[发明专利]一种粉煤直燃的整体联合循环发电系统

说明书

技术领域

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。 

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+CO₂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。 

附图说明

图1为新型煤灰直燃的整体联合循环发电系统流程图 

图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： 

(1)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0～8mp，而出温度T＝1200℃～1400℃或更高。 

(2)为了除去燃烧后高温气体中的过量O₂(一般过氧的余量＜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，(8)低压蒸汽加热器，(9)低压蒸汽发生器。