一种分离超临界混合工质汽轮机排气的系统及抽吸方法与流程

本发明涉及发电设备领域，特别涉及一种分离混合工质汽轮机排气的抽吸系统及抽吸分离方法。

背景技术：

我国以煤炭为主的能源结构在短期内不会改变，传统的燃煤发电技术通过煤炭在空气中燃烧放热，将煤炭中的化学能转换为热能来加热给水，产生水蒸气推动汽轮机做功发电。常规的煤气化技术利用煤炭在空气中的部分氧化—气化反应制取合成气。在以上两类过程中，煤炭能量品质损耗大，同时产生了大量的SOx、NOx和固体颗粒物等污染产物，加重了空气污染程度，减排成本高。迫切需要一种全新的煤炭高效清洁发电技术，以解决我国存在的能源短缺、环境污染问题。

新型煤气化技术利用超临界水高扩散性、高溶解性的优点，为煤的气化提供了均相反应环境，煤炭中的碳可以在超临界水中高效还原水中的氢，并实现完全气化，产生超临界水、二氧化碳和氢气的混合工质。煤炭中所含的硫和氮及重金属元素以沉渣型式集中排出，并可进行资源利用，从源头上杜绝了各种污染物的产生与排放。煤炭高效气化反应产生的水、二氧化碳和氢气的混合工质经过换热、微粒分离等过程后达到超临界混合工质汽轮机的入口参数，进行热-功转化发电。

超临界混合工质汽轮机排气中含有水和二氧化碳的混合物，水蒸气可以在凝汽器中冷凝成水，而二氧化碳等不凝结气体需要从凝汽器中抽出。常规蒸汽轮机排气中，气体成分主要是水蒸气，不凝结气体含量少，占气体总组分的1％-2％左右，常规的抽吸系统(如射水抽气器系统、射汽抽气器系统，液环真空泵抽气系统等)即可将不凝结气体抽出。而超临界混合工质汽轮机排气中的二氧化碳含量可达气体总组分的8％-10％，远远高于常规凝器机组汽轮机排气中不凝结气体的含量，同时为满足不凝结气体分离后的存储要求，不凝结气体在抽吸过程中还需达到较高的增压比，常规抽吸系统难以满足要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种分离超临界混合工质汽轮机排气的系统及抽吸方法，实现了汽轮机排气中水和二氧化碳的彻底分离，提高了能源的利用率。

本发明采用以下技术方案：

一种分离超临界混合工质汽轮机排气的系统，该系统与汽轮机连接，包括凝汽器、至少一台离心压缩机、驱动装置、分离装置和储存罐；

其中，凝汽器与汽轮机的出口连接，凝汽器用于对汽轮机排出的混合气体进行第一次分离，凝汽器的气体出口与离心压缩机入口连接，驱动装置用于驱动离心压缩机工作，离心压缩机出口与分离装置连接，分离装置用于对混合气体进行二次分离，分离装置的气体出口与储存罐连接。

进一步，还包括用于调节离心压缩机转速的变速器；所述变速器分别与离心压缩机和驱动装置连接。

进一步，所述离心压缩机为两台，两台离心压缩机并联或串联连接。

进一步，所述分离装置为汽水分离器。

进一步，还包括用于对气体进行液化的气体压缩装置；所述气体压缩装置的进口与汽水分离器连接，气体压缩装置的出口与储存罐连接。

进一步，所述凝汽器和分离装置的液体出口通过水泵与给水加热器连接。

本发明还提供了一种超临界混合工质汽轮机排气的抽吸方法，采用该分离超临界混合工质汽轮机排气的系统，汽轮机排出的混合气体输送到凝汽器中进行第一次分离，分离出来的气体由离心压缩机抽出输送到分离装置中进行第二次分离，分离出来的气体输入至储存罐中保存。

进一步，当需要增大气体抽取流量时，两台离心压缩机并联同时抽吸气体；当需要对第一次分离出的气体增压时，两台离心压缩机串联，气体依次经过两台离心压缩机。

进一步，所述第二次分离出来的气体经过气体压缩装置转化为液态输送至储存罐中保存。

进一步，所述凝汽器和分离装置分离出来的水经水泵输送到给水加热器中。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明采用凝汽器对汽轮机排出的混合气体进行第一次初步分离，离心压缩机将分理出的气体抽出并增压后输送至汽水分离器中进行第二次水气分离，分离出来的二氧化碳输送到储存罐中保存。该抽吸系统效率高、抽吸流量大、增压比高，有效解决了超临界混合工质汽轮机排气中大流量二氧化碳等不凝结气体的抽吸、回收、储存和利用的问题，避免了二氧化碳对环境造成的污染；储存的二氧化碳可以作为工业原料气进行利用，提高了资源的利用率。

在离心压缩机和驱动装置之间增加变速器，进一步提高了离心压缩机的工作效率，增大气体的抽取流量。

采用两台离心压缩机并联或串联连接，提高了该抽吸系统的适用性，同时也增大气体的抽取流量。

使用气体压缩装置将二氧化碳压缩至液态，提高了储存罐保存二氧化碳的量，减小了储存罐的体积，降低了储存成本。

将凝汽器和分离装置分离出来的水经给水加热器加热后再次循环使用，提高了水资源的利用率，节约了生产成本。

【附图说明】

图1是抽吸系统结构示意图；

图2是压缩机的串联结构示意图；

图3是压缩机的并联结构示意图；

其中：1.凝汽器；2.水泵；3.离心压缩机；4.向心透平；5.汽水分离器；6.气体压缩装置；7.储存罐。

【具体实施方式】

本发明提供一种分离超临界混合工质汽轮机排气的系统及抽吸方法，实现了汽轮机排气中水和二氧化碳的彻底分离，提高了能源的利用率。

如图1所示，分离超临界混合工质汽轮机排气的系统包括凝汽器1、抽吸装置、汽水分离器5、水泵2和存储罐7；其中凝汽器1的入口与汽轮机的出口连接，凝汽器1气体出口通过管道与抽吸装置连接，凝汽器1的液体出口与水泵连接，抽吸装置的入口与凝汽器1的气体出口通过管道连接，抽吸装置的出口通过管道与汽水分离器5的入口连接，汽水分离器5的气体出口通过管道与储存罐7连接，汽水分离器5的液体出口通过管道与水泵2连接，水泵2与给水加热器连接。

抽吸装置包括离心压缩机3和驱动装置，其中离心压缩机3用于抽取混合气体，驱动装置用于驱动离心压缩机3工作。

离心压缩机3和驱动装置之间设置一台变速器，通过变速器灵活控制离心压缩机3的转速，进而增大离心压缩机3的抽吸流量。

所述驱动装置为透平或电机；优选向心透平4。

增大气体的抽吸流量的方式有两种；一种方法是加大向心透平4的进气量提高向心透平4的转速，向心透平4转速增高或降低，离心压缩机3转速也随之增高或降低。另一种方法是，保持向心透平4进气量不变的情况下，通过变速器改变向心透平4和离心压缩机3的传动比，进而改变离心压缩机3的转速。

如图2和3所示，所述抽吸装置还可以由两台离心压缩机和一个或两个向心透平4组成；其中两台压缩机并联或串联，并由一台或两台向心透平驱动。

串联的具体结构为：其中第一离心压缩机的入口与凝汽器1的气体出口连接，第二离心压缩机的入口与第一离心压缩机的出口连接，第二离心压缩机的出口与汽水分离器5的入口连接，形成两级压缩。

第一离心压缩机将凝汽器1中分离出的气体增压后送入第二台离心压缩机，第二台离心压缩机再次将气体增压后输送入汽水分离器5中进行第二次气水分离，分离出来的二氧化碳气体输送到储存容器7中存储。串联方式通过两级压缩增大了抽吸装置的压比，使气体压缩。

并联的具体结构为：第一离心压缩机和第二离心压缩机的入口通过管道分别与凝汽器1的气体出口连接，第一离心压缩机和第二离心压缩机的出口通过管道与汽水分离器5的入口连接；两台向心透平分别驱动第一离心压缩机和第二离心压缩机工作。

第一离心压缩机和第二离心压缩机分别将凝汽器1分离出来的气体增压后输入汽水分离器5中。这样保持压比不变，通过两台离心压缩机并联工作增大了抽吸不凝结气体的流量。

为了进一步提高存储罐7中储存二氧化碳的量，在汽水分离器5和储存罐7之间增加一台气体压缩装置6。气体压缩装置6的入口通过管道与汽水分离器5的出口连接，气体压缩装置6的出口与储存罐7通过管道连接。使用气体压缩装置6对经过汽水分离器5分离后的二氧化碳压缩使其液化，再输入至存储罐7中以增大储存罐的存储二氧化碳的量。

所述气体压缩装置6为离心压缩机。

下面对本发明一种分离超临界混合工质汽轮机排气的系统的工作原理进行详细叙述。

首先凝汽器将汽轮机排出的水和二氧化碳的混合物质进行一次分离，混合气体中的水蒸气在凝汽器中凝结成水，凝结的水经水泵抽出并通过管道输送至给水加热器中，凝汽器中没有凝结气体由离心压缩机抽出输送至汽水分离器中，此时不凝结气体中还含有少量的水蒸气，汽水分离器将输入的气体进行二次分离，使不凝结气体中的水蒸气和二氧化碳进行彻底分离，分离出来的水经水泵抽出并通过管道输送至给水加热器中，分离出来的二氧化碳经过离心压缩机进一步压缩到液态后输入至储存罐中保存或作为原料气体输送到工业生产线；水在给水加热器中经过加热并重新输送到超临界水汽化炉中。

实施例一

凝汽器1的入口与汽轮机的出口连接，凝汽器1的液体出口与水泵2连接，凝汽器1的气体出口通过管道与第一离心压缩机的入口连接，第一离心压缩机的出口与第二离心压缩机的入口通过管道连接，第二离心压缩机的出口通过管道与汽水分离器5的入口连接，第二离心压缩机通过变速器与向心透平4连接；汽水分离器5的气体出口通过管道与气体压缩装置6的入口连接，汽水分离器5的液体出口通过管道与水泵2连接，气体压缩装置6的出口与储存罐7连接，水泵2与给水加热器连接，给水加热器与超临界水汽化炉连接。

凝汽器1将汽轮机排出的水和二氧化碳的混合气体进行一次分离，分离出来的水经水泵2输入至给水加热器，第一离心压缩机将凝汽器1中气体增压后送入第二台离心压缩机，第二台离心压缩机再次将气体增压后输送入汽水分离器5进行二次分离，分离出来的二氧化碳经过气体压缩装置压缩至液化并输送至储存罐7中保存，分离出来的水经水泵2抽出输送至给水加热器，两次分离出来的水在给水加热器中加热并重新输送到超临界水汽化炉中。

实施例二

与实施例一不同之处在于第一离心压缩机和第一离心压缩机并联，分别由两台向心透平4分别驱动；第一离心压缩机和第二离心压缩机的入口通过管道分别与凝汽器1的气体出口连接，第一离心压缩机和第二离心压缩机的出口通过管道与汽水分离器5的入口连接，两台向心透平4分别驱动第一离心压缩机和第二离心压缩机工作，其余结构皆相同。

实施例一中第一离心压缩机和第二离心压缩机采用串联的方式，相当于两级压缩，以提高增压比。实施例二中第一离心压缩机和第二离心压缩机采用并联的方式，并联设置虽然压比减小，但是抽取的流量较大。

本发明提供的一种分离超临界混合工质汽轮机排气的系统，实现了对超临界混合工质汽轮机排气中的混合气体进行有效的分离，该抽吸系统效率高、抽吸流量大、增压比高，有效解决了超临界混合工质汽轮机排气中大流量二氧化碳等不凝结气体的抽吸、回收、储存和利用的问题，避免了二氧化碳对环境造成的污染。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。