专利名称：一种粉煤直燃的整体联合循环发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型燃气一蒸汽联合循环发电系统，所述燃气一蒸汽联合循环发电系统，具有较高热-电转换效率，但不需要煤的气化单元，而是采用石墨化碳纤维过滤介质，通过燃气高温过滤，直接用作燃气轮机的工质，所以与常规IGCC技术比较，有投资少、流程短、开工周期长，而且热效率高等优点。
背景技术：
IGCC (Integrated Gasification Combine cycle)整体煤气化联合循环发电系统在近20 30年内受到很多关注，其核心理念是由煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分组成。从燃气-蒸汽联合循环发电的理论分析其热-电转换效率可以大幅度提升(到45%或更高)，但由于其气化和净化部分附加投资大，而且也有相当大的能耗，致使IGCC的总体热-电效率并不高(从美国Tanpa工厂的报告数据仅为38. 5% )，所以当前的认识是只有在把CO2封存和煤气部分合成化学品的储能调峰考虑在一起，IGCC才能体现工业整体使用的优势。但美国能源部(DOE)和美国电力研究院(EPRI)最新展开的详细研究表明使IGCC+C0,捕集技术与传统发电技术比较会使1.发电成本上升40%2.投资上升32%3.净输出功率下降15%4.热-电效率降低22% ( 一说8% -10% )所以就限制了 IGCC的工程使用。采用煤炭直燃后进行联合循环发电主要是不需要空气制氧、煤气发生和燃气净化等过程，这样就一方面可以获得燃气-蒸汽联合发电的高热-电转换效率，另方面则可大幅简化流程，减少投资，降低发电成本，而且也可以增加开工率，而且由于2/3电力来自燃气轮机，1/3来自于汽轮机，这样汽轮机冷却水用量会有明显减少。采用煤粉直燃后进行联合循环发电的主要障碍，是燃气中的固体粉尘夹带对燃气轮机的叶片磨蚀无法解决。高温气体过滤是煤粉直燃后联合循环发电的主要核心难题。因为没有合适的高温气体过滤介质材料，现有的陶瓷微滤材料，虽可以耐高温，但是气体通量小，而且质脆，在热冲击条件下，易断裂。采用专利2011202983165的石墨碳纤维介质过滤，则可以顺利解决上述问题。
图1为新型煤灰直燃的整体联合循环发电系统流程2为蒸汽多级发生再利用锅炉流程图
发明内容
本发明专利提出的煤粉直燃的整体联合循环发电系统的流程图可参见附图1。本发明专利提出的发电系统的流程细节如下描述(I)粉煤锅炉燃烧室可以与粗旋风分离器耦合(或相互独立)，其特点可以采用旋流式燃烧锅将有利于与多级旋风粗除尘相衔接，锅炉可以是设有蒸汽发生管束的热壁式，也可以是冷壁式燃烧室，为了提高发电效率燃烧室可以是加压式，加压燃烧室的操作压力可以O 8mp，而出温度T = 1200°C 1400°C或更高。(2)为了除去燃烧后高温气体中的过量O2(—般过氧的余量<5%)把高温高压燃气先送入催化燃净室，这时补入适量的天然气，天然气补充量，可使O2完全燃净，而且可以有CH4的余量。过量的CH4可以在燃气轮机中燃净，天然气的余量可为0%-10%或更高。为充分燃净O2燃净室中可以加设各种催化材料，可以是粒状催化剂填充层，催化金属网或粉状催化剂。如果粉煤灰有催化活性或新加微量粉状催剂时，需要把(催化)燃净室在流程中放置在多级旋风除尘器之前。(3)热过滤设备采用石墨化碳纤维过滤器，其性能与结构要求如专利2011202983165 所述。(4)经过净化的高温高压燃气将进入燃气-蒸汽发电系统，可以根据过量CH4的部分，补充压缩空气以在燃气轮机中燃净，以后的流程与常规IGCC技术无明显差别，其流程可以参见附图2。附图2标记说明(1)高压蒸汽加热器，(2)中压蒸汽加热器，(3)再加热器，(4)高压蒸汽发生器，(5)高压蒸汽再热器，(6)过热器，(7)中压蒸汽发生器，⑶低压蒸汽加热器，(9)低压蒸汽发生器。
总之，本粉煤直燃整体联合循环发电系统，既保持了燃气-蒸汽联合发电系统高热-电效率的优点，而避免了 IGCC系统的缺点，当然本系统没有与CO2捕集系统的刚性链接，在一定条件下，与超超临界锅炉发电有竞争的优势。
具体实施例方式(I)已经建成了 IGCC整体煤气化联合循环发电系统，如果经济技术成本过高，可以采用本专利技术进行拆分，就是把新建一套本专利所述的精燃烧气(工作介质)的生产系统与已有的燃气-蒸汽发电系统相衔接，以保持较高的热点转换效率。而拆分下来的煤气化装置可以独立运行，并建设一套合成氨或合成甲醇等的生产装置，生产化学品。这样即可提高经济效益、增加开工周期，使总体投资量下降。(2)可以完全新建粉煤直燃的整体联合循环发电系统，其建设的经济规模可以在200MW 400MW左右或更高。
权利要求
1.本发明专利要求涉及一种粉煤直燃整体联合循环发电系统，其特征在于采用石墨化碳纤维过滤技术，对高温高压(常压)燃气进行精细过滤。
2.根据本权利要求书第一条，本专利要求在燃烧室可以设有(或不设置)换热水管附产蒸汽，初级燃烧室可以(也可以不用)是旋流型，以与多级旋风粗分离器一体化(或分别设置)。
3.根据权利要求书第一、二条，本专利要求采用在热过滤前的粗燃气中补充适量的 CH4，并在有催化剂或无催化剂条件下，把燃气中的余氧量完全燃尽(最终余氧浓度小于O.1 5ppm)，以保证在无氧条件下，石墨碳纤维过滤器的工作温度可以长期在2000°C下。粗燃气中余氧量一般为5%以下，所补充的CH4气量可以为余氧量的120% 300%。以保证粗燃气中余氧全部燃尽。
4.根据权利要求书第一、二、三条，本专利在燃净室内可以有(或没有)催化剂助燃，催化剂可以是呈颗粒层状，催化活性组分可以贵金属、稀土金属、铁系金属等，也可以是上述金属的网状材料。也可以是有催化活性的粉体，(如粉煤灰本身有催化活性)，在采用网状和颗粒层状催化剂时，催化燃净室放置于多级施风粗分离器之后，在采用自催化活性的粉体或粉煤灰本身作催化剂时，则燃净室放置于多级旋风粗分离器之前。
5.根据权利要求书第一、二、三、四条本权利要求，石墨碳纤维过滤器的使用，可以根据专利2011202983165进行。石墨化碳纤维过滤器的工作条件为P = O.1 8mp，T = 1200 1400°C，过滤器周期性地采用惰性气体或CH4反吹，以清除滤饼。
6.根据权利要求书第一、二、三、四、五条，本专利要求经过热过滤的精燃烧气进入燃气轮机的条件是P = O.1 8mp，T = 1100 1400°C或更高，在进入燃气轮机时补加适量压缩空气，使CH4在燃气轮机内燃烧完全。
7.流程的燃气-蒸汽发电部分，本专利没有权利要求。
全文摘要
本发明涉及一种新型燃气——蒸汽联合循环发电系统，所述燃气——蒸汽联合循环发电系统，具有较高热-电转换效率，但不需要煤的气化单元，而是采用石墨化碳纤维过滤介质，通过燃气高温过滤，直接用作燃气轮机的工质，所以与常规IGCC技术比较，有投资少、流程短、开工周期长，而且热效率高等优点。
文档编号F02C6/00GK102996257SQ20111026897
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者金涌 申请人:金涌