基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化系统、锅炉系统、发电系统，发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器以及锅炉系统的给水输入系统。CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，涡轮机的出气口并联CO2汽气换热器、空气汽气换热器的加热通道，再连接再循环风机、混合分离器。使用本基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，大规模的垃圾连续气化焚烧处理，垃圾处理量更大，热量的回收效率高，并可提取再生化工原料和合成天然气，能够有效地实现污染物和CO2的近零排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固体废弃物焚烧处理及资源化处理
，尤其涉及一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统。
技术介绍
现有的垃圾处理技术主要有焚烧、卫生填埋、堆肥、废品回收等。在垃圾处理常规技术中，焚烧处理具有减量效果明显，无害化彻底，占地量小，余热能得到利用，二次污染少等优点，符合我国可持续发展的战略要求。但随着国内外对环保要求的不断提高，如何增强对二次污染的控制尤为重要。因此，垃圾热解气化焚烧技术被逐渐推到工业化应用的道路上，特别是针对国内垃圾现在主要采用的是各类焚烧技术，气化焚烧技术广泛的工业化将带来国内垃圾处理行业的技术革新换代。多年来，我国对生物质、垃圾等气化焚烧技术的科学研究，进展颇多，实验室的基础研究很多，也有应用研究，如：回转窑式、立式和流化床式的干馏气化或气化高温熔融技术等。但技术推广应用上还是存在一定限制，原料种类、垃圾处理量、二次污染控制和经济效益等是主要因素。在现有的焚烧工艺和设备中，炉排型焚烧炉形式多样，其应用占全世界垃圾焚烧市场总量的80％以上，其中有在炉体内采用机械式逆推炉排、顺推炉排或组合炉排，也有采用链板式和滚筒式等炉排。在锅炉设备中，锅炉回收热量方式方法颇多，技术成熟；热源种类也多，如：太阳能、冶炼炉余热、燃煤炉、流化床、固定床、回转窑等热源，利用锅炉回收热量，用于发电、供热、供暖等。综上所述，典型的气化焚烧和锅炉设备技术成熟，各有其自身优点，但在我国实际应用中需要解决的问题和不足：1.对于我国生活垃圾含水量高、成分复杂等特性，移动炉床的技术使用，对垃圾的输送能力需要重点考虑。同时焚烧后的烟气中飞灰含量较高，锅炉积灰较重，清灰检修维护周期短。2.随着垃圾产生量的不断增多，垃圾堆积如山，垃圾处理量必须得到有效的提高，才能适应市场需求。3.面对严格的污染物排放要求，二次污染控制是技术上需要解决的核心问题。4.为了有效的提高经济效益，垃圾热处理过程中，热量的回收效率需要提高。现有的垃圾热处理技术通常采用锅炉回收垃圾焚烧后的高温烟气热量，产生蒸汽推到汽轮机发电，整个转换热效率损耗较大，处理相同的垃圾量，相对减少热损耗和提高热交换效率就可以提高热效率。现有的技术如以下专利：外燃湿空气燃气轮机发电系统(ZL 01120378.1)、燃气轮机发电系统及其运行控制方法(ZL 200880007113.7)、双燃料助燃型燃气-蒸汽联合循环系统(ZL 200610062631.1)、煤粉燃气轮机发电系统以及产生煤粉两相流燃料的工艺方法(ZL200610062055.0)、多列分段驱动复合式生活垃圾焚烧炉(ZL200710092508.9)和两段式垃圾焚烧炉(ZL201010268376.2)中均涉及到的问题：没有结合垃圾热处理方式方法，以及垃圾热处理的二次污染控制、烟气成分复杂等问题；现有垃圾热处理热化学反应以氧化反应为主，还原反应辅助，易产生二次污染物，且燃烧过氧系数大，一次风、二次风供入量大，烟气中粉尘含量较高，对热能回收系统和烟气处理系统影响较大，容易积灰，烟气量较大，相对降低了热转换效率；垃圾气化焚烧后合成烟气的深度净化问题，需要合成烟气清洁度满足燃气轮机要求，以及垃圾气化焚烧-燃气-蒸汽轮机联合循环发电的应用；垃圾热处理方式的革新，减少烟气量，改变烟气组分，化学反应环境变成还原反应，热效率的相对提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种转换热效率损耗较小，热量的回收效率更高，并可提取再生化工原料和合成天然气，污染物和CO2排放近零的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化焚烧系统、锅炉系统、循环发电系统，所述锅炉系统具有汽包、过热器，所述循环发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器、以及锅炉系统的给水输入系统，所述混合器的侧壁上设有第一入口、第二入口，所述混合器的底部设有出水口，所述混合器的顶部设有出汽口，所述混合器的第一入口连接汽包的饱和蒸汽出口，所述混合器的第二入口连接高压空气压气机的出气口，所述高压空气压气机的进气口连接低压空气压气机的出气口，所述低压空气压气机的进气口与大气连通，所述混合器的出水口连接汽包的进水口，所述混合器的出汽口连接过热器的进汽口，所述过热器的出汽口输出高压过热蒸汽，所述过热器的出汽口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机与发电机动力连接，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，所述锅炉系统的废气排放口连接CO2风机的进气口，所述CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，所述CO2风机的出气口输出CO2，所述涡轮机的出气口分别连接CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道，CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道并联后再连接再循环风机的进气口，再循环风机的出气口连接混合分离器，所述混合分离器分离出氮气后，剩余气体与CO2风机输出的CO2混合输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，所述CO2风机的出气口与垃圾气化焚烧系统之间连接CO2汽气换热器的受热通道，所述混合器的第二入口与高压空气压气机的出气口之间连接空气汽气换热器的受热通道。为了提高热回收效率，对高压空气压气机的输入空气进行预加热，进一步地，还包括气水换热器，所述低压空气压气机、高压空气压气机之间连接气水换热器的受热通道，所述给水输入系统的出水口连接气水换热器的加热通道的加热通道后对锅炉系统供水，所述给水输入系统包括通过管道依次串联的除氧器、水泵，所述除氧器的进水口连接水源，所述水泵的出水口为给水输入系统的出水口。本专利技术利用气水换热器回收给水输入系统的残余热量，利用气水换热器、空气汽气换热器预加热空气，大大提高了热回收效率。为了对锅炉系统排除的废气进行回收利用，实现零废气排放量，进一步地，所述CO2分离器包括一级膜分离器以及第一二级膜分离器、第二二级膜分离器，所述一级膜分离器分离出H2、CO2排入第一二级膜分离器，其余气体排入第二二级膜分离器，所述第一二级膜分离器分离出CO2输入CO2风机，剩余的H2回收再利用，所述第二二级膜分离器分离出N2回收再利用，其余的气体回收再利用。进一步地，所述锅炉系统包括锅炉本体，所述锅炉本体具有旋风除尘室、炉室a、炉室b，所述旋风除尘室的下端设置烟气入口，旋风除尘室的烟气入口与垃圾气化焚烧系统连接，旋风除尘室上端为第三烟气出口，旋风除尘室上端的第三烟气出口与炉室a的上端连通，所述炉室a、炉室b的下端连通，所述炉室b的上端设置废气出口，所述旋风除尘室内沿周向设有呈环形的水冷壁，所述炉室a内设置有所述的过热器，炉室b内设置有蒸发器，锅炉本体的顶端设置所述的汽包，所述旋风除尘室、炉室a、炉室b均位于汽包下方，所述汽包上设有汽水进口，汽包内设有汽水分离装置，用于分离汽水混合物，汽包通过第一下降管连接水冷壁的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，汽包通过第二下降管连接蒸发器的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，所述水冷壁、蒸发器的出汽口分别通过汽管连接汽包的进汽口，用于回流高温蒸汽。为了对炉室c排出的烟气进行无害化处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化焚烧系统、锅炉系统、循环发电系统，所述锅炉系统具有汽包、过热器，其特征在于：所述循环发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器、以及锅炉系统的给水输入系统，所述混合器的侧壁上设有第一入口、第二入口，所述混合器的底部设有出水口，所述混合器的顶部设有出汽口，所述混合器的第一入口连接汽包的饱和蒸汽出口，所述混合器的第二入口连接高压空气压气机的出气口，所述高压空气压气机的进气口连接低压空气压气机的出气口，所述低压空气压气机的进气口与大气连通，所述混合器的出水口连接汽包的进水口，所述混合器的出汽口连接过热器的进汽口，所述过热器的出汽口输出高压过热蒸汽，所述过热器的出汽口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机与发电机动力连接，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，所述锅炉系统的废气排放口连接CO2风机的进气口，所述CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，所述CO2风机的出气口输出CO2，所述涡轮机的出气口分别连接CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道，CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道并联后再连接再循环风机的进气口，再循环风机的出气口连接混合分离器，所述混合分离器分离出氮气排空或回收利用或输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，剩余气体与CO2风机输出的CO2混合输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，所述CO2风机的出气口与垃圾气化焚烧系统之间连接CO2汽气换热器的受热通道，所述混合器的第二入口与高压空气压气机的出气口之间连接空气汽气换热器的受热通道。...

【技术特征摘要】
1.一种基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，包括垃圾气化焚烧系统、锅炉系统、循环发电系统，所述锅炉系统具有汽包、过热器，其特征在于：所述循环发电系统包括混合器、低压空气压气机、高压空气压气机、涡轮机、发电机、空气汽气换热器、CO2汽气换热器、CO2风机、再循环风机、混合分离器、CO2分离器、以及锅炉系统的给水输入系统，所述混合器的侧壁上设有第一入口、第二入口，所述混合器的底部设有出水口，所述混合器的顶部设有出汽口，所述混合器的第一入口连接汽包的饱和蒸汽出口，所述混合器的第二入口连接高压空气压气机的出气口，所述高压空气压气机的进气口连接低压空气压气机的出气口，所述低压空气压气机的进气口与大气连通，所述混合器的出水口连接汽包的进水口，所述混合器的出汽口连接过热器的进汽口，所述过热器的出汽口输出高压过热蒸汽，所述过热器的出汽口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机与发电机动力连接，高压过热蒸汽推动涡轮机发电，所述锅炉系统的废气排放口连接CO2风机的进气口，所述CO2分离器连接于锅炉系统的废气排放口、CO2风机的进气口之间，所述CO2风机的出气口输出CO2，所述涡轮机的出气口分别连接CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道，CO2汽气换热器的加热通道、空气汽气换热器的加热通道并联后再连接再循环风机的进气口，再循环风机的出气口连接混合分离器，所述混合分离器分离出氮气排空或回收利用或输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，剩余气体与CO2风机输出的CO2混合输入垃圾气化焚烧系统作为气化剂，所述CO2风机的出气口与垃圾气化焚烧系统之间连接CO2汽气换热器的受热通道，所述混合器的第二入口与高压空气压气机的出气口之间连接空气汽气换热器的受热通道。2.根据权利要求1所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：还包括气水换热器，所述低压空气压气机、高压空气压气机之间连接气水换热器的受热通道，所述给水输入系统的出水口连接气水换热器的加热通道的加热通道后对锅炉系统供水，所述给水输入系统包括通过管道依次串联的除氧器、水泵，所述除氧器的进水口连接水源，所述水泵的出水口为给水输入系统的出水口。3.根据权利要求1所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述CO2分离器包括一级膜分离器以及第一二级膜分离器、第二二级膜分离器，所述一级膜分离器分离出H2、CO2排入第一二级膜分离器，其余气体排入第二二级膜分离器，所述第一二级膜分离器分离出CO2输入CO2风机，剩余的H2回收再利用，所述第二二级膜分离器分离出N2回收再利用，其余的气体回收再利用。4.根据权利要求1所述的基于垃圾气化合成气回收的湿空气透平发电系统，其特征在于：所述锅炉系统包括锅炉本体，所述锅炉本体具有旋风除尘室、炉室a、炉室b，所述旋风除尘室的下端设置烟气入口，旋风除尘室的烟气入口与垃圾气化焚烧系统连接，旋风除尘室上端为第三烟气出口，旋风除尘室上端的第三烟气出口与炉室a的上端连通，所述炉室a、炉室b的下端连通，所述炉室b的上端设置废气出口，所述旋风除尘室内沿周向设有呈环形的水冷壁，所述炉室a内设置有所述的过热器，炉室b内设置有蒸发器，锅炉本体的顶端设置所述的汽包，所述旋风除尘室、炉室a、炉室b均位于汽包下方，所述汽包上设有汽水进口，汽包内设有汽水分离装置，用于分离汽水混合物，汽包通过第一下降管连接水冷壁的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，汽包通过第二下降管连接蒸发器的进水口，用于输出汽水分离装置分离出的水，所述水冷壁、蒸发器的出汽口分别通过汽管连接汽包的进汽口，用于回流高温蒸汽。5.根据权利要求4所述的基于垃圾气化合成气...

【专利技术属性】
技术研发人员：林顺洪，严欣平，周雄，李长江，丁又青，杨鲁，徐明，汤毅，莫榴，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50