生蒸汽进入汇集器。反应装置工作压力根据要求设定，水蒸汽也随温度、碳能、压力调整。净化器不同之处是下段14集存满满900—1200 mm厚度的蒸馏后木炭，定盘10装有厚度>400 mm和上段8装有厚度>900 mm全部是秸杆、植物杆茎粉碎加工成原料，与燃气发生器进来600—800°C热煤气构成蒸馏。热煤气先是从炉篦13，穿过下段14内900—1200 mm厚度木炭层，这时厚厚木炭层过滤，吸收着灰尘、焦油混为一体，逐步随木炭排出。然后煤气流继续往上穿过定盘10厚度300—400 mm秸杆、植物秆茎燃料层，边蒸馏、边过滤、吸收煤气灰尘、焦油。接着进上段8)厚度900 mm的秸秆，植物杆茎燃料再次；过滤、吸收煤气中的灰尘、焦油，实现洁净的无氮煤燃气。蒸馏过程中用喷水蒸汽控制着秸秆、植物杆茎原料消耗率，即通过控制温度控制秸秆的消耗量；如果秸秆、植物杆茎消耗过多，则可能会存在原料来源困难，影响生常发电的问题。使用空气和蒸汽作气化剂的煤气发生炉，可用产生的含氮50% (体积)的煤气保持320度以上温度，直接进入第二反应器。既能够减化除尘、降焦油、硫等杂质，又能使300度以上煤气所含热能并稍加蒸汽在第二反应器内蒸馏，增加15% (体积)一氧化碳和氢气，同时降低约15% (体积)氮气含量，能够适用于涡轮内燃。秸杆、植物杆茎经粉碎加工成供蒸馏使用的燃料或称蒸馏反应甲烷的原料，一是清洁煤燃气，二是增加煤炭氢含量。秸秆、植物杆茎货源充足，消耗率达到35-40%时气体含量可达到氢气>25% (体积)、甲烷>20% (体积)。而无氮煤燃气成本下降>30%，因为造气过程只是蒸馏、不耗氧气、煤煤炭，靠着燃气发生器进来400—600°C高温气体热能的利用。秸杆、植物杆茎是指庄稼干、湿秫秸、树木、林枝、木杆，经粉碎加工后统称秸木燃料或燃料，通过供料机按干、湿原料挤压送入净化器的进料口 7)；然后有进入600-80(TC高温煤燃气气体热量，配少量蒸汽，对秸木燃料蒸馏产生煤炭氢、氢气、少量一氧化煤炭，同时消耗利用了 600-800°C的煤燃气的热能；秸木燃料蒸馏后剩渣是木炭掺入煤炭消耗使用。 如原料短缺，可以使用焦炭替代秸木燃料完成净化燃气发生器进入的煤燃气作用。为了处理、更好利用农作物秸杆、植物杆茎并加工成秸木燃料，可以单独使用氧气、蒸汽在净化器、或者是罐体容装方式内；与装有秸杆、植物杆茎燃料或蒸馏后木炭先发生适量氧化自燃，通过自燃放出热能形成对秸杆、植物杆茎燃料蒸馏，产生较高含量的氢气、碳氢气和部分一氧化碳。而氧气分为进行发电、锅炉燃烧时，使用上百立方米的罐体容装氧气。小型或日用生活燃烧、加温时，使用瓶装氧气，即通用的大、小钢制氧气瓶。
权利要求
1.涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，其特征在于包括如下步骤①将氧气和水蒸汽混合从底部同步送入燃气发生器内，氧气和水蒸汽与燃气发生器内的煤炭中的碳在700 — 900°C的高温下自燃反应生成燃气；所述氧气、水蒸汽和与煤炭中的碳反应的摩尔数比是6 :5 — 3 10，燃气组份是一氧化煤炭50 - 70% (体积)，氢气20 — 30% (体积)，甲烷10 - 20% (体积)；煤炭与氧气和水蒸汽反应后变为炉渣沉积于燃气发生器下部；②将步骤①所述燃气送入净化器进行净化处理，除去燃气中的粉尘和焦油得到能直接供涡轮发电机使用的煤燃气；③将步骤②所述的煤燃气作为燃料供给涡轮发电机发电，所述煤燃气在涡轮发电机内燃烧利用后生成600 - 1000°C的高温能量废气；④将步骤③中所述的高温能量废气输送至热气使用终端。
2.根据权利要求1所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，其特征在于步骤①所述燃气排出前，利用燃气发生器内的喷咀(21)喷水蒸汽吸收燃气的热量，将燃气排出温度控制在600-800°C ；步骤②所述的燃气净化处理，是将步骤①中生成的温度在600-800°C的所述燃气送入盛有燃料和炉渣料的净化器内，所述燃气依次流经炉渣料层和燃料层，炉渣料层和燃料层过滤燃气中含有的灰尘、硫、焦油；同时，利用燃气的余热使燃料层在600 -800°C的温度下进行蒸馏生成甲烷，甲烷与步骤①中生成的燃气混合成为煤燃气，煤燃气组份是一氧化煤炭40 - 70% (体积)、氢气10 - 30% (体积)、甲烷20-30% (体积)。
3.根据权利要求2所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，其特征在于所述燃料层由粉碎后的秸秆或植物茎杆构成；蒸馏后的燃料层变为木炭沉积于净化器下部构成木炭层，木炭层即为炉渣料层，炉渣料层逐步排出能掺入步骤①所述煤炭中使用，防止焦结。
4.根据权利要求2所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，其特征在于所述燃料层由焦炭构成；蒸馏后的焦炭层变为焦渣沉积于净化器下部构成焦渣层，焦渣层即为炉渣料层，炉渣料层逐步排出能掺入步骤①所述煤炭中使用，防止焦结。
5.根据权利要求1所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，其特征在于所述的热气使用终端是火力发电厂的火力发电锅炉；将步骤③和④所述的涡轮发电机设置在火力发电锅炉的原喷煤粉处，步骤③和④所述的高温能量废气进入火力发电锅炉，利用所述高温能量废气的热量替代煤粉燃烧产生的热量发电。
6.权利要求1所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法的专用煤燃气发生装置，其特征在于包括一个发生器，发生器主要由发生器壳体(1 )、上转轴(15)、下转轴(16)、定盘 (10)、动盘(11)和炉篦(13)连接构成；发生器壳体(1)由上而下分为上段(8)、中段和下段 (14)，一块定盘(10)和一块动盘(11)构成一个研磨组，上段(8)内安装上转轴(15)，下段(14)内安装下转轴(16)，上转轴(15)和下转轴(16)的外周至少各安装一个研磨组，上转轴(15)和下转轴(16)分别与其相对应的研磨组中的动盘(11)固定连接，定盘(10)与发生器壳体(1)固定连接；发生器壳体(1)底部安装能承托煤炭燃烧的炉篦(13)，炉篦(13)与下转轴(16)固定连接；定盘(10)底部以及发生器壳体(1)顶部内侧均设有调控温度用的喷咀 (21);动盘(11)的主要作用是沿定盘(10)的表面刮起或研磨、摩擦煤炭，使煤炭松散、防止焦结，同时可确保氧气和水蒸汽由炉篦(13)进入发生器壳体(1)，并穿过下端封段14的炉渣与定盘(10)承托煤炭充分反应；发生器壳体(1)顶部设有进料口(7)和出气管(18)，发生器壳体(1)底部安装排料口(17)，下转轴(16)下端开设内腔(22)，内腔(22)的侧壁上开设侧孔(23)，侧孔(23)位于炉篦(13)附近；定盘(10)和动盘(11)上均设有下料的透槽。
7.根据权利要求6所述的专用煤燃气发生装置，其特征在于所述定盘(10)内安装数套电加热器(12)，用于调节反应温度。
8.根据权利要求6所述的专用煤燃气发生装置，其特征在于所述上段(8)的外周安装水套(19)，利用所述发生器壳体(1)的热量加热水套(19)内的水，水套(19)上安装汇集器 (20)，汇集器(20)通过管路分别与发生器壳体(1)内的各喷咀(21)和所述内腔(22)联通。
9.根据权利要求6所述的专用煤燃气发生装置，其特征在于包括两个发生器，第一发生器用于生成燃气，即步骤①所述的燃气发生器，第二发生器用于将燃气净化成煤燃气，即步骤②所述的净化器；燃气发生器的出气管(18)通过管路与净化器内腔(22)联通。
10.根据权利要求9所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，其特征在于所述燃气发生器中，下转轴(16)外周的研磨组上的煤炭层厚度hi = 300 — 600mm，该煤炭层上表面至其上相邻动盘(11)之间留有供所述喷咀(21)喷水蒸汽使用的高度h2=200-500mm 的空间；上段(8)中的每个研磨组的煤炭层厚度h3=900-5000mm;最上部研磨组的煤炭层的上表面至所述发生器壳体(1)顶部内侧之间留有储存气体的高度h4=900-3000mm的空间，以便于气体在该空间内积存、降灰和降焦油；下段(14)内的炉篦(13)上的炉渣层厚度 h5=800-120(MM;所述净化器中，下转轴(16)外周的研磨组上的燃料层厚度hi = 300 一 600mm，该燃料层上表面至其上相邻动盘(11)之间留有供所述喷咀(21)喷水蒸汽使用的高度h2=200-500mm的空间；上段(8)中的每个研磨组的燃料层厚度h3=900-3000mm ；最上部研磨组的煤炭层的上表面至所述发生器壳体(1)顶部内侧之间留有储存气体的高度 h4=900-3000mm的空间，以便于煤燃气在该空间内积存、降灰和降焦油；下段(14)内的炉篦 (13)上的炉■层厚度 h5=900-1200MM。
全文摘要
本发明所述的涡轮发电机利用煤燃气发电的方法，包括如下步骤①将氧气和水蒸汽送入燃气发生器内，氧气和水蒸汽与燃气发生器内的煤炭中的碳在700－900℃的高温下自燃反应生成燃气；所述氧气、水蒸汽和与煤炭中的碳反应的摩尔数比是6∶5－3∶10，燃气组份是一氧化煤炭50－70%(体积)，氢气20－30%(体积)，甲烷10－20%(体积)；②将步骤①所述燃气送入净化器进行净化处理，除去燃气中的粉尘和焦油得到能直接供涡轮发电机使用的煤燃气；③将步骤②所述的煤燃气作为燃料供给涡轮发电机燃烧发电，所述煤燃气在涡轮发电机内燃烧利用后生成600－1000℃的高温废气；④将步骤③中所述的高温废气输送至热气使用终端。
文档编号C10J3/34GK102322352SQ20111024860
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年3月18日
发明者刘飞, 孔令增, 孔祥清 申请人:孔祥清, 高峰