[发明专利]发电方法、用于气化生产能源产品和热发电的装置有效

专利信息
申请号: 201210002533.4 申请日: 2012-01-06
公开(公告)号: CN102518489A 公开(公告)日: 2012-06-27
发明(设计)人: 谷俊杰;李金来;甘中学;张玉宝;王青 申请(专利权)人: 新奥科技发展有限公司
主分类号: F01K17/06 分类号: F01K17/06;F01K19/00
代理公司: 北京德恒律师事务所 11306 代理人: 陆鑫;房岭梅
地址: 065001 河北省廊坊市*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 发电 方法 用于 气化 生产 能源 产品 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种发电方法、以及用于气化生产能源产品和热发电的装置。

背景技术

IGCC(整体煤气化联合循环)技术实现了将煤气化与燃气-蒸汽轮机联合发电系统结合,是一种洁净煤发电技术。处理后的煤与空分单元来的氧气在气化炉中生成混合气体,混合气体的显热经回收产生蒸汽,混合气体经过净化单元净化后、燃烧驱动燃气轮机发电,燃气轮机排出的烟气的热能通过余热锅炉回收、加热产生蒸汽,蒸汽驱动蒸汽轮机发电。在IGCC工艺中,利用混合气体这一产品流股首先通过燃气轮机Brayton循环发电,换热和/或燃气轮机排放的烟气余热来将水加热成蒸汽,蒸汽进而通过Rankine循环驱动蒸汽轮机透平发电。煤气化工艺和Brayton循环及Rankine循环工艺之间相对独立、缺乏深度的耦合或协同作用,即Rankine循环的发电效率仅受所产生的蒸汽的温度的影响,煤气化工艺并不直接影响Rankine循环的发电效率。换句话说,以上将煤气化与蒸汽透平发电联合的工艺只利用了由煤气化过程中产生的蒸汽热能,即仅由煤气化过程中的产生的蒸汽使煤气化工艺和蒸汽透平发电方法发生联系。如果煤气化的产品不完全用于燃烧产生能量,而是生产能源产品,如甲烷、氢气和一氧化碳等,则煤气化与燃气-蒸汽轮机联合发电系统能量的梯级优化利用和单元工艺间的耦合程度均需要进一步提高。

此外,蒸汽轮机发电通常使用基于Rankine循环的热力学过程。一个理想Rankine循环,其热效率(发电效率)取决于吸热过程和放热过程的温度和压力。对于在蒸汽透平机中进行的放热过程,降低乏汽的温度能提高Rankine循环热效率(发电效率),但乏汽的温度并不能无限制地降低,该温度受冷却介质温度及冷凝器尺寸限制。例如,通常蒸汽轮机发电过程中,蒸汽冷却部分的冷却介质往往用冷却水。由于冷却水介质的限制,出透平机的蒸汽即乏汽的温度通常控制在环境温度以上。例如,冷却水的通常工况为表压0.52MPa,温度32℃,从而限制了乏汽的通常控制在32℃以上。(关于Rankine循环的详细介绍,请参见《现代煤炭转化与煤化工新技术新工艺实用全书》,第九章第六篇,蒸汽煤气化联合循环发电,廖汉湘主编,2004年,以及《整体煤气化联合循环热电油多联产工艺技术特点与应用》,陈崇亮,袁龙军,煤炭工程,2008年11期)。

理想的Rankine循环也可以用如图7所示的温熵图(T-S图)来描述。蒸汽对外所做的理论功相当于图7中曲线1→2→3→4→5→6→1所包围的面积。其中循环中的吸热(1→2→3→4)和放热过程(5→6)为等压过程,蒸汽的膨胀(4→5)和冷凝水升压过程(6→1)为等熵过程。

另外,高水含量的物料如褐煤、泥煤、污泥和垃圾等物料直接发电或气化过程中,烟气或产品气中含有大量的水汽,由于水蒸发的潜热很大,导致大量的热量被烟气或产品气带走,明显降低发电和气化效率。

现有超临界技术中有超临界技术与发电技术耦合,主要方式为利用产物的热能通过换热产生的蒸汽进行透平发电,但对产物气体的压力能未进行利用。

与煤化工技术相结合的发电技术,仅由煤气化过程中的产生的蒸汽使煤气化工艺和蒸汽透平发电方法发生联系。

现有蒸汽轮机发电技术乏汽温度控制在环境温度以上,限制了发电效率。

另外,高水含量的物料直接发电,大量的热量被水蒸汽和烟气带走,明显降低发电效率。

现有技术对超临界水氧化/气化技术产生的产物的高压能未加以应用。系统的能量未能得到充分利用。

发明内容

针对相关技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种发电方法、以及用于气化生产能源产品和热发电的装置,以利用经过膨胀降压的气体产生的冷量,将乏汽的温度降低到环境温度以下,既充分利用了气体的压力能,又通过降低Rankine循环中乏汽的温度提升了透平发电设备的发电效率,从而实现了生产能源产品和热发电的装置的整体能源利用效率的提升。

一方面,本发明提供一种发电方法,包括对发电时产生的乏汽进行冷凝的步骤,在该步骤中,使所述乏汽直接或间接地与经过膨胀降压的气体进行热交换。

优选地,所述热交换是在冷凝器中进行的,所述冷凝器以被所述的经过膨胀降压的气体冷却后的水作为冷却介质,所述乏汽在所述冷凝器中与所述冷却介质直接进行热交换。

优选地,热交换是在冷凝器中进行的,所述冷凝器直接以所述的经过膨胀降压的气体作为冷却介质,所述乏汽在所述冷凝器中与所述冷却介质直接进行热交换。

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