專利名稱：渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法及專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電方法及配套的燃?xì)獍l(fā)生設(shè)備，確切地說是一種渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法及專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
目前，為了更充分地利用煤炭資源，同時(shí)盡可能地滿足節(jié)能環(huán)保的要求，已出現(xiàn)煤變油、甲醇、乙醇、各種煤氣等各種更有效的利用方式。其中，節(jié)能、減排和降污效果最為明顯的方式是利用現(xiàn)有煤氣發(fā)生爐生成燃?xì)?。但是，現(xiàn)有的煤氣發(fā)生爐僅用于爐、窯、烘制等方面，不適合應(yīng)用在消耗煤炭大戶火力發(fā)電行業(yè)，即發(fā)電行業(yè)無法改用煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的燃?xì)獍l(fā)電。其原因是煤氣發(fā)生爐用空氣作氣化劑與煤炭制造煤氣，而這種煤氣較好的成份含量是氮?dú)?0%、一氧化碳25%、氫氣10%等，含有大量灰塵和難以克服的焦油，即使用除塵裝置、電捕焦油設(shè)施均無法得到理想的能直接用于渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的燃?xì)?。另外，現(xiàn)有用煤炭生成燃?xì)獾漠a(chǎn)生大量的半煤焦使成本過高，也是發(fā)電行業(yè)無法用該燃?xì)獍l(fā)電的重要原因。因此，火力發(fā)電行業(yè)始終是低產(chǎn)能、高污染的行業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法及專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置，它可生成直接供現(xiàn)有渦輪發(fā)電機(jī)使用煤燃?xì)?，且煤轉(zhuǎn)燃?xì)獾某杀据^低，利用煤燃?xì)夤u輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，可解決現(xiàn)有火力發(fā)電行業(yè)高污染、低產(chǎn)能的問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的提出具體方案實(shí)現(xiàn)煤燃?xì)庥糜跍u輪發(fā)電以及渦輪發(fā)電機(jī)排出高溫氣體的使用氧氣與蒸汽混合與碳反應(yīng)制造燃?xì)?；一是，氧氣和蒸汽摩爾?shù)比6 4混合從底部進(jìn)、上入上段(8內(nèi)的自燃煤層構(gòu)成劇烈自燃產(chǎn)生高溫氣、 高溫碳6摩爾氧氣與6摩爾碳自燃時(shí)發(fā)生5摩爾一氧化碳和少量甲烷，同時(shí)放出和一氧化碳反應(yīng)相等高溫?zé)崃考巴瑴責(zé)崽肌?摩爾高溫?zé)崽计ヅ?摩爾蒸汽反應(yīng)發(fā)生4摩爾氫氣 (含甲烷)、4摩爾一氧化碳。二是，消除79%氮?dú)饣烊牒鸵谎趸挤磻?yīng)過程被吸收約2000KJ/ m3熱能，從而使節(jié)省出的熱能用于吸收蒸汽與高溫碳發(fā)生更好的氣化，同時(shí)也使整個(gè)過程氣體流速降低，明顯減少灰塵、焦油跟隨飄流。三是，蒸汽與高溫碳是吸收氧氣與碳反應(yīng)一氧化碳放出熱能還原平衡，匹配等量蒸汽與熱碳產(chǎn)生轉(zhuǎn)換相同能量的；氫氣和甲烷、一氧化碳，從而解決氧與碳反應(yīng)過程熱能用蒸汽轉(zhuǎn)換，消除熱能隨氮?dú)饬魇А?shí)現(xiàn)這一技術(shù)方案是在燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)；氧氣、蒸汽與原料煤炭反應(yīng)產(chǎn)生的煤燃?xì)夂窟_(dá)到一氧化碳>50%、氫氣>20%，少量甲烷。這種煤燃?xì)庖?00-800°C溫度再進(jìn)入凈化器；與焦炭或秸稈、植物桿莖粉碎加工后做為被蒸餾原料，反應(yīng)產(chǎn)出煤燃?xì)庾罱K成份是一氧化碳>50%、氫氣>25%、甲烷 10%，熱值>12000KJ/m3。更重要的是利用焦炭或秸稈、植物桿莖在缺氧條件下只能處于蒸餾，構(gòu)成進(jìn)一步過濾、吸收灰塵、焦油，使的無氮煤燃?xì)鈨艋潭瓤芍苯佑糜谌細(xì)鉁u輪、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)使用。煤炭燃燒要節(jié)省和能效成倍提高，在于煤燃?xì)饽軌蜃鳛槿細(xì)鉁u輪使用的燃料并使其發(fā)電，借發(fā)電后渦輪排出高溫氣體、又噴出流向于火力發(fā)電鍋爐替代煤粉燃燒，將煤炭燃燒放出熱能利用率提高到75%—80%已成定論。煤燃?xì)鉁u輪發(fā)電與火力發(fā)電廠聯(lián)接。煤燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)能效為35%、<25%兩種，與火力發(fā)電、爐、窯連接使用，能效國外公認(rèn)75%?；鹆Πl(fā)電廠；煤燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)設(shè)置在原噴煤粉位置，工作時(shí)渦輪發(fā)電機(jī)煤燃?xì)饨?jīng)過渦輪內(nèi)燃燒驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，渦輪內(nèi)燃發(fā)電后噴出的高溫氣體、導(dǎo)向進(jìn)入火力發(fā)電鍋爐取代煤粉燃燒加熱。由于高溫氣體在渦輪出口噴出直接進(jìn)入火力發(fā)電鍋爐，燃燒充分、熱量穩(wěn)定，其火力發(fā)電外加自身熱能利用、使的鍋爐燒煤粉被噴入高溫氣體取代，產(chǎn)生能效在火力發(fā)電達(dá)到40—45%。而渦輪發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)有效電能35%，兩項(xiàng)綜合煤炭能效達(dá)到75%。煤燃?xì)庠跍u輪燃燒室能夠爆燃，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，燃后600—1000°C氣體經(jīng)出口噴出，導(dǎo)向流入火力發(fā)電鍋爐進(jìn)口，渦輪發(fā)電機(jī)本身體積小，燃燒室與噴、進(jìn)口只有幾米間距，容易與火力發(fā)電廠鍋爐連接，而保溫效果處于密閉狀態(tài)，基本無熱量散發(fā)損失。 渦輪優(yōu)勢與特點(diǎn)是，能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)幾萬小時(shí)、燃燒室沒有間歇爆燃方式，使的一、二反應(yīng)裝置產(chǎn)出煤燃?xì)饽軌蚋邷?、高壓直接進(jìn)入渦輪機(jī)燃燒室連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。煤燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)與爐、窯聯(lián)接
使用煤氣發(fā)生爐的鍋爐、窯改用無氮煤燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)，將渦輪噴高溫氣流連接進(jìn)入鍋爐、窯供加熱使用。渦輪排出高溫氣體取代爐窯內(nèi)燒煤氣或煤碳，渦輪發(fā)電效能有35%、 25%兩種，區(qū)別在于加溫、燒結(jié)、熔煉或簡化無氮煤燃?xì)庵圃飙h(huán)節(jié)。選用發(fā)電效能25%的燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)，主要是經(jīng)渦輪工作后能夠噴出上千度的氣流，達(dá)到燒結(jié)、熔煉的需要。換而言之增加煤燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，可在原來燃燒方式上能效提高產(chǎn)生35%、25%電力。煤燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)
用于迅猛發(fā)展的城鎮(zhèn)、社區(qū)化、需單獨(dú)發(fā)電的工作和場地。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電；增加利用余熱加溫?zé)崴鉀Q城鎮(zhèn)、社區(qū)、各種輕、工、農(nóng)業(yè)正常使用熱水、電力，冬天補(bǔ)增燃?xì)饧訙責(zé)崴糜诠┡?。最大?yōu)點(diǎn)是布置多臺機(jī)組，低谷期只開一臺機(jī)，高峰期開多臺機(jī)。每天可節(jié)省 12小時(shí)的無功效空運(yùn)轉(zhuǎn)，這是發(fā)電廠做不到的，同時(shí)也是消耗秸稈、稈莖的回收利用和節(jié)能最佳有效途徑。由于煤燃?xì)庖谎趸己扛?，將煤燃?xì)庖?0 kg /cm2壓力用于柴油內(nèi)燃、 電噴射爆燃方式，借以提高功率10 —15%。氧氣產(chǎn)生與使用成本
大型發(fā)電廠每日所燒煤燃?xì)庑韬挠贸汕先f噸氧氣來制造，產(chǎn)生氧氣設(shè)施采用大型三級制氧機(jī)器。第一級有電力驅(qū)動(dòng)制氧機(jī)，一級所產(chǎn)生的高壓氧氣、氮?dú)馔ㄟ^二級氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)二級制氧機(jī)后各自釋放出來。二級制氧產(chǎn)生的高壓氧氣、氮?dú)馔ㄟ^三級馬達(dá)驅(qū)動(dòng)制氧機(jī)后各自釋放出來，所釋放的氧氣供反應(yīng)裝置使用及部分儲存。制氧機(jī)壓力>163 kg /cm2，進(jìn)氣動(dòng)馬達(dá)壓力<150 kg/cm2，氣動(dòng)馬達(dá)排出壓力<2 kg / cm2。理論上制氧效率按80%計(jì)算 第一級21%、第二級15%、第三級11%，總計(jì)47%。這一效果使制氧成本降到300元/噸以下， 同時(shí)也可采用吸附式制氧設(shè)備，都能夠保證煤燃?xì)庵圃爝^程低成本。同時(shí)沒有氮?dú)饣烊爰纯晒?jié)省0. llkg/m3煤炭、費(fèi)用0. 13元，基本上與消耗氧氣費(fèi)用持平。蒸汽產(chǎn)生與使用成本
蒸汽是轉(zhuǎn)換氧與煤發(fā)生一氧化碳熱能重點(diǎn)，配匹好的軟化、高溫蒸汽能多產(chǎn)出氫氣，使煤燃?xì)饩哂斜夹?。蒸汽產(chǎn)生是兩種；一種是反應(yīng)裝置自身夾水套產(chǎn)生，基本不需費(fèi)用，適 應(yīng)條件有限。一種是專用蒸汽鍋爐，產(chǎn)生蒸汽高溫而穩(wěn)定，用于發(fā)電廠煤燃?xì)夥磻?yīng)裝置、減 少蒸汽吸收氧、碳反應(yīng)的熱能，利于多中和熱碳發(fā)生氫氣。煤燃?xì)庠霞俺杀?br> 燃?xì)獍l(fā)生器氧與碳劇烈自燃^^蒸汽與高溫碳反應(yīng) 原料名稱碳(0. 72+0. 48kg) =1. 2kg 氧氣=0.96kg
水蒸汽=0. 72kg
重量合計(jì)=2. 88kg
摩爾數(shù)比；氧氣蒸汽碳 6:4:10 化學(xué)反應(yīng)氧氣+碳ヰ自燃 蒸汽+高溫碳一反應(yīng) O =0. 96kg+C=0. 72kgH2O=O. 72kg+c=0. 48kg
CH4=IOmOlX890=8900KJH2=20m01X285=5700KJ
C0=50m01X283=14150KJCH4=IOmOlX890=8900KJ
C0=40m01X283=11320KJ
10+50+20+10+40
體積=-=3. 12m3
41. 6
48970KJ
熱值=-=15695KJ/m3 功能=4. 3Kffh/m3
3. 12
成本碳 1. 2kg X 1. 2 元=1. 44 元氧氣 0. 96kg X0. 5 元=0. 48 元 電費(fèi)0. 04元 1. 96 元 /3. 12m3=0. 63 元 /m3
渦輪發(fā)電0. 63 元 /4. 3X0. 75=0. 195 元 /KWh 內(nèi)燃發(fā)電0. 63 元 /4. 3X0. 42=0. 349 元 /KWh 即每公斤煤炭僅轉(zhuǎn)換發(fā)電煤燃?xì)鉁u輪連接火力發(fā)電廠發(fā)電成本0. 195元/KWh。本發(fā)明無氮煤燃?xì)怙@著特征；設(shè)置兩個(gè)反應(yīng)裝置為ー組
燃?xì)獍l(fā)生器用氧氣、蒸汽與燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)煤炭做原料發(fā)生燃?xì)猓`是解決以空氣做氣 化劑造成79%氮?dú)饣烊氩p失氧化過程熱能。ニ是單純使用同等量氧氣降低氣體流速減 少灰塵飄流，氧氣與煤自燃層內(nèi)部劇烈高溫燃燒，多吸收蒸汽還原氧、碳發(fā)生ー氧化碳釋放 熱量。同時(shí)反應(yīng)裝置內(nèi)溫度提高700—900°C，使待自燃煤炭處于蒸餾狀態(tài)利于釋放甲烷、 甚至燒化焦油。氧與煤炭、吸收蒸汽還原中和的燃?xì)獬煞莺恳谎趸?gt;50%，氫氣>20%、 甲烷10%，氣體溫度600°C左右。浄化器燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的600—800°C熱燃?xì)庠龠M(jìn)入凈化器內(nèi)；與秸桿、植 物桿莖經(jīng)粉碎加工后作原料結(jié)合，高溫氣流作用下形成蒸餾，先是進(jìn)來的氣體在蒸餾過程 中少量灰塵、焦油被浄化器底部蒸餾產(chǎn)生的ニ層以上木炭層、過濾、吸收。煤氣再與秸桿、植 物稈莖放出碳?xì)錃怏w混合，成為含量一氧化碳>50%、氫氣>20%、碳?xì)錃怏w10%的無氮煤燃 氣，實(shí)現(xiàn)煤炭變氣可直接用于渦輪、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。設(shè)施簡易、可靠，制造成本低、節(jié)能達(dá)到45%以上，排污降低60%。凈化器只做蒸餾，為防止快速蒸餾過多消耗秸桿、植物桿莖，需增加噴水蒸汽調(diào)控，因?yàn)橄牧刻?，原料來源困難，也可以用成塊度焦炭替代部分植物原料。本發(fā)明的積極效果在于它可大幅降低煤炭轉(zhuǎn)化成煤燃?xì)獾某杀竞托?，并且，可確保煤燃?xì)馄焚|(zhì)能直接供渦輪發(fā)電機(jī)使用，使渦輪發(fā)電機(jī)替代現(xiàn)有的火力發(fā)電鍋爐成為火力發(fā)電行業(yè)的主要發(fā)電設(shè)備，從而大幅提高煤的燃燒利用率，降低污染物排放，使火力發(fā)電行業(yè)摘掉低能效、高污染的帽子。它還可充分利用高溫尾氣，利用高溫尾氣的余熱供火力發(fā)電鍋爐工作使用，或供給供暖系統(tǒng)使用，能更有效地提高煤炭的利用率，提高能效比。另外， 它還可利用秸稈和植物桿莖等農(nóng)業(yè)廢物，一方面，增加煤燃?xì)獾募淄楹?，提高煤燃?xì)獾娜紵Ч?，另一方面，可解決秸稈無法合理處理的問題。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于用氧氣替代空氣與煤炭發(fā)生反應(yīng)，利用氧氣替代空氣的優(yōu)點(diǎn)一是，消除空氣做反應(yīng)氣體時(shí)造成氮?dú)饣烊氩p失氧化過程熱能；二是，單純使用氧氣能減少反應(yīng)氣體的體積，從而降低氣流速度、減少灰塵飄流；三是，可產(chǎn)生無氮煤燃?xì)?，燃燒效果好。本發(fā)明還具有操作簡便、施工成本低的優(yōu)點(diǎn)ο


圖1是本發(fā)明所述專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中包括燃?xì)獍l(fā)生器和凈化器；圖2是燃?xì)獍l(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記1發(fā)生器殼體2進(jìn)氣口 3蒸汽管路4燃?xì)夤苈?進(jìn)料口 8上段 10定盤11動(dòng)盤12電加熱器13爐篦14下段15上轉(zhuǎn)軸16下轉(zhuǎn)軸17排料口 18出氣管19水套20匯集器21噴咀22內(nèi)腔23側(cè)孔。
具體實(shí)施方案本發(fā)明所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，包括如下步驟
①將氧氣和水蒸汽混合從底部同步送入燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)，氧氣和水蒸汽與燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)的煤炭中的碳在700 — 900°C的高溫下自燃反應(yīng)生成燃?xì)?；所述氧氣、水蒸汽和與煤炭中的碳反應(yīng)的摩爾數(shù)比是6 :5 - 3 :10，即重量比32:15-9:20，燃?xì)饨M份是一氧化煤炭50 — 70% (體積)，氫氣20 - 30% (體積)，甲烷10 - 20% (體積)；煤炭與氧氣和水蒸汽反應(yīng)后變?yōu)闋t渣沉積于燃?xì)獍l(fā)生器下部；
②將步驟①所述燃?xì)馑腿雰艋鬟M(jìn)行凈化處理，除去燃?xì)庵械姆蹓m和焦油得到能直接供渦輪發(fā)電機(jī)使用的煤燃?xì)猓?br> ③將步驟②所述的煤燃?xì)庾鳛槿剂瞎┙o渦輪發(fā)電機(jī)燃燒發(fā)電，所述煤燃?xì)庠跍u輪發(fā)電機(jī)內(nèi)燃燒利用后生成600 - 1000°C的高溫廢氣；
④將步驟③中所述的高溫廢氣輸送至熱氣使用終端。在上述發(fā)電過程中，隨著煤炭不斷消耗，由進(jìn)料口 7向所述燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)補(bǔ)充煤炭。步驟①所述燃?xì)馀懦銮?，利用燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)的噴咀21噴水蒸汽吸收燃?xì)獾臒崃浚?將燃?xì)馀懦鰷囟瓤刂圃?00-800°C ；步驟②所述的燃?xì)鈨艋幚?，是將步驟①中生成的溫度在600-800°C的所述燃?xì)馑腿胧⒂腥剂虾蜖t渣料的凈化器內(nèi)，所述燃?xì)庖来瘟鹘?jīng)爐渣料層和燃料層，爐渣料層和燃料層過濾燃?xì)庵泻械幕覊m、硫、焦油；同時(shí)，利用燃?xì)獾挠酂崾谷?br> 7料層在600 - 800°C的溫度下進(jìn)行蒸餾生成甲烷和氫氣，甲烷和氫氣與步驟①中生成的燃?xì)饣旌铣蔀槊喝細(xì)?，煤燃?xì)饨M份是一氧化煤炭40 - 70% (體積)、氫氣10 - 30% (體積)、甲烷20-30% (體積)。燃?xì)馀懦鰷囟瓤刂圃?00-800°C，如溫度過高定盤10進(jìn)行噴水蒸汽調(diào)控，一旦溫度偏低電加熱器12自動(dòng)加熱保溫。水蒸汽也可由現(xiàn)有的水煤漿替代。所述燃料層是由粉碎后的秸稈或植物莖桿構(gòu)成；蒸餾后的燃料層變?yōu)槟咎砍练e于凈化器下部構(gòu)成木炭層，木炭層即為爐渣料層，爐渣料層逐步排出能摻入步驟①所述煤炭中使用，防止焦結(jié)。所述燃料層也可由焦炭構(gòu)成；蒸餾后的焦炭層變?yōu)榻乖练e于凈化器下部構(gòu)成焦渣層，焦渣層即為爐渣料層，爐渣料層逐步排出能摻入步驟①所述煤炭中使用，防止焦結(jié)。 凈化器使用焦炭作為蒸餾原料，其優(yōu)點(diǎn)是除焦油效果好，因?yàn)榻固勘徽麴s過程不會產(chǎn)生新的焦油。所述的熱氣使用終端是火力發(fā)電廠的火力發(fā)電鍋爐；將步驟③和④所述的渦輪發(fā)電機(jī)設(shè)置在火力發(fā)電鍋爐的原噴煤粉處，步驟③和④所述的高溫廢氣進(jìn)入火力發(fā)電鍋爐， 利用所述高溫廢氣的熱量替代煤粉燃燒產(chǎn)生的熱量發(fā)電。具體地說，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)得知，無氮煤燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)功率為35%、25%兩種，與火力發(fā)電、爐、窯連接使用，功效國內(nèi)外公認(rèn)75— 80%。它工作方式火力發(fā)電廠內(nèi)；無氮煤燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)設(shè)置在原噴煤粉處，工作時(shí)渦輪發(fā)電機(jī)經(jīng)過內(nèi)燃轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，然后噴出高溫氣流進(jìn)入火力發(fā)電鍋爐取代煤粉燃燒加熱。由于高溫氣流在渦輪燃燒噴出直接進(jìn)入火力發(fā)電鍋爐，燃燒充分，熱量穩(wěn)定，使的火力發(fā)電與熱能利用、煤炭能效達(dá)到40— 45%，而渦輪發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)效能35%，這樣兩項(xiàng)綜合能效達(dá)到75%。渦輪發(fā)電機(jī)體積小，噴出高溫氣流上千度，容易與火力發(fā)電鍋爐口連接，而且保溫好、無熱量散發(fā)的損失，基本處于密閉狀態(tài)。用熱終端利用高溫尾氣還有以下方式無氮煤燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)功率達(dá)到42%，增加利用余熱加溫?zé)崴?，解決城鎮(zhèn)、社區(qū)、各種輕、工、農(nóng)業(yè)正常使用熱水、電能，冬天補(bǔ)增燃?xì)饧訙責(zé)崴糜诠┡?。?yōu)點(diǎn)是布置多臺機(jī)組，低谷期只開一臺機(jī)組，高峰期開多臺機(jī)組。每天可節(jié)省12小時(shí)的無功效空運(yùn)轉(zhuǎn)，這是發(fā)電廠做不到的。同時(shí)；也是節(jié)能最佳有效途徑。如圖2所示，權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法的專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置，包括一個(gè)發(fā)生器，發(fā)生器主要由發(fā)生器殼體1、上轉(zhuǎn)軸15、下轉(zhuǎn)軸16、定盤10、動(dòng)盤11和爐篦13連接構(gòu)成；發(fā)生器殼體1由上而下分為上段8、中段和下段14 ；相對應(yīng)的一塊定盤10和一塊動(dòng)盤11構(gòu)成一個(gè)研磨組，上段8內(nèi)安裝上轉(zhuǎn)軸15，下段14內(nèi)安裝下轉(zhuǎn)軸 16，上轉(zhuǎn)軸15和下轉(zhuǎn)軸16的外周至少各安裝一個(gè)研磨組，上轉(zhuǎn)軸15和下轉(zhuǎn)軸16分別與其相對應(yīng)的研磨組中的動(dòng)盤11固定連接，定盤10與發(fā)生器殼體1固定連接；發(fā)生器殼體1底部安裝能承托煤炭燃燒的爐篦13，爐篦13與下轉(zhuǎn)軸16固定連接，下轉(zhuǎn)軸16能帶動(dòng)爐篦13 ； 定盤10底部以及發(fā)生器殼體1頂部內(nèi)側(cè)均設(shè)有調(diào)控溫度用的噴咀21 ；動(dòng)盤11的主要作用是沿定盤10的表面刮起或研磨、摩擦煤炭，使煤炭松散、防止焦結(jié)，同時(shí)可確保氧氣和水蒸汽由爐篦13進(jìn)入發(fā)生器殼體1，并穿過下端封段14的爐渣與定盤10承托煤炭充分反應(yīng)；上轉(zhuǎn)軸15的轉(zhuǎn)速應(yīng)大于下轉(zhuǎn)軸16的轉(zhuǎn)速，其原因是由于上段8內(nèi)的煤炭層全部是煤炭質(zhì)量較大，而中段和下段14的煤炭層內(nèi)是含有部分爐渣的煤炭質(zhì)量較小，因此，上轉(zhuǎn)軸15需要帶動(dòng)動(dòng)盤11快速旋轉(zhuǎn)以防止結(jié)焦，下轉(zhuǎn)軸16外周的煤炭層，越向下結(jié)煤炭含量越低，至爐篦13處全為爐渣，結(jié)焦的可能性較小，無須快速旋轉(zhuǎn)。發(fā)生器殼體1頂部設(shè)有進(jìn)料口 7和出氣管18，發(fā)生器殼體1底部安裝排料口 17，下轉(zhuǎn)軸16下端開設(shè)內(nèi)腔22，內(nèi)腔22的側(cè)壁上開設(shè)側(cè)孔23，側(cè)孔23位于爐篦13附近，水蒸汽和氧氣等氣體可由內(nèi)腔22進(jìn)入，并經(jīng)側(cè)孔23排到爐篦13處。發(fā)生器內(nèi)的高溫，主要來源于動(dòng)盤11和定盤10研磨煤炭所產(chǎn)生的熱量以及煤炭與氧和水蒸汽反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量。定盤10和動(dòng)盤11上均設(shè)有下料的透槽。所述定盤10內(nèi)安裝數(shù)套電加熱器12，用于調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。當(dāng)發(fā)生器內(nèi)溫度低于 600°C時(shí)，起動(dòng)電加熱器12，提升溫度。所述電加熱器12可以是現(xiàn)有的能產(chǎn)熱的自動(dòng)電耦。所述上段8的外周安裝水套19，利用所述發(fā)生器殼體1的熱量加熱水套19內(nèi)的水，一方面，可充分利煤炭燃燒所產(chǎn)生的熱量，提高利用率，另一方面，可提供穩(wěn)定的水蒸汽來源。水套19上安裝匯集器20，匯集器20將水套19內(nèi)產(chǎn)生的水蒸汽通過管路分別與發(fā)生器殼體1內(nèi)的各噴咀21和所述內(nèi)腔22聯(lián)通。如圖1和圖3所示，包括兩個(gè)發(fā)生器，第一發(fā)生器用于生成燃?xì)猓床襟E①所述的燃?xì)獍l(fā)生器，第二發(fā)生器用于將燃?xì)鈨艋擅喝細(xì)?，即步驟②所述的凈化器；燃?xì)獍l(fā)生器的出氣管18通過管路與凈化器內(nèi)腔22聯(lián)通。如果燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)使用塊煤替代原有的碎煤，可省略定盤10和動(dòng)盤11。煤炭與蒸汽、氧氣反應(yīng)的初始熱量可通過電熱加或點(diǎn)火提供，之后的熱量便由反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量提{共。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)所述專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置內(nèi)的和料層按以下參數(shù)設(shè)置時(shí)，生成煤燃?xì)獾男Ч詈?br> 所述燃?xì)獍l(fā)生器中，下轉(zhuǎn)軸16外周的研磨組上的煤炭層厚度hi = 300 - 600mm，該煤炭層上表面至其上相鄰動(dòng)盤11之間留有供所述噴咀21噴水蒸汽使用的高度h2=200-500mm 的空間；上段8中的每個(gè)研磨組的煤炭層厚度h3=900-5000mm;最上部研磨組的煤炭層的上表面至所述發(fā)生器殼體1頂部內(nèi)側(cè)之間留有儲存氣體的高度h4=900-3000mm的空間，以便于氣體在該空間內(nèi)積存、降灰和降焦油；下段14內(nèi)的爐篦13上的爐渣層厚度 h5=800-120(MM。所述凈化器中，下轉(zhuǎn)軸16外周的研磨組上的燃料層厚度hi = 300 一 600mm,該燃料層上表面至其上相鄰動(dòng)盤11之間留有供所述噴咀21噴水蒸汽使用的高度h2=200-500mm的空間；上段8中的每個(gè)研磨組的燃料層厚度h3=900-3000mm ；最上部研磨組的煤炭層的上表面至所述發(fā)生器殼體1頂部內(nèi)側(cè)之間留有儲存氣體的高度 h4=900-3000mm的空間，以便于煤燃?xì)庠谠摽臻g內(nèi)積存、降灰和降焦油；下段14內(nèi)的爐篦13 上的爐渣料層厚度h5=900-1200MM。使用過程中，燃?xì)獍l(fā)生器和凈化器內(nèi)應(yīng)定期由排料口 17處排爐渣或爐灰以確保爐渣層或爐渣料層的厚度在整個(gè)反應(yīng)過程中整體恒定。具體各部件作用和工作原理如下
燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)，定盤10、動(dòng)盤11為一組，在反應(yīng)裝置內(nèi)設(shè)置一組或兩組以上。所述13 實(shí)質(zhì)上是爐篦，起著承托煤炭燃燒。定盤10中間裝有十幾套電加熱器12補(bǔ)充加熱用，下端貼頂設(shè)蒸汽噴咀。動(dòng)盤11實(shí)質(zhì)相當(dāng)于灰刀，主要作用是沿定盤10面刮起或研磨、摩擦煤炭松散流動(dòng)充分，防止焦結(jié)，目的是氧氣、蒸汽進(jìn)爐篦13穿過下段14和盤內(nèi)裝滿厚度800— 1200 mm的爐渣或木炭，爐篦13與定盤10承托煤炭對流自燃。溫度控制在600— 800°C，如溫度過高定盤10進(jìn)行噴水蒸汽調(diào)控，一旦溫度偏低焦油易凝對氣路不利，因此電加熱器12 會自動(dòng)加熱保溫。煤炭自燃過程中，下轉(zhuǎn)軸16上安裝的動(dòng)盤11和爐篦13每分鐘0. 1-3轉(zhuǎn)的速度，撥動(dòng)呈翻滾自燃煤層，這樣構(gòu)成進(jìn)來氣體充分混合、均勻散開，保持自燃煤層始終良好的透氣性。在上段8中煤層厚度>900 mm,內(nèi)里由于使用純氧燃燒溫度可達(dá)千度，煤層面到盤頂部留有>900 mm以上高度空間利于氣體積存、降灰、降焦油。同時(shí)頂部也設(shè)有水蒸汽噴咀調(diào)控溫度600—800°C內(nèi)。上段8夾水套始終保持水量平衡，在熱作用下產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入?yún)R集器。反應(yīng)裝置工作壓力根據(jù)要求設(shè)定，水蒸汽也隨溫度、碳能、壓力調(diào)整。凈化器不同之處是下段14集存滿滿900—1200 mm厚度的蒸餾后木炭，定盤10裝有厚度>400 mm和上段8裝有厚度>900 mm全部是秸桿、植物桿莖粉碎加工成原料，與燃?xì)獍l(fā)生器進(jìn)來600—800°C熱煤氣構(gòu)成蒸餾。熱煤氣先是從爐篦13，穿過下段14內(nèi)900—1200 mm厚度木炭層，這時(shí)厚厚木炭層過濾，吸收著灰塵、焦油混為一體，逐步隨木炭排出。然后煤氣流繼續(xù)往上穿過定盤10厚度300—400 mm秸桿、植物稈莖燃料層，邊蒸餾、邊過濾、吸收煤氣灰塵、焦油。接著進(jìn)上段8)厚度900 mm的秸稈，植物桿莖燃料再次；過濾、吸收煤氣中的灰塵、焦油，實(shí)現(xiàn)潔凈的無氮煤燃?xì)?。蒸餾過程中用噴水蒸汽控制著秸稈、植物桿莖原料消耗率，即通過控制溫度控制秸稈的消耗量；如果秸稈、植物桿莖消耗過多，則可能會存在原料來源困難，影響生常發(fā)電的問題。使用空氣和蒸汽作氣化劑的煤氣發(fā)生爐，可用產(chǎn)生的含氮50% (體積)的煤氣保持320度以上溫度，直接進(jìn)入第二反應(yīng)器。既能夠減化除塵、降焦油、硫等雜質(zhì)，又能使300度以上煤氣所含熱能并稍加蒸汽在第二反應(yīng)器內(nèi)蒸餾，增加15% (體積)一氧化碳和氫氣，同時(shí)降低約15% (體積)氮?dú)夂浚軌蜻m用于渦輪內(nèi)燃。秸桿、植物桿莖經(jīng)粉碎加工成供蒸餾使用的燃料或稱蒸餾反應(yīng)甲烷的原料，一是清潔煤燃?xì)?，二是增加煤炭氫含量。秸稈、植物桿莖貨源充足，消耗率達(dá)到35-40%時(shí)氣體含量可達(dá)到氫氣>25% (體積)、甲烷>20% (體積)。而無氮煤燃?xì)獬杀鞠陆?gt;30%，因?yàn)樵鞖膺^程只是蒸餾、不耗氧氣、煤煤炭，靠著燃?xì)獍l(fā)生器進(jìn)來400—600°C高溫氣體熱能的利用。秸桿、植物桿莖是指莊稼干、濕秫秸、樹木、林枝、木桿，經(jīng)粉碎加工后統(tǒng)稱秸木燃料或燃料，通過供料機(jī)按干、濕原料擠壓送入凈化器的進(jìn)料口 7)；然后有進(jìn)入600-80(TC高溫煤燃?xì)鈿怏w熱量，配少量蒸汽，對秸木燃料蒸餾產(chǎn)生煤炭氫、氫氣、少量一氧化煤炭，同時(shí)消耗利用了 600-800°C的煤燃?xì)獾臒崮埽唤漳救剂险麴s后剩渣是木炭摻入煤炭消耗使用。 如原料短缺，可以使用焦炭替代秸木燃料完成凈化燃?xì)獍l(fā)生器進(jìn)入的煤燃?xì)庾饔?。為了處理、更好利用農(nóng)作物秸桿、植物桿莖并加工成秸木燃料，可以單獨(dú)使用氧氣、蒸汽在凈化器、或者是罐體容裝方式內(nèi)；與裝有秸桿、植物桿莖燃料或蒸餾后木炭先發(fā)生適量氧化自燃，通過自燃放出熱能形成對秸桿、植物桿莖燃料蒸餾，產(chǎn)生較高含量的氫氣、碳?xì)錃夂筒糠忠谎趸肌６鯕夥譃檫M(jìn)行發(fā)電、鍋爐燃燒時(shí)，使用上百立方米的罐體容裝氧氣。小型或日用生活燃燒、加溫時(shí)，使用瓶裝氧氣，即通用的大、小鋼制氧氣瓶。
權(quán)利要求
1.渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，其特征在于包括如下步驟①將氧氣和水蒸汽混合從底部同步送入燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)，氧氣和水蒸汽與燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)的煤炭中的碳在700 — 900°C的高溫下自燃反應(yīng)生成燃?xì)?；所述氧氣、水蒸汽和與煤炭中的碳反應(yīng)的摩爾數(shù)比是6 :5 — 3 10，燃?xì)饨M份是一氧化煤炭50 - 70% (體積)，氫氣20 — 30% (體積)，甲烷10 - 20% (體積)；煤炭與氧氣和水蒸汽反應(yīng)后變?yōu)闋t渣沉積于燃?xì)獍l(fā)生器下部；②將步驟①所述燃?xì)馑腿雰艋鬟M(jìn)行凈化處理，除去燃?xì)庵械姆蹓m和焦油得到能直接供渦輪發(fā)電機(jī)使用的煤燃?xì)猓虎蹖⒉襟E②所述的煤燃?xì)庾鳛槿剂瞎┙o渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述煤燃?xì)庠跍u輪發(fā)電機(jī)內(nèi)燃燒利用后生成600 - 1000°C的高溫能量廢氣；④將步驟③中所述的高溫能量廢氣輸送至熱氣使用終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，其特征在于步驟①所述燃?xì)馀懦銮?，利用燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)的噴咀(21)噴水蒸汽吸收燃?xì)獾臒崃?，將燃?xì)馀懦鰷囟瓤刂圃?00-800°C ；步驟②所述的燃?xì)鈨艋幚恚菍⒉襟E①中生成的溫度在600-800°C的所述燃?xì)馑腿胧⒂腥剂虾蜖t渣料的凈化器內(nèi)，所述燃?xì)庖来瘟鹘?jīng)爐渣料層和燃料層，爐渣料層和燃料層過濾燃?xì)庵泻械幕覊m、硫、焦油；同時(shí)，利用燃?xì)獾挠酂崾谷剂蠈釉?00 -800°C的溫度下進(jìn)行蒸餾生成甲烷，甲烷與步驟①中生成的燃?xì)饣旌铣蔀槊喝細(xì)猓喝細(xì)饨M份是一氧化煤炭40 - 70% (體積)、氫氣10 - 30% (體積)、甲烷20-30% (體積)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，其特征在于所述燃料層由粉碎后的秸稈或植物莖桿構(gòu)成；蒸餾后的燃料層變?yōu)槟咎砍练e于凈化器下部構(gòu)成木炭層，木炭層即為爐渣料層，爐渣料層逐步排出能摻入步驟①所述煤炭中使用，防止焦結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，其特征在于所述燃料層由焦炭構(gòu)成；蒸餾后的焦炭層變?yōu)榻乖练e于凈化器下部構(gòu)成焦渣層，焦渣層即為爐渣料層，爐渣料層逐步排出能摻入步驟①所述煤炭中使用，防止焦結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，其特征在于所述的熱氣使用終端是火力發(fā)電廠的火力發(fā)電鍋爐；將步驟③和④所述的渦輪發(fā)電機(jī)設(shè)置在火力發(fā)電鍋爐的原噴煤粉處，步驟③和④所述的高溫能量廢氣進(jìn)入火力發(fā)電鍋爐，利用所述高溫能量廢氣的熱量替代煤粉燃燒產(chǎn)生的熱量發(fā)電。
6.權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法的專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于包括一個(gè)發(fā)生器，發(fā)生器主要由發(fā)生器殼體(1 )、上轉(zhuǎn)軸(15)、下轉(zhuǎn)軸(16)、定盤 (10)、動(dòng)盤(11)和爐篦(13)連接構(gòu)成；發(fā)生器殼體(1)由上而下分為上段(8)、中段和下段 (14)，一塊定盤(10)和一塊動(dòng)盤(11)構(gòu)成一個(gè)研磨組，上段(8)內(nèi)安裝上轉(zhuǎn)軸(15)，下段(14)內(nèi)安裝下轉(zhuǎn)軸(16)，上轉(zhuǎn)軸(15)和下轉(zhuǎn)軸(16)的外周至少各安裝一個(gè)研磨組，上轉(zhuǎn)軸(15)和下轉(zhuǎn)軸(16)分別與其相對應(yīng)的研磨組中的動(dòng)盤(11)固定連接，定盤(10)與發(fā)生器殼體(1)固定連接；發(fā)生器殼體(1)底部安裝能承托煤炭燃燒的爐篦(13)，爐篦(13)與下轉(zhuǎn)軸(16)固定連接；定盤(10)底部以及發(fā)生器殼體(1)頂部內(nèi)側(cè)均設(shè)有調(diào)控溫度用的噴咀 (21);動(dòng)盤(11)的主要作用是沿定盤(10)的表面刮起或研磨、摩擦煤炭，使煤炭松散、防止焦結(jié)，同時(shí)可確保氧氣和水蒸汽由爐篦(13)進(jìn)入發(fā)生器殼體(1)，并穿過下端封段14的爐渣與定盤(10)承托煤炭充分反應(yīng)；發(fā)生器殼體(1)頂部設(shè)有進(jìn)料口(7)和出氣管(18)，發(fā)生器殼體(1)底部安裝排料口(17)，下轉(zhuǎn)軸(16)下端開設(shè)內(nèi)腔(22)，內(nèi)腔(22)的側(cè)壁上開設(shè)側(cè)孔(23)，側(cè)孔(23)位于爐篦(13)附近；定盤(10)和動(dòng)盤(11)上均設(shè)有下料的透槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于所述定盤(10)內(nèi)安裝數(shù)套電加熱器(12)，用于調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于所述上段(8)的外周安裝水套(19)，利用所述發(fā)生器殼體(1)的熱量加熱水套(19)內(nèi)的水，水套(19)上安裝匯集器 (20)，匯集器(20)通過管路分別與發(fā)生器殼體(1)內(nèi)的各噴咀(21)和所述內(nèi)腔(22)聯(lián)通。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的專用煤燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于包括兩個(gè)發(fā)生器，第一發(fā)生器用于生成燃?xì)?，即步驟①所述的燃?xì)獍l(fā)生器，第二發(fā)生器用于將燃?xì)鈨艋擅喝細(xì)?，即步驟②所述的凈化器；燃?xì)獍l(fā)生器的出氣管(18)通過管路與凈化器內(nèi)腔(22)聯(lián)通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，其特征在于所述燃?xì)獍l(fā)生器中，下轉(zhuǎn)軸(16)外周的研磨組上的煤炭層厚度hi = 300 — 600mm，該煤炭層上表面至其上相鄰動(dòng)盤(11)之間留有供所述噴咀(21)噴水蒸汽使用的高度h2=200-500mm 的空間；上段(8)中的每個(gè)研磨組的煤炭層厚度h3=900-5000mm;最上部研磨組的煤炭層的上表面至所述發(fā)生器殼體(1)頂部內(nèi)側(cè)之間留有儲存氣體的高度h4=900-3000mm的空間，以便于氣體在該空間內(nèi)積存、降灰和降焦油；下段(14)內(nèi)的爐篦(13)上的爐渣層厚度 h5=800-120(MM;所述凈化器中，下轉(zhuǎn)軸(16)外周的研磨組上的燃料層厚度hi = 300 一 600mm，該燃料層上表面至其上相鄰動(dòng)盤(11)之間留有供所述噴咀(21)噴水蒸汽使用的高度h2=200-500mm的空間；上段(8)中的每個(gè)研磨組的燃料層厚度h3=900-3000mm ；最上部研磨組的煤炭層的上表面至所述發(fā)生器殼體(1)頂部內(nèi)側(cè)之間留有儲存氣體的高度 h4=900-3000mm的空間，以便于煤燃?xì)庠谠摽臻g內(nèi)積存、降灰和降焦油；下段(14)內(nèi)的爐篦 (13)上的爐■層厚度 h5=900-1200MM。
全文摘要
本發(fā)明所述的渦輪發(fā)電機(jī)利用煤燃?xì)獍l(fā)電的方法，包括如下步驟①將氧氣和水蒸汽送入燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)，氧氣和水蒸汽與燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)的煤炭中的碳在700－900℃的高溫下自燃反應(yīng)生成燃?xì)猓凰鲅鯕?、水蒸汽和與煤炭中的碳反應(yīng)的摩爾數(shù)比是6∶5－3∶10，燃?xì)饨M份是一氧化煤炭50－70%(體積)，氫氣20－30%(體積)，甲烷10－20%(體積)；②將步驟①所述燃?xì)馑腿雰艋鬟M(jìn)行凈化處理，除去燃?xì)庵械姆蹓m和焦油得到能直接供渦輪發(fā)電機(jī)使用的煤燃?xì)?；③將步驟②所述的煤燃?xì)庾鳛槿剂瞎┙o渦輪發(fā)電機(jī)燃燒發(fā)電，所述煤燃?xì)庠跍u輪發(fā)電機(jī)內(nèi)燃燒利用后生成600－1000℃的高溫廢氣；④將步驟③中所述的高溫廢氣輸送至熱氣使用終端。
文檔編號C10J3/34GK102322352SQ20111024860
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者劉飛, 孔令增, 孔祥清 申請人:孔祥清, 高峰