高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及废弃物处理【技术领域】，具体涉及一种利用高温尾气的换热和发电系统。高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，包括内部设有高温换热通道和中温换热通道的双级换热锅炉，高温换热通道的进气口连接高温等离子体反应釜的合成气输出口，出气口通过可燃气输送管道连接燃气发电机，中温换热通道的进气口连接燃气发电机的废气出口，出气口连接外部尾气处理装置，双级换热锅炉的清洁蒸汽出口连接汽轮发电机。由于采用上述技术方案，本发明实现了双级换热和双级发电功能，成倍提高了废物处置行业的热电转化效率和效益；大大节约了综合能源消耗，支持了行业的可持续发展；大大减少了有害气体的排放，保护了人类生存环境。
【专利说明】高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及废弃物处理【技术领域】，具体涉及一种利用高温合成气的换热和发电系统。
【背景技术】
[0002]传统废弃物处理后焚烧过程中产生的高温尾气中含有大量有害物质，直接排放会污染大气和环境；进行净化处理后再排放，则会增加设备和资源的投入成本，给废弃物处理行业带来额外负担。
[0003]高温等离子体技术的产生和发展，使得废弃物处理过程更彻底，消除了大量有害物质的生成，产生的合成气带有大量的热能，可以回收后通过燃气轮机或燃气发电机构建气化发电系统进行发电，相比较传统废弃物处理行业仅靠焚烧产生热能后通过汽轮机发电方式回收能源的方法，气化发电系统的热电转化效率更高。传统废弃物处理行业的余热回收过程中，蒸汽中的热能在冷凝过程中大部分被白白浪费；尾气中的各种有害成份无法被有效消除，排放过程容易造成环境污染。但是，市面上暂未出现将传统焚烧发电和等离子气化发电有机结合起来的新型发电系统，因此对于废弃物处理过程中的热能的回收还有潜力可挖掘。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，解决以上技术问题。
[0005]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，包括一双级换热锅炉，所述双级换热锅炉为一设有两个独立的换热通道的换热锅炉，所述两个独立换热通道为高温换热通道和中温换热通道，所述高温换热通道的进气口连接高温等离子体反应釜的合成气输出口，所述高温换热通道的出气口连接可燃气输送管道，所述高温等离子体反应釜产生的高温合成气经过所述高温换热通道冷却，以便完成第一级换热，然后生成低温低热值可燃合成气，所述可燃气输送管道连接一燃气发电机，用于将所述低温低热值可燃合成气作为所述燃气发电机的燃料进行热电转换，以便完成第一级发电；
[0007]所述燃气发电机的废气出口连接所述中温换热通道的进气口，所述中温换热通道的出气口连接外部尾气处理装置，所述燃气发电机运作中产生的中温尾气经过所述中温通道的过程中进行余热回收，以便完成第二级换热，所述双级换热锅炉的清洁蒸汽出口连接一汽轮发电机，利用第一级换热和第二级换热时产生的清洁蒸汽进行发电，以便完成第二级发电。
[0008]本发明通过设置内置高温换热通道和中温换热通道的双级换热锅炉，配以燃气发电机和汽轮发电机，构建了双级换热和双级发电的工作模式，对高温等离子体反应釜在危废料处理过程中产生的合成气资源和其所具有的热能进行充分回收，结合了传统焚烧发电方式和等离子体气化发电方式的优点，使得热电转换效率得到了有效提高，最大化回收了合成气资源和热能。
[0009]所述双级换热锅炉包括锅炉本体，所述锅炉本体内设有蒸汽罐、低中压水管、所述高温换热通道和所述中温换热通道，所述低中压水管的进水端连接一水预热器，所述水预热器的进水端连接外部锅炉水供水管道，所述蒸汽罐的出气端连接一蒸汽过热器的进气端，所述蒸汽过热器的出气端连接所述汽轮发电机；
[0010]所述高温换热通道内设有高温端换热器，所述高温端换热器的两端分别连接所述蒸汽罐和所述低中压水管；
[0011]所述中温换热通道内设有中温端换热器，所述中温端换热器的两端分别连接所述蒸汽罐和所述低中压水管。
[0012]本发明通过设置单一蒸汽罐结构，降低了不同换热通道换热后产生的蒸汽具有不同压力而带来的风险。工作中，高温端换热器内的高压力蒸汽与中温端换热器内的中压力蒸汽通过蒸汽罐这一中间储气空间进行压力平衡后输送，确保气体存储和输运过程的安全性。
[0013]所述高温换热通道内沿着气体流通方向设有复数个所述高温端换热器，任一所述高温端换热器的两端分别以可拆卸方式连接所述蒸汽罐和所述低中压水管。
[0014]所述中温换热通道内沿着气体流通方向设有复数个所述中温端换热器，任一所述中温端换热器的两端分别以可拆卸方式连接所述蒸汽罐和所述低中压水管。
[0015]本发明中的换热器采用模块化设计，使得安装和拆卸工作简单易于操作，降低了维护难度，可拆卸连接结构使得每一个换热器都成为独立工作单元，单个换热器损坏或者检修时，不会影响到其他换热器或者锅炉本体，只需对该换热器拆卸后进行修理、更换或者其他方式的维护，过程中锅炉依然可以恢复运行。
[0016]任一所述高温端换热器由复数个换热管呈束状排列后组成，以便增强设备换热能力；
[0017]所述中温端换热器采用与所述高温端换热器相同的结构。
[0018]所述蒸汽过热器设置于所述高温换热通道的进气口处，通过设置蒸汽过热器将蒸汽罐内的清洁蒸汽进一步加热为过热蒸汽后输送到汽轮发电机，推动其发电，提高热能利用率。
[0019]所述蒸汽过热器由复数个换热管呈束状排列后组成，以便增强换热能力。
[0020]所述蒸汽过热器采用一耐腐蚀高合金钢制成的蒸汽过热器。由于蒸汽过热器设置于高温换热通道的进气口处，处于整个换热过程的最前端，接触到的合成气的温度最高，而且由于没有经过换热通道的冷却和结垢，合成气内的有害物质含量也最高，因此最容易受到腐蚀和热损伤，采用耐腐蚀高合金钢为蒸汽过热器的制备材料，有助于提高过热器的抗腐蚀能力和强度，延长设备使用寿命。
[0021]所述水预热器内对应所述高温换热通道和所述中温换热通道分别设有高温侧预热通道和中温侧预热通道，便于利用换热降温后的合成气对锅炉水进行预热；
[0022]所述高温侧预热通道的进气端连接所述高温换热通道的出气端，所述高温侧预热通道的出气端连接所述可燃气输送管道；
[0023]所述中温侧预热通道的进气端连接所述中温换热通道的出气端，所述中温侧预热通道的出气端连接所述外部尾气处理装置。
[0024]所述水预热器与所述低中压水管的连接管路上设有水增压泵，防止水体逆流，也便于加速流体运行并给蒸汽罐一定压力，提高蒸汽输送效率。
[0025]所述可燃气输送管道上设有一气体过滤器，所述气体过滤器内设有高温微孔陶瓷滤芯，通过设置气体过滤器对流经的低温低热值可燃气体进行过滤净化，减少气体内的杂质含量，在气体过滤器内设置高温微孔陶瓷滤芯有助于提高过滤和净化的质量。
[0026]所述可燃气输送管道上设有一气体冷凝器，所述气体冷凝器设置于所述气体过滤器与所述燃气发电机之间，通过设置气体冷凝器将流经的低温低热值可燃气体进一步降温凝结出焦油，以减少在燃气发电机上的结垢。
[0027]所述可燃气输送管道上设有一气体增压泵，所述气体增压泵设置于所述气体冷凝器与所述燃气发电机之间的管路中。
[0028]所述可燃气输送管道上设有一外部可燃气输入接口，所述外部可燃气输入接口设置于所述气体冷凝器与所述气体增压泵之间。
[0029]所述汽轮发电机的尾气出口连接一蒸汽冷凝塔，所述蒸汽冷凝塔用于锅炉水回收后再利用，减少水资源损耗。
[0030]本发明的双级换热、双级发电工作模式的工作原理是:来自高温等离子体反应釜的高温合成气先后流经蒸汽过热器、高温换热通道和水预热器，完成了第一级换热，过程中，高温合成气先与蒸汽过热器进行接触并发生热交换，再进入锅炉本体与复数个高温端换热器进行热交换，将流经其内部的锅炉水转换成高温蒸汽，经过换热器换热冷却后的高温合成气在经过水预热器时对流经其内的锅炉水进行预热，再次降温后的高温合成气变成低温低热值可燃合成气后通过管路输送到燃气发电机作为发电用燃料，进行第一级发电；燃气发电机产生的中温尾气先后流经中温换热通道和水预热器，完成了第二级换热，过程中，中温尾气流经中温端换热器时使其内的锅炉水转为中温蒸汽，自身被降温冷却，然后再流经水预热器时对锅炉水进行预热，自身进一步降温冷却后成为低温尾气被输出到外部尾气处理装置进行净化处理，高温蒸汽和中温蒸汽集中流入蒸汽罐后进行了压力平衡，然后在流经蒸汽过热器过程中再次被加热，彻底除湿后被输送到汽轮发电机进行第二级发电。
[0031]所述锅炉本体内设有利用蒸汽罐内的蒸汽除垢的吹灰工位，所述吹灰工位上设有一回旋伸缩式吹灰器，所述回旋伸缩式吹灰器连接所述蒸汽罐，以便利用蒸汽罐提供的高压清洁蒸汽对锅炉本体内的受热面进行清灰除垢。锅炉运行过程中，设备的受热面容易积灰结垢和结焦，减小受热面的导热系数，使得热交换效率降低；结垢后容易使得受热面产生高低温腐蚀，增加换热部件的爆裂概率，降低设备使用寿命，影响工作效率。设置吹灰器可以有效改善设备受热面的结垢结焦情况，提高受热面的工作效率。由于高压蒸汽来源于锅炉本身，因此本发明无需额外增加外部供气设备和气源，节省了资源和设备的投入成本。
[0032]任一所述高温端换热器的两侧分别设有至少一个所述吹灰工位和配套的所述回旋伸缩式吹灰器。
[0033]任一所述中温端换热器的两侧分别设有至少一个所述吹灰工位和配套的所述回旋伸缩式吹灰器。
[0034]所述蒸汽过热器的至少一侧设有至少一个所述吹灰工位和配套的所述回旋伸缩式吹灰器。[0035]所述蒸汽罐上设有一用于减压的安全阀门，便于蒸汽罐压力超限时的排险。
[0036]所述安全阀门优选采用一弹簧力可调节式安全阀门。
[0037]所述换热管采用耐腐蚀高合金钢制成的换热管，以便增强设备的抗腐蚀能力和机械强度，延长设备使用寿命。
[0038]有益效果:由于采用上述技术方案，本发明实现了双级换热和双级发电功能，成倍提高了废物处置行业的热电转化效率和效益；大大节约了综合能源消耗，支持了行业的可持续发展；大大减少了有害气体的排放，保护了人类生存环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明的整体结构示意图；
[0040]图2为本发明的局部结构示意图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
[0042]参照图1、图2，高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，包括内部设有高温换热通道和中温换热通道的双级换热锅炉。双级换热锅炉包括锅炉本体，内设蒸汽罐1、低中压水管2，低中压水管2的进水端连接水预热器3，连接管路中设有水增压泵4，水预热器3的进水端连接外部锅炉水供水管道，蒸汽罐I的出气端连接蒸汽过热器5的进气端，蒸汽过热器5的出气端连接汽轮发电机6。
[0043]高温换热通道内沿着气体流向设有复数个高温端换热器7，任一高温端换热器7的两端分别以可拆卸方式连接蒸汽罐I和低中压水管2 ;中温换热通道内沿着气体流向设有复数个中温端换热器，任一中温端换热器的两端分别以可拆卸方式连接蒸汽罐I和低中压水管2。高温换热通道的进气口连接高温等离子体反应釜的合成气输出口，蒸汽过热器5设置于高温换热通道的进气口处。高温换热通道的出气口通过可燃气输送管道连接燃气发电机8，对外输出冷却后的低温低热值可燃合成气，以便对高温合成气进行余热回收，用于发电。可燃气输送管道上设有气体过滤器9，气体过滤器9内设有高温微孔陶瓷滤芯，通过设置气体过滤器9对流经的低温低热值可燃气体进行过滤净化，减少气体内杂质含量，提高气体燃值。在气体过滤器9之后设有气体冷凝器15以提高燃气的净化质量。可燃气输送管道上设有气体增压泵10，气体增压泵10设置于气体冷凝器15与燃气发电机8之间的管路中。可燃气输送管道上设有外部可燃气输入接口，外部可燃气输入接口设置于气体冷凝器与气体增压泵之间的连接管路上。汽轮发电机6的尾气出口连接蒸汽冷凝塔11，蒸汽冷凝塔11用于锅炉水回收后再利用，减少水资源损耗。燃气发电机8的废气出口连接中温换热通道的进气口，中温换热通道的出气口连接外部尾气处理装置12，便于对换热后的低温尾气进行净化处理。蒸汽罐I上设有用于减压的弹簧力可调节式安全阀门14，便于蒸汽罐I压力超限时的排险。锅炉本体内设有利用蒸汽罐内的高压蒸汽除垢的吹灰工位13，吹灰工位13上设有一回旋伸缩式吹灰器，回旋伸缩式吹灰器连接蒸汽罐1，以便利用蒸汽罐I提供的高压清洁蒸汽对锅炉本体内的受热面进行清灰除垢。任一高温端换热器7和任一中温端换热器的两侧分别设有至少一个吹灰工位和配套的回旋伸缩式吹灰器。蒸汽过热器5的至少一侧设有至少一个吹灰工位和配套的回旋伸缩式吹灰器。换热锅炉运行过程中，设备的受热面容易积灰结垢和结焦，减小受热面的导热系数，使得热交换效率降低；结垢后容易使得受热面产生高低温腐蚀，增加换热部件的爆裂概率，降低设备使用寿命，影响工作效率。利用吹灰器可以有效改善设备受热面的结垢结焦情况，提高受热面的工作效率。由于高压蒸汽来源于余热锅炉本身，因此本发明无需额外增加外部供气设备和气源，节省了资源和设备的投入成本。任一高温端换热器7由复数个换热管呈束状排列后组成，蒸汽过热器5由复数个换热管呈束状排列后组成，以便增加受热面，增强设备换热能力；中温端换热器采用与高温端换热器相同的结构。换热管采用耐腐蚀高合金钢制成，蒸汽过热器5采用耐腐蚀高合金钢制成，以便增强设备的抗腐蚀性能和强度，增加设备的使用寿命。水预热器3内对应高温换热通道和中温换热通道分别设有高温侧预热通道和中温侧预热通道，便于利用换热降温后的合成气对锅炉水进行预热；高温侧预热通道的进气端连接高温换热通道的出气端，高温侧预热通道的出气端连接可燃气输送管道；中温侧预热通道的进气端连接中温换热通道的出气端，中温侧预热通道的出气端连接外部尾气处理装置12。
[0044]本发明通过设置单一蒸汽罐结构，降低了不同换热通道换热后产生的蒸汽具有不同压力而带来的风险。工作中，高温端换热器内的高温蒸汽与中温端换热器内的中温蒸汽通过蒸汽罐这一中间储气空间进行压力平衡后输送，确保气体存储和输运过程的安全性，一定程度避免了传统工艺中单一换热通道和单一蒸汽罐导致的压力超限的情况。换热器采用模块化设计，使得安装和拆卸工作简单易于操作，降低了维护难度，可拆卸连接结构使得每一个换热器都成为独立工作单元，单个换热器损坏或者检修时，不会影响到其他换热器或者锅炉本体，只需对该换热器拆卸后进行修理、更换或者其他方式的维护，过程中锅炉依然可以恢复运行。
[0045]本发明具有双级换热、双级发电的工作模式:来自于高温等离子体反应釜的高温合成气在经过高温换热通道时进行第一级换热，热交换过程中被降温冷却后转变为低温低热值可燃合成气被输出到燃气发电机用于第一级发电，第一级换热过程的产物除了低温低热值可燃合成气外，还有吸收热量后由锅炉水转化的清洁蒸汽，清洁蒸汽被输送到汽轮发电机进行第二级发电；燃气发电机在发电过程中生成的中温合成气通过废气出口输入到中温换热通道进行第二级换热，热交换过程中被降温冷却后变成低温尾气被输送到外部尾气处理装置进行净化处理，第二级换热过程中的热量辅助锅炉水转化为清洁蒸汽，继续参与第二级发电。通过设置高温换热通道和中温换热通道构建了双级换热、双级发电的工作模式，大大提高了热电转化率，改善并提高了整个余热回收系统的工作效率，有效实现了工业废弃物处理后的尾气回收利用和能源再生。
[0046]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，包括一双级换热锅炉，所述双级换热锅炉为一设有两个独立的换热通道的换热锅炉，所述两个独立换热通道为高温换热通道和中温换热通道，所述高温换热通道的进气口连接高温等离子体反应釜的合成气输出口，所述高温换热通道的出气口连接可燃气输送管道，所述可燃气输送管道连接一燃气发电机； 所述燃气发电机的废气出口连接所述中温换热通道的进气口，所述中温换热通道的出气口连接外部尾气处理装置，所述双级换热锅炉的清洁蒸汽出口连接一利用双级换热锅炉在换热过程中产生的清洁蒸汽进行发电的汽轮发电机。
2.根据权利要求1所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述双级换热锅炉包括锅炉本体，所述锅炉本体内设有蒸汽罐、低中压水管、所述高温换热通道和所述中温换热通道，所述低中压水管的进水端连接一水预热器，所述水预热器的进水端连接外部锅炉水供水管道，所述蒸汽罐的出气端连接一蒸汽过热器的进气端，所述蒸汽过热器的出气端连接所述汽轮发电机； 所述高温换热通道内设有高温端换热器，所述高温端换热器的两端分别连接所述蒸汽罐和所述低中压水管； 所述中温换热通道内设有中温端换热器，所述中温端换热器的两端分别连接所述蒸汽罐和所述低中压水管。
3.根据权利要求2所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述高温换热通道内沿着气体流通方向设有复数个所述高温端换热器，任一所述高温端换热器的两端分别以可拆卸方式连接所述蒸汽罐和所述低中压水管； 所述中温换热通道内沿着气体流通方向设有复数个所述中温端换热器，任一所述中温端换热器的两端分别以可拆卸方式连接所述蒸汽罐和所述低中压水管。
4.根据权利要求2所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述蒸汽过热器设置于所述高温换热通道的进气口处； 所述蒸汽过热器由复数个换热管呈束状排列后组成； 所述蒸汽过热器采用一耐腐蚀高合金钢制成的蒸汽过热器。
5.根据权利要求2、3或4所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述水预热器内对应所述高温换热通道和所述中温换热通道分别设有高温侧预热通道和中温侧预热通道； 所述高温侧预热通道的进气端连接所述高温换热通道的出气端，所述高温侧预热通道的出气端连接所述可燃气输送管道； 所述中温侧预热通道的进气端连接所述中温换热通道的出气端，所述中温侧预热通道的出气端连接所述外部尾气处理装置。
6.根据权利要求1所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述可燃气输送管道上设有一气体过滤器，所述气体过滤器内设有高温微孔陶瓷滤芯。
7.根据权利要求6所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述可燃气输送管道上设有一便于使流经的低温低热值可燃气体进一步降温凝结出焦油的气体冷凝器，所述气体冷凝器设置于所述气体过滤器与所述燃气发电机之间；所述可燃气输送管道上设有一气体增压泵，所述气体增压泵设置于所述气体冷凝器与所述燃气发电机之间的管路中； 所述可燃气输送管道上设有一外部可燃气输入接口，所述外部可燃气输入接口设置于所述气体冷凝器与所述气体增压泵之间。
8.根据权利要求1所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述汽轮发电机的尾气出口连接一用于锅炉水回收后再利用的蒸汽冷凝塔。
9.根据权利要求2所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，所述锅炉本体内设有利用蒸汽罐内的蒸汽除垢的吹灰工位，所述吹灰工位上设有一回旋伸缩式吹灰器，所述回旋伸缩式吹灰器连接所述蒸汽罐。
10.根据权利要求9所述的高温等离子气化合成气的高效双级换热、双级发电系统，其特征在于，任一所述高温端换热器的两侧分别设有至少一个所述吹灰工位和配套的所述回旋伸缩式吹灰器； 任一所述中温端换 热器的两侧分别设有至少一个所述吹灰工位和配套的所述回旋伸缩式吹灰器； 所述蒸汽过热器的至少一侧设有至少一个所述吹灰工位和配套的所述回旋伸缩式吹灰器。
【文档编号】F02B63/04GK103940131SQ201310737113
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】周乃成, 毛丁 申请人:吉天师能源科技(上海)有限公司, 吉天师动力科技（上海）股份有限公司