專利名稱：發(fā)電方法、用于氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電方法、以及用于氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置。
技術(shù)背景
IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將煤氣化與燃?xì)?蒸汽輪機(jī)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合，是一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。處理后的煤與空分單元來的氧氣在氣化爐中生成混合氣體，混合氣體的顯熱經(jīng)回收產(chǎn)生蒸汽，混合氣體經(jīng)過凈化單元凈化后、燃燒驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣的熱能通過余熱鍋爐回收、加熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。在IGCC工藝中，利用混合氣體這一產(chǎn)品流股首先通過燃?xì)廨啓C(jī)Brayton循環(huán)發(fā)電，換熱和/或燃?xì)廨啓C(jī)排放的煙氣余熱來將水加熱成蒸汽，蒸汽進(jìn)而通過Rankine循環(huán)驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)透平發(fā)電。煤氣化工藝和Brayton循環(huán)及Rankine循環(huán)工藝之間相對(duì)獨(dú)立、缺乏深度的耦合或協(xié)同作用，即Rankine循環(huán)的發(fā)電效率僅受所產(chǎn)生的蒸汽的溫度的影響，煤氣化工藝并不直接影響Rankine循環(huán)的發(fā)電效率。換句話說，以上將煤氣化與蒸汽透平發(fā)電聯(lián)合的工藝只利用了由煤氣化過程中產(chǎn)生的蒸汽熱能，即僅由煤氣化過程中的產(chǎn)生的蒸汽使煤氣化工藝和蒸汽透平發(fā)電方法發(fā)生聯(lián)系。如果煤氣化的產(chǎn)品不完全用于燃燒產(chǎn)生能量， 而是生產(chǎn)能源產(chǎn)品，如甲烷、氫氣和一氧化碳等，則煤氣化與燃?xì)?蒸汽輪機(jī)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)能量的梯級(jí)優(yōu)化利用和單元工藝間的耦合程度均需要進(jìn)一步提高。
此外，蒸汽輪機(jī)發(fā)電通常使用基于Rankine循環(huán)的熱力學(xué)過程。一個(gè)理想Rankine 循環(huán)，其熱效率(發(fā)電效率)取決于吸熱過程和放熱過程的溫度和壓力。對(duì)于在蒸汽透平機(jī)中進(jìn)行的放熱過程，降低乏汽的溫度能提高Rankine循環(huán)熱效率(發(fā)電效率)，但乏汽的溫度并不能無限制地降低，該溫度受冷卻介質(zhì)溫度及冷凝器尺寸限制。例如，通常蒸汽輪機(jī)發(fā)電過程中，蒸汽冷卻部分的冷卻介質(zhì)往往用冷卻水。由于冷卻水介質(zhì)的限制，出透平機(jī)的蒸汽即乏汽的溫度通?？刂圃诃h(huán)境溫度以上。例如，冷卻水的通常工況為表壓0. 52MPa，溫度32°C，從而限制了乏汽的通常控制在32°C以上。(關(guān)于Rankine循環(huán)的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參見 《現(xiàn)代煤炭轉(zhuǎn)化與煤化工新技術(shù)新工藝實(shí)用全書》，第九章第六篇，蒸汽煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，廖漢湘主編，2004年，以及《整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)熱電油多聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用》， 陳崇亮，袁龍軍，煤炭工程，2008年11期)。
理想的Rankine循環(huán)也可以用如圖7所示的溫熵圖(T_S圖)來描述。蒸汽對(duì)外所做的理論功相當(dāng)于圖7中曲線1 — 2 — 3 — 4 — 5 — 6—1所包圍的面積。其中循環(huán)中的吸熱(1 — 2 — 3 — 4)和放熱過程(5 — 6)為等壓過程，蒸汽的膨脹G — 5)和冷凝水升壓過程(6 — 1)為等熵過程。
另外，高水含量的物料如褐煤、泥煤、污泥和垃圾等物料直接發(fā)電或氣化過程中， 煙氣或產(chǎn)品氣中含有大量的水汽，由于水蒸發(fā)的潛熱很大，導(dǎo)致大量的熱量被煙氣或產(chǎn)品氣帶走，明顯降低發(fā)電和氣化效率。
現(xiàn)有超臨界技術(shù)中有超臨界技術(shù)與發(fā)電技術(shù)耦合，主要方式為利用產(chǎn)物的熱能通過換熱產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行透平發(fā)電，但對(duì)產(chǎn)物氣體的壓力能未進(jìn)行利用。
與煤化工技術(shù)相結(jié)合的發(fā)電技術(shù)，僅由煤氣化過程中的產(chǎn)生的蒸汽使煤氣化工藝和蒸汽透平發(fā)電方法發(fā)生聯(lián)系。
現(xiàn)有蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)乏汽溫度控制在環(huán)境溫度以上，限制了發(fā)電效率。
另外，高水含量的物料直接發(fā)電，大量的熱量被水蒸汽和煙氣帶走，明顯降低發(fā)電效率。
現(xiàn)有技術(shù)對(duì)超臨界水氧化/氣化技術(shù)產(chǎn)生的產(chǎn)物的高壓能未加以應(yīng)用。系統(tǒng)的能量未能得到充分利用。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電方法、以及用于氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置，以利用經(jīng)過膨脹降壓的氣體產(chǎn)生的冷量，將乏汽的溫度降低到環(huán)境溫度以下，既充分利用了氣體的壓力能，又通過降低Rankine循環(huán)中乏汽的溫度提升了透平發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置的整體能源利用效率的提升。
一方面，本發(fā)明提供一種發(fā)電方法，包括對(duì)發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的乏汽進(jìn)行冷凝的步驟，在該步驟中，使所述乏汽直接或間接地與經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)行熱交換。
優(yōu)選地，所述熱交換是在冷凝器中進(jìn)行的，所述冷凝器以被所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體冷卻后的水作為冷卻介質(zhì)，所述乏汽在所述冷凝器中與所述冷卻介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換。
優(yōu)選地，熱交換是在冷凝器中進(jìn)行的，所述冷凝器直接以所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體作為冷卻介質(zhì)，所述乏汽在所述冷凝器中與所述冷卻介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換。
優(yōu)選地，熱交換是在冷凝器中進(jìn)行的，所述冷凝器包括第一部分和第二部分，所述第一部分的冷卻介質(zhì)為水，所述第二部分的冷卻介質(zhì)為所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體，所述乏汽與所述第一和第二部分中的冷卻介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換。
優(yōu)選地，該方法還包括將原料送入反應(yīng)器中進(jìn)行超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)生成反應(yīng)混合物；其中，所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體，是對(duì)從反應(yīng)混合物中分離出來的氣體進(jìn)行膨脹降壓后獲得的。
優(yōu)選地，該方法還包括將所述反應(yīng)混合物導(dǎo)入第二換熱器中與發(fā)電工質(zhì)進(jìn)行熱交換；將吸收所述反應(yīng)混合物所含熱量的發(fā)電工質(zhì)導(dǎo)入透平機(jī)中發(fā)電；以及利用所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品，所述能源產(chǎn)品為甲烷或氫氣或一氧化碳或電或它們?nèi)我饨M合。
優(yōu)選地，該方法經(jīng)過膨脹降壓的氣體的溫度低于環(huán)境溫度，該環(huán)境溫度是指 28-32 "C。
優(yōu)選地，該方法原料為煤、生物質(zhì)、污泥或廢水，所述反應(yīng)器中含有氣化劑或氧化劑，所述氣化劑或氧化劑為氧氣、蒸汽、富氧空氣、空氣中的至少一種。
優(yōu)選地，發(fā)電工質(zhì)為水或二氧化碳或異鏈烷烴。
優(yōu)選地，原料在所述反應(yīng)器中發(fā)生超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)時(shí)的溫度條件是 350-750°C、壓力條件是 15-40MPa。
優(yōu)選地，經(jīng)過膨脹降壓的氣體具有0. l-7MPa的壓力。
優(yōu)選地，經(jīng)過膨脹降壓的氣體具有-25 20°C的溫度。
優(yōu)選地，反應(yīng)混合物包含的氣體為原料超/亞臨界氣化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體或者原料氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。
另一方面，本發(fā)明還提供一種用于氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置，包括膨脹降壓裝置，具有接收待膨脹降壓氣體的膨脹降壓入口、及排出經(jīng)過膨脹降壓的氣體的膨脹降壓出口 ；以及冷凝器，具有供載有來自所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體的冷量的冷卻介質(zhì)進(jìn)入的第一換熱通道、及供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入其中與所述第一換熱通道中冷卻介質(zhì)熱交換的第二換熱通道。
優(yōu)選地，經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入所述第一換熱通道作為所述冷卻介質(zhì)。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括第一換熱器，經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入第一換熱器中的一個(gè)換熱通道，并與第一換熱器的另一換熱通道中的冷卻水進(jìn)行熱交換，其中，與所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體換熱后的冷卻水，從所述的另一換熱通道排出到所述冷凝器的第一換熱通道中作為冷卻介質(zhì)。
優(yōu)選地，冷凝器包括第一部分和第二部分，所述第一和第二換熱通道設(shè)于所述第一部分中，所述第二部分具有供在所述第一部分放熱后的乏汽進(jìn)入其中的一個(gè)換熱通道、 以及供用以冷卻該一個(gè)換熱通道中乏汽的水進(jìn)入其中的另一換熱通道。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括用以供原料在其中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)器，具有供反應(yīng)生成的反應(yīng)混合物排出的排氣口 ；供反應(yīng)混合物與發(fā)電工質(zhì)彼此熱交換的第二換熱器，具有與所述排氣口連通的用以接收反應(yīng)混合物的換熱介質(zhì)入口、及將從反應(yīng)混合物吸熱后的發(fā)電工質(zhì)排出的發(fā)電工質(zhì)出口 ；利用吸熱后的發(fā)電工質(zhì)發(fā)電的透平機(jī)，具有與發(fā)電工質(zhì)出口連通的用以接收吸熱后的發(fā)電工質(zhì)的進(jìn)口、及供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽排出的乏汽出口，所述乏汽出口與所述冷凝器的乏汽入口連通。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括將反應(yīng)混合物中氣體分離出來的分離裝置，連接在所述第二換熱器與所述膨脹降壓裝置之間。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有燃?xì)馊肟?，所述冷凝器具有供與所述乏汽交換熱量后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述燃?xì)馊肟谶B通。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有燃?xì)馊肟?，所述第一換熱器具有供與該第一換熱器中所述另一換熱通道中的冷卻水換熱后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述燃?xì)馊肟谶B通。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括加壓泵，具有泵入口和泵出口，其中，所述第二換熱器具有供發(fā)電工質(zhì)流入的入口，該入口與所述加壓泵的泵出口連通，其中，所述冷凝器具有將乏汽冷凝后生成的飽和水排出的出口，該出口與所述加壓泵的泵入口連通。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括利用被吸收冷量后的膨脹降壓后氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置，具有供被吸收冷量后的所述膨脹降壓后氣體進(jìn)入的入口，其中，所述冷凝器具有供與所述乏汽交換熱量后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置的所述入口連通。
優(yōu)選地，本發(fā)明裝置還包括利用被吸收冷量后的膨脹降壓后氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置，具有供被吸收冷量后的所述膨脹降壓后氣體進(jìn)入的入口，其中，所述第一換熱器具有供與該第一換熱器中的所述另一換熱通道中的冷卻水換熱后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置的所述入口連通。
本發(fā)明中，所采用的換熱器可以是任何合適的用于間接換熱的換熱器，例如列管式換熱器、翅片式換熱器等，這些換熱器的類型和具體構(gòu)造是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，冷凝器本質(zhì)也是換熱器，這里不再贅述。所采用的膨脹裝置包括降壓毛細(xì)管、降壓閥、膨脹機(jī)等， 以上使氣體膨脹降壓的方法和裝置都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，在此不再贅述。
本發(fā)明的方法和裝置具有以下有益效果使從透平機(jī)中排出的乏汽直接或間接地與經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)行熱交換，利用膨脹降壓后可產(chǎn)生較環(huán)境溫度08-32°C)更低的冷卻介質(zhì)(例如-25 20°C的經(jīng)過膨脹降壓的氣體)，將乏汽降溫、冷凝，既充分利用了發(fā)電工質(zhì)的壓力能進(jìn)行發(fā)電；提高了透平發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率，生產(chǎn)更多的清潔電力，也可充分利用煤氣化等能源生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的適合待膨脹降壓做功的氣體的壓力能，該能量也可用于發(fā)電，從而提高整個(gè)工藝系統(tǒng)的能量利用效率。
更詳細(xì)地，本發(fā)明由于對(duì)來自超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)后生成的反應(yīng)混合物中的氣體進(jìn)行膨脹降壓，膨脹降壓后的氣體溫度可以降低至環(huán)境溫度以下(例如0°c )， 然后利用膨脹降壓后的氣體對(duì)乏汽進(jìn)行冷凝，因此利用氣體經(jīng)過膨脹降壓后可產(chǎn)生較環(huán)境溫度更低的冷卻介質(zhì)(例如-25 20°C的經(jīng)過膨脹降壓的氣體)，取代通常的Rankine循環(huán)驅(qū)動(dòng)的蒸汽輪機(jī)透平發(fā)電時(shí)冷卻蒸汽的冷卻水(一般用32°C水作為冷卻介質(zhì))，就可對(duì)更低溫度的乏汽(例如5 10°C)進(jìn)行降溫、冷凝，乏汽的溫度就可設(shè)置的更低(例如低于通常的環(huán)境溫度，如室溫18 27°C )，就可提高透平發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率。相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明采用經(jīng)過膨脹降壓產(chǎn)生的較環(huán)境溫度更低的冷卻介質(zhì)(例如-25 20°C的經(jīng)過膨脹降壓的氣體，優(yōu)選為0 20°C )來直接替代或部分替代通常的環(huán)境溫度的冷卻水對(duì)乏汽進(jìn)行降溫、冷凝，或間接利用經(jīng)過膨脹降壓的氣體的冷量(例如，通過對(duì)環(huán)境溫度的冷卻水進(jìn)行冷卻，再用該冷卻水對(duì)乏汽進(jìn)行降溫、冷凝)，就可將乏汽的溫度設(shè)置的更低，不僅可提高透平發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率，而且，還可以利用超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)生產(chǎn)生的氣體的膨脹降壓過程做功進(jìn)行發(fā)電，進(jìn)一步增加了發(fā)電量，提高了整個(gè)工藝系統(tǒng)能量利用效率。
進(jìn)一步利用了上述的經(jīng)膨脹降壓后的氣體冷卻乏汽，相比于現(xiàn)有技術(shù)中僅利用冷卻水冷卻乏汽而言，本發(fā)明相應(yīng)地就可以降低冷卻水的用量消耗，從而節(jié)省冷卻水。
再者，從超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)時(shí)生成的反應(yīng)混合物中分離出的氣體， 由于進(jìn)行了膨脹降壓處理，在經(jīng)過與乏汽的換熱，溫度和壓力比較溫和，因此便于后續(xù)的處理，例如便于進(jìn)行分離處理以生產(chǎn)能源產(chǎn)品或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。


圖1為本發(fā)明發(fā)電方法的實(shí)施例1、4、5、6的示意性流程圖2為本發(fā)明發(fā)電方法的實(shí)施例2-3的示意性流程圖3為本發(fā)明發(fā)電方法的實(shí)施例7的示意性流程圖4為本發(fā)明發(fā)電方法的實(shí)施例8的示意性流程圖5為本發(fā)明發(fā)電方法的實(shí)施例9的示意性流程圖6為本發(fā)明發(fā)電方法的實(shí)施例10的示意性流程圖7是Rankine循環(huán)的溫熵圖(T_S圖)。8具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種發(fā)電方法，其包括對(duì)發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的乏汽進(jìn)行冷凝的步驟使乏汽直接或間接地與經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)行熱交換，換而言之，在該步驟中，乏汽在冷凝器中吸收經(jīng)過膨脹降壓的氣體所含的冷量以被降溫、冷凝。優(yōu)選地，冷凝器以被所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體冷卻后的水作為冷卻介質(zhì)；或者冷凝器直接以所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體作為冷卻介質(zhì)；或者冷凝器包括第一部分和第二部分，第一部分的冷卻介質(zhì)為水，第二部分的冷卻介質(zhì)為所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體。
進(jìn)一步，本發(fā)明的發(fā)電方法還包括以下產(chǎn)生要進(jìn)行膨脹降壓氣體的步驟將原料送入反應(yīng)器中進(jìn)行超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)生成反應(yīng)混合物；其中，所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體，是對(duì)從反應(yīng)混合物中分離出來的氣體進(jìn)行膨脹降壓后獲得的。為了進(jìn)行發(fā)電，將前述的反應(yīng)混合物導(dǎo)入第二換熱器中與發(fā)電工質(zhì)進(jìn)行熱交換；然后將吸收反應(yīng)混合物所含熱量的發(fā)電工質(zhì)導(dǎo)入透平機(jī)中發(fā)電。其中膨脹降壓后的氣體在釋放其冷量后還可以被用來生產(chǎn)能源產(chǎn)品。
以下參見附圖，對(duì)本發(fā)明的發(fā)電方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[實(shí)施例1]
參見圖1，以發(fā)電工質(zhì)為水，煙煤與超臨界水發(fā)生的催化氣化為例。煤經(jīng)過粉碎研磨制成粒度小于150微米的煤粉，與催化劑Na2CO3 (用量為煤粉質(zhì)量的10% )和水制備成煤粉干基濃度為40%的水煤漿。水煤漿經(jīng)加壓，預(yù)熱達(dá)到23MPa，550°C進(jìn)入反應(yīng)器中(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣(此實(shí)施例中氣化劑為氧氣)。在氣化爐中部分水煤漿與加入的氧氣反應(yīng)，將溫度提升至650°C。在超臨界狀態(tài)下，煤與水在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成富含甲烷的混合氣體?；旌蠚怏w的主要成分為甲烷，一氧化碳， 二氧化碳，氫氣等。來自氣化爐的經(jīng)超臨界氣化反應(yīng)后的的高溫反應(yīng)混合物(即，出氣化爐的反應(yīng)后混合物)產(chǎn)物包括混合氣體，超臨界水以及反應(yīng)后殘?jiān)?。該產(chǎn)物與來自加壓泵的 23MI^水在第二換熱器中換熱，產(chǎn)生溫度為400°C且絕對(duì)壓力為15MPa的高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入透平機(jī)(此實(shí)施例中為蒸汽透平機(jī))膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 00087MPa，溫度為5°C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成水。換熱后的從反應(yīng)混合物中分離出來的混合氣體進(jìn)入凈化單元，將混合氣體與水，渣分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓，壓力降低為5. 68MPa,溫度降至0°C，然后用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，乏汽在冷凝器中與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換以被冷凝成液態(tài)水，之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離單元或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為36. 30%。來自冷凝器的水經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的經(jīng)氣化反應(yīng)后的的高溫反應(yīng)混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。
[實(shí)施例2]
也參照?qǐng)D2，以水為發(fā)電工質(zhì)，以煙煤的超臨界水氣化為例。煙煤經(jīng)過濕式研磨機(jī)研磨制成濃度為50%水煤漿，然后經(jīng)泵加壓送至氣化爐(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐) 中。同時(shí)向氣化爐中通入氧氣或空氣作為氣化劑，氣化爐的操作溫度約為750°C，操作壓力為27. OMPa0煤與上述氣化劑在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成富含一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷的煤氣。出氣化爐的反應(yīng)后混合物包括煤氣以及焦油以及未反應(yīng)完全的氣化劑等。使該反應(yīng)后混合物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，并使加壓水變成溫度為400°C 且絕對(duì)壓力為15MPa的高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽透平機(jī)膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0025MPa，溫度為21. 08 °C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)水。換熱后的反應(yīng)后混合物進(jìn)入分離裝置，將煤氣與水，渣分離，分離后的煤氣經(jīng)過膨脹降壓后壓力降低為5. OOMPa，溫度降至-2. 82°C，然后在第一換熱器中用其將溫度為32°C的冷卻水冷卻至18°C，之后該煤氣可進(jìn)入后續(xù)分離過程或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電，而經(jīng)膨脹降壓后的煤氣冷卻后的冷卻水則用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成水。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為35. 53%。來自冷凝器的水經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例3]參見圖2，以水為發(fā)電工質(zhì)、以褐煤與超臨界水發(fā)生的催化氣化為例。煤經(jīng)濕式磨機(jī)制備成粒度小于150微米的水煤漿，水煤漿濃度為35%，水煤漿中含催化劑K2CO3 (用量為煤粉質(zhì)量的3% )。水煤漿經(jīng)加壓，預(yù)熱達(dá)到35MPa，450°C進(jìn)入氣化爐(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣。在氣化爐中部分水煤漿與加入的氧氣反應(yīng)，將溫度提升至570°C。在超臨界狀態(tài)下，煤與水在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成富含甲烷的混合氣體?；旌蠚怏w的主要成分為甲烷，一氧化碳，二氧化碳，氫氣等。出氣化爐產(chǎn)物包括混合氣體，超臨界水以及反應(yīng)后殘?jiān)Ｔ摦a(chǎn)物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進(jìn)入蒸汽透平膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0024MPa，溫度為20. 34°C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成液體水。換熱后的混合氣體進(jìn)入凈化單元，將混合氣體與水，渣分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低為4. 76MPa，溫度降至-4. 73°C， 然后在第一換熱器中用其將溫度為的冷卻水冷卻至16°C，之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離過程或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電，而經(jīng)膨脹降壓后的混合氣體冷卻后的冷卻水則用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成水。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為 35.65%。來自冷凝器的水(由乏汽冷凝成的飽和水)經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例4]參見圖1，以水為發(fā)電工質(zhì)，以高濃度廢水的完全氧化反應(yīng)為例。將濃度為7%高濃度廢水進(jìn)行初步過濾。將廢水加壓后輸送至氣化爐，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣和蒸汽作為氣化劑，氣化爐的操作溫度約為450°C，操作壓力為15MPa。廢水中的含碳物質(zhì)與上述氣化劑在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水。出氣化爐的反應(yīng)后混合物包括氣體產(chǎn)物、固體殘?jiān)约拔捶磻?yīng)完全的氣化劑等。使該反應(yīng)后混合物與來自加壓泵的23MI^水在換熱器中換熱，并使加壓水變成高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽透平機(jī)膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0032MPa，溫度為25. 16 °C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)水。換熱后的反應(yīng)后混合物進(jìn)入分離裝置，將產(chǎn)物與水，渣分離，分離后的氣體經(jīng)過膨脹降壓后壓力降低為6. llMPa，溫度降至2. 5°C，然后用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成水， 之后該煤氣可進(jìn)入后續(xù)分離處理過程。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為35. 33%。來自冷凝器的水(由乏汽冷凝成的飽和水)經(jīng)泵加壓后返回到換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例5]
參見圖1，以水為發(fā)電工質(zhì)，以污泥的超臨界水氧化為例。將污泥原料凈化后，并與水一起配制成濃度為15%的漿料。同時(shí)向氣化爐中通入氧氣和蒸汽作為氣化劑，氣化爐的操作溫度約為480°C，操作壓力為24MPa。污泥中的含碳物質(zhì)與上述氣化劑在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水。出氣化爐的反應(yīng)后混合物包括氣體產(chǎn)物、固體殘?jiān)约拔捶磻?yīng)完全的氣化劑等。使該反應(yīng)后混合物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，并使加壓水變成高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽透平機(jī)膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0023MPa，溫度為19. 57°C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成水。換熱后的反應(yīng)后混合物進(jìn)入分離裝置，將產(chǎn)物氣體與水，渣分離，分離后的氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低為 7. OOMPa，溫度降至5. 79°C，然后用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成液態(tài)水，之后該氣體可進(jìn)入后續(xù)分離處理過程。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為35. 76%。來自冷凝器的水(由乏汽冷凝成的飽和水)經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例6]也參照?qǐng)D1，以水為發(fā)電工質(zhì)，以玉米秸稈的超臨界水氣化為例。玉米秸稈經(jīng)過粉碎研磨制成煤粉后與水混合在一起制成濃度為20%的生物質(zhì)漿，然后經(jīng)泵加壓送至氣化爐 (此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)中。同時(shí)向氣化爐中通入氧氣或空氣作為氣化劑，氣化爐的操作溫度約為60(TC，操作壓力為40MPa。玉米秸稈與上述氣化劑在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成富含一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷的氣體混合物。出氣化爐的反應(yīng)后混合物包括氣體產(chǎn)物、焦油以及未反應(yīng)完全的氣化劑等。使該反應(yīng)后混合物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，并使加壓水變成高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽透平機(jī)膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0015MPa，溫度為13. 02°C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)水。換熱后的反應(yīng)后混合物進(jìn)入分離裝置，將煤氣與水，渣分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低為2. 33MPa，溫度降至-24. 42°C，然后用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成水，之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離過程或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。 在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為36. 15%。來自冷凝器的水(由乏汽冷凝成的飽和水) 經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例7]參照?qǐng)D3，以水為發(fā)電工質(zhì)，以煙煤與超臨界水發(fā)生的催化氣化為例。煤經(jīng)過粉碎研磨制成粒度小于150微米的煤粉，與催化劑Na2CO3 (用量為煤粉質(zhì)量的5% )和水制備成煤粉干基濃度為40%的水煤漿。水煤漿經(jīng)加壓，預(yù)熱達(dá)到30MPa，550°C進(jìn)入氣化爐(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣。在氣化爐中部分水煤漿與加入的氧氣反應(yīng)，將溫度提升至680°C。在超臨界狀態(tài)下，煤與水在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成富含甲烷的混合氣體?；旌蠚怏w的主要成分為甲烷，一氧化碳，二氧化碳，氫氣等。出氣化爐產(chǎn)物包括混合氣體，超臨界水以及反應(yīng)后殘?jiān)?。該反?yīng)后混合物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進(jìn)入蒸汽透平膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在溫度為34. 16°C，絕對(duì)壓力為0. 0053Mpa，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)水。換熱后的混合氣體進(jìn)入分離裝置，將混合氣體與水，渣分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低為 3. 67MPa，溫度降至-11. 57°C，然后用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成水，與此同時(shí)，還以獨(dú)立的管路向該冷凝器中通入溫度為的常溫冷卻水，共同對(duì)乏汽進(jìn)行冷卻，例如將冷凝器設(shè)為第一和第二部分，其中第一部分的冷卻介質(zhì)為冷卻水而第二部分的冷卻介質(zhì)為經(jīng)膨脹降壓后的從反應(yīng)后混合物中分離出來的氣體，先利用第一部分對(duì)乏汽進(jìn)行第一次冷凝，然后利用第二部分對(duì)乏汽進(jìn)行第二次冷凝。之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離過程或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為35. 13%。來自冷凝器的水(由乏汽冷凝成的飽和水)經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例8]參照?qǐng)D4，以水為發(fā)電工質(zhì)，以煙煤與超臨界水發(fā)生的催化氣化為例。煤經(jīng)過粉碎研磨制成粒度小于150微米的煤粉，與催化劑Na2CO3 (用量為煤粉質(zhì)量的2% )和水制備成煤粉干基濃度為45%的水煤漿。水煤漿經(jīng)加壓，預(yù)熱達(dá)到^MPa，550°C進(jìn)入氣化爐(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣。在氣化爐中部分水煤漿與加入的氧氣反應(yīng)，將溫度提升至700°C。在超臨界狀態(tài)下，煤與水在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成富含甲烷的混合氣體?；旌蠚怏w的主要成分為甲烷，一氧化碳，二氧化碳，氫氣等。出氣化爐產(chǎn)物包括混合氣體，超臨界水以及反應(yīng)后殘?jiān)Ｔ摲磻?yīng)后混合物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，進(jìn)入蒸汽透平膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在溫度為21. 08°C，絕對(duì)壓力為0. 0025MPa，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成液態(tài)水。換熱后的混合氣體進(jìn)入分離裝置，將混合氣體與水，渣分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低為2. 67MPa，溫度降至-20. 67°C，然后該混合氣體與常規(guī)冷卻水流股在第一換熱器中進(jìn)行換熱，然后將離開該第一換熱器的混合氣體和產(chǎn)生的經(jīng)膨脹降壓后的混合氣體冷卻后的冷卻水以各自獨(dú)立的管道分別通入冷凝器中用作冷卻介質(zhì)，以共同將乏汽冷凝成水(此時(shí)冷凝器具有第一和第二部分，其中第一部分的冷卻介質(zhì)是上述的經(jīng)膨脹降壓后的混合氣體冷卻后的冷卻水，而第二部分的冷卻介質(zhì)是離開該第一換熱器的混合氣體，先利用第一部分冷凝乏汽再利用第二部分繼續(xù)冷凝乏汽，之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離過程或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為35. 43%。來自冷凝器的水(由乏汽冷凝成的飽和水)經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例9]參照?qǐng)D5，以水為發(fā)電工質(zhì)，以煙煤與超臨界水發(fā)生的催化氣化為例。煤經(jīng)過粉碎研磨制成粒度小于150微米的煤粉，與催化劑Na2CO3(用量為煤粉質(zhì)量的6% )和水制備成煤粉干基濃度為40%的水煤漿。水煤漿經(jīng)加壓，預(yù)熱達(dá)到23MPa，550°C進(jìn)入氣化爐(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣。在氣化爐中部分水煤漿與加入的氧氣反應(yīng)，將溫度提升至650°C。在超臨界狀態(tài)下，煤與水在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成富含甲烷的混合氣體以及漿狀殘?zhí)??；旌蠚怏w的主要成分為甲烷，一氧化碳，二氧化碳， 氫氣等。出氣化爐的反應(yīng)后混合物包括混合氣體以及漿狀殘?zhí)?。該產(chǎn)物與來自加壓泵的 23MI^水在第二換熱器中換熱，產(chǎn)生溫度為400°C且絕對(duì)壓力為15MPa的高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽透平機(jī)膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0022MPa，溫度為18. 77°C，乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成水。換熱后的反應(yīng)后混合物進(jìn)入分離器進(jìn)行氣/液固分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低至3. 33MPa，溫度降至-14. 31°C，然后用作上述冷凝器的冷卻介質(zhì)，以將乏汽冷凝成液態(tài)水，之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離單元或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。而漿狀殘?zhí)紕t被輸送到氧化反應(yīng)器中。向該氧化反應(yīng)器中通入過量氧氣，并依靠殘?zhí)寂c氧氣的氧化反應(yīng)放出的熱量將該氧化反應(yīng)器內(nèi)的溫度和壓力均升至水的亞臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài)。氧化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)后得到包含ω2和H2O的流體混合物以及灰渣，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量用于預(yù)熱水煤漿或產(chǎn)生蒸汽?；以懦鲅趸磻?yīng)器， 用作建筑材料。而所述包含(X)2和H2O的混合物則通過預(yù)熱水煤漿而得以冷卻，然后凈化除塵，膨脹降壓至約2°C左右，然后進(jìn)行氣液分離，得到低溫液體水和氣體二氧化碳。然后將該低溫液體水也通入到所述冷凝器中，用于與所述膨脹降壓后的混合氣體一起來將乏汽冷卻成冷凝水。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為35. 88%。然后將來自該冷凝水經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例10]參照?qǐng)D6，以水為發(fā)電工質(zhì)，以煙煤與超臨界水發(fā)生的催化氣化為例。煤經(jīng)過粉碎研磨制成粒度小于150微米的煤粉，與催化劑Na2CO3 (用量為煤粉質(zhì)量的2% )和水制備成煤粉干基濃度為40%的水煤漿。水煤漿經(jīng)加壓，預(yù)熱達(dá)到23MPa，550°C進(jìn)入氣化爐(此實(shí)施例中反應(yīng)器為氣化爐)，同時(shí)向氣化爐中通入氧氣。在氣化爐中部分水煤漿與加入的氧氣反應(yīng)，將溫度提升至650°C。在超臨界狀態(tài)下，煤與水在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成富含甲烷的混合氣體以及漿狀殘?zhí)??；旌蠚怏w的主要成分為甲烷，一氧化碳，二氧化碳，氫氣等。出氣化爐的反應(yīng)后混合物包括混合氣體以及漿狀殘?zhí)?。該產(chǎn)物與來自加壓泵的23MI^水在第二換熱器中換熱，產(chǎn)生溫度為400°C且絕對(duì)壓力為15MPa的高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽透平膨脹發(fā)電后變成乏汽，該乏汽可控制在壓力為0. 0019MPa，溫度為17. 05°C, 乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝成溫度為16.88°C的液態(tài)水。換熱后的反應(yīng)后混合物進(jìn)入分離器進(jìn)行氣/液固分離，分離后的混合氣體經(jīng)過膨脹降壓壓力降低為3. 67MPa，溫度降至-11. 57°C， 然后引入到某換熱器(該換熱器與用來生成所述蒸汽的換熱器不是一個(gè)換熱器)作為冷卻介質(zhì)對(duì)冷卻水進(jìn)行冷卻，之后該混合氣體可進(jìn)入后續(xù)分離單元或進(jìn)入后續(xù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電。而漿狀殘?zhí)紕t被輸送到氧化反應(yīng)器中。向該氧化反應(yīng)器中通入過量氧氣，并依靠殘?zhí)寂c氧氣的氧化反應(yīng)放出的熱量將該氧化反應(yīng)器內(nèi)的溫度和壓力均升至水的亞臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài)。氧化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)后得到包含CO2和H2O的流體混合物以及灰渣，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量用于預(yù)熱水煤漿或產(chǎn)生蒸汽?；以懦鲅趸磻?yīng)器，用作建筑材料。而所述包含(X)2和H2O的混合物則通過預(yù)熱水煤漿而得以冷卻，然后凈化除塵，膨脹降壓至約2°C 左右，然后進(jìn)行氣液分離，得到低溫液體水和氣體二氧化碳。然后將該低溫液體水也通入到所述某換熱器中，用于與所述膨脹降壓后的混合氣體一起來將對(duì)冷卻水進(jìn)行冷卻。然后將經(jīng)冷卻的冷卻水送入到冷凝器中以與乏汽進(jìn)行換熱，并將乏汽冷卻成冷凝水。在這種情況下發(fā)電效率經(jīng)過計(jì)算為36. 01%。然后該冷凝水經(jīng)泵加壓后返回到第二換熱器中與來自氣化爐的高溫的反應(yīng)后混合物進(jìn)行換熱，以重新產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。[實(shí)施例11]按照通常的不用膨脹降壓氣體，而用常溫水如32°C水冷卻乏汽，在使用水以及干蒸汽作為Rankine循環(huán)介質(zhì)的情況下，進(jìn)入蒸汽透平的干蒸汽的溫度為400°C，壓力為 15MPa，而出蒸汽透平的乏汽5的溫度為46°C，壓力為0. OlMpa，在這種情況下，發(fā)電效率經(jīng)
13計(jì)算約為33. 42%。以上實(shí)施例中，發(fā)電效率=(T1Cri-T2Cv2)/Q原料X 100%，其中0_4是原料的熱值，即以上實(shí)施例中的煤，污泥或秸稈等；T1是發(fā)電介質(zhì)的初態(tài)溫度，即發(fā)電介質(zhì)進(jìn)入蒸汽透平機(jī)之前的溫度；T2是發(fā)電介質(zhì)的終態(tài)溫度，即乏汽溫度；Cvl是發(fā)電介質(zhì)初態(tài)熱容，即發(fā)電介質(zhì)進(jìn)入蒸汽透平機(jī)之前的熱容；Cv2是是發(fā)電介質(zhì)終態(tài)熱容，即乏汽熱容；本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用公知技術(shù)采集和測(cè)量這些參數(shù)，根據(jù)上述公式，即可計(jì)算出相應(yīng)的發(fā)電效率。顯然作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明方法還包括利用被吸收冷量后的經(jīng)膨脹降壓后的氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品的步驟，例如生產(chǎn)甲烷或氫氣或一氧化碳。這適用于本發(fā)明的上述所有實(shí)施例。盡管以上所有實(shí)施例以水為發(fā)電工質(zhì)，但本發(fā)明同樣適于發(fā)電工質(zhì)為水、二氧化碳、異鏈烷烴中任一種的情形；另外，可以對(duì)實(shí)施例中加入反應(yīng)器中的原料煤進(jìn)行替換或者在煤的基礎(chǔ)上增加其它含碳有機(jī)質(zhì)，例如除了上述實(shí)施例中所示的情形外，原料可以包括生物質(zhì)、污泥、高濃度廢水等含碳有機(jī)質(zhì)，原料也可以包括煤與生物質(zhì)的混合物，所有這些物料以漿料的形式進(jìn)入高溫高壓反應(yīng)器，高溫高壓反應(yīng)包括超/亞臨界氣化反應(yīng)、超/亞臨界氧化反應(yīng)以及超/亞臨界部分氧化氣化反應(yīng)等反應(yīng)類型，其中，超/亞臨界氧化反應(yīng)的一般操作條件是反應(yīng)的溫度范圍為350-750°C，反應(yīng)的壓力范圍為15-40MPa。優(yōu)選地本發(fā)明中經(jīng)過膨脹降壓的氣體(可以是混合氣體)的壓力范圍為0. l-7Mpa。另一方面本發(fā)明還提供一種氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置。參見圖1-4所示，盡管這些附圖示出的是流程圖，但是結(jié)合該流程圖有利于理解本發(fā)明的裝置具體實(shí)施方式
，因此在描述本發(fā)明裝置時(shí)參照?qǐng)D1-4進(jìn)行描述。具體地，本發(fā)明裝置包括膨脹降壓裝置，具有接收待膨脹降壓氣體的膨脹降壓入口、及排出經(jīng)過膨脹降壓的氣體的膨脹降壓出口 ；以及冷凝器，具有供載有來自所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體的冷量的冷卻介質(zhì)進(jìn)入的第一換熱通道、及供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入其中與所述冷卻介質(zhì)熱交換的第二換熱通道。其中，所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入第一換熱通道作為冷卻介質(zhì)，第一換熱通道中的冷卻介質(zhì)與第二換熱通道中的乏汽逆流并通過各自換熱通道的器壁進(jìn)行換熱?；蛘?，本發(fā)明裝置還包括第一換熱器，所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入第一換熱器中的一個(gè)換熱通道，并與第一換熱器的另一換熱通道中的冷卻水進(jìn)行熱交換；通過這兩個(gè)通道的器壁，冷卻水與經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)行換熱，換熱后的該冷卻水從所述的另一換熱通道排出到上述冷凝器的第一換熱通道中作為冷卻介質(zhì)。。在一個(gè)實(shí)施例中，冷凝器包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分各自具有兩個(gè)彼此進(jìn)行熱交換的換熱通道，其中第一部分中的兩個(gè)換熱通道為前述的第一和第二換熱通道，即第一換熱通道供經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入，第二換熱通道供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入。第二部分的兩個(gè)換熱通道中，一個(gè)換熱通道供在第一部分放熱后的乏汽進(jìn)入、另一個(gè)供冷卻乏汽的水進(jìn)入，乏汽和水在各自通道中并通過通道的器壁彼此進(jìn)行換熱，從而對(duì)乏汽進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。需要指出，所述的載有膨脹降壓氣體冷量的冷卻介質(zhì)是指兩種情況一是經(jīng)過膨脹降壓的氣體本身，另一個(gè)是被所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體冷卻后的液體(例如向膨脹降壓后氣體放熱后的水)。再進(jìn)一步，本發(fā)明裝置還包括用以供原料在其中發(fā)生超/亞臨界氣化或氧化反應(yīng)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有排氣口，以供反應(yīng)生成的反應(yīng)混合物排出；供反應(yīng)混合物與發(fā)電工質(zhì)在其中彼此熱交換的第二換熱器，該第二換熱器具有換熱介質(zhì)入口和發(fā)電工質(zhì)出口， 換熱介質(zhì)入口與反應(yīng)器的排氣口連通以接收來自反應(yīng)器的反應(yīng)混合物，從反應(yīng)混合物吸熱后的發(fā)電工質(zhì)經(jīng)發(fā)電工質(zhì)出口排出；利用吸熱后的發(fā)電工質(zhì)發(fā)電的透平機(jī)，該透平機(jī)具有與發(fā)電工質(zhì)出口連通的用以接收吸熱后的發(fā)電工質(zhì)(在發(fā)電工質(zhì)為水的情形下，發(fā)電工質(zhì)在換熱器中吸熱后變成蒸汽)的進(jìn)口，該透平機(jī)還具有供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽排出的乏汽出口，冷凝器的第二換熱通道與乏汽出口連通，以接收乏汽在其中進(jìn)行冷凝。本發(fā)明氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置還包括將反應(yīng)混合物中氣體分離出來的分離裝置。該分離裝置連接在前述的第二換熱器(即，前述的供反應(yīng)混合物與發(fā)電工質(zhì)在其中彼此熱交換的換熱器)與膨脹降壓裝置之間。該分離裝置將反應(yīng)混合物中氣體分離出來后送入膨脹降壓裝置，同時(shí)該分離裝置排出水和渣。該分離裝置的上述功能也可以稱為凈化功能，用以凈化反應(yīng)混合物。本發(fā)明氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置還包括燃?xì)廨啓C(jī)、以及利用被吸收冷量后的膨脹降壓后氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置，在冷凝器直接以來自膨脹降壓裝置生成的經(jīng)過膨脹降壓的氣體作為冷卻介質(zhì)的情形下，經(jīng)過膨脹降壓的氣體在冷凝器中與乏汽交換熱量后被送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馊肟谝怨┌l(fā)電，或被送入生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置中以生產(chǎn)例如甲烷或氫氣或一氧化碳或它們的任意組合等的能源產(chǎn)品。在冷凝器以來自前述第二換熱器排出的冷卻水為介質(zhì)的情形下，來自膨脹降壓裝置的經(jīng)過膨脹降壓的氣體在該第二換熱器中吸收熱量后被送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)馊肟谥幸怨┤細(xì)廨啓C(jī)發(fā)電，或被送入生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置中以生產(chǎn)例如甲烷或氫氣或一氧化碳或它們的任意組合等的能源產(chǎn)品。為了循環(huán)利用乏汽在冷凝器被冷卻產(chǎn)生的發(fā)電工質(zhì)(例如飽和水)，本發(fā)明裝置還包括加壓泵，用以將被冷卻產(chǎn)生的發(fā)電工質(zhì)(例如飽和水)加壓后作為發(fā)電工質(zhì)送入前述的第二換熱器中。加壓泵具有泵入口和泵出口，該第二換熱器具有供發(fā)電工質(zhì)流入的入口，該入口與泵出口連通，冷凝器具有將被冷卻產(chǎn)生的發(fā)電工質(zhì)(例如飽和水)排出的出口，該出口與泵入口連通。綜上，本發(fā)明的方法和裝置利用氣體膨脹降壓可產(chǎn)生較環(huán)境溫度(例如室溫)更低的冷卻介質(zhì)(例如-25 20°C的經(jīng)過膨脹降壓的氣體)，取代傳統(tǒng)的室溫冷卻水用于乏汽降溫、冷凝，乏汽的溫度可設(shè)置到環(huán)境溫度以下，既可以提高透平發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率， 又可充分利用煤氣化等能源生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的適合待膨脹降壓做功的氣體的壓力能，該能量也可用于發(fā)電，從而提高整個(gè)工藝系統(tǒng)的能量利用效率，生產(chǎn)更多的清潔電力等能源產(chǎn)品。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電方法，包括對(duì)發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的乏汽進(jìn)行冷凝的步驟，其特征在于，在該步驟中，使所述乏汽直接或間接地與經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)行熱交換。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱交換是在冷凝器中進(jìn)行的，所述冷凝器以被所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體冷卻后的水作為冷卻介質(zhì)，所述乏汽在所述冷凝器中與所述冷卻介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱交換是在冷凝器中進(jìn)行的，所述冷凝器直接以所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體作為冷卻介質(zhì)，所述乏汽在所述冷凝器中與所述冷卻介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱交換是在冷凝器中進(jìn)行的，所述冷凝器包括第一部分和第二部分，所述第一部分的冷卻介質(zhì)為水，所述第二部分的冷卻介質(zhì)為所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體，所述乏汽與所述第一和第二部分中的冷卻介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括將原料送入反應(yīng)器中進(jìn)行超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)生成反應(yīng)混合物；其中，所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體，是對(duì)從反應(yīng)混合物中分離出來的氣體進(jìn)行膨脹降壓后獲得的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括將所述反應(yīng)混合物導(dǎo)入第二換熱器中與發(fā)電工質(zhì)進(jìn)行熱交換；將吸收所述反應(yīng)混合物所含熱量的發(fā)電工質(zhì)導(dǎo)入透平機(jī)中發(fā)電；以及利用所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品，所述能源產(chǎn)品為甲烷或氫氣或一氧化碳或電或它們?nèi)我饨M合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體的溫度低于環(huán)境溫度，所述環(huán)境溫度是指。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述原料為煤、生物質(zhì)、污泥或廢水，所述反應(yīng)器中含有氣化劑或氧化劑，所述氣化劑或氧化劑為氧氣、蒸汽、富氧空氣、空氣中的至少一種。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述發(fā)電工質(zhì)為水或二氧化碳或異鏈烷烴。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述原料在所述反應(yīng)器中發(fā)生超/亞臨界氣化反應(yīng)或氧化反應(yīng)時(shí)的溫度條件是350-750°C、壓力條件是15-40Mpa。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的經(jīng)過膨脹降壓的氣體具有0.l-7MPa 的壓力。
12.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)混合物包含的氣體為原料超/亞臨界氣化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體或者原料氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。
13.一種用于氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置，其特征在于，所述裝置包括膨脹降壓裝置，具有接收待膨脹降壓氣體的膨脹降壓入口、及排出經(jīng)過膨脹降壓的氣體的膨脹降壓出口 ；以及冷凝器，具有供載有所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體的冷量的冷卻介質(zhì)進(jìn)入的第一換熱通道、及供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入其中與所述第一換熱通道中冷卻介質(zhì)熱交換的第二換熱通道。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述膨脹降壓出口與所述第一換熱通道連通，其中經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入所述第一換熱通道作為所述冷卻介質(zhì)。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括第一換熱器，所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)入所述第一換熱器中的一個(gè)換熱通道，并與所述第一換熱器的另一換熱通道中的冷卻水進(jìn)行熱交換，其中，與所述經(jīng)過膨脹降壓的氣體換熱后的冷卻水，從所述的另一換熱通道排出到所述冷凝器的第一換熱通道中作為冷卻介質(zhì)。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述冷凝器包括第一部分和第二部分，所述第一和第二換熱通道設(shè)于所述第一部分中，所述第二部分具有供在所述第一部分放熱后的乏汽進(jìn)入其中的一個(gè)換熱通道、以及供用以冷卻該一個(gè)換熱通道中乏汽的水進(jìn)入其中的另一換熱通道。
17.如權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括用以供原料在其中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)器，具有供反應(yīng)生成的反應(yīng)混合物排出的排氣口 ；供反應(yīng)混合物與發(fā)電工質(zhì)彼此熱交換的第二換熱器，具有與所述排氣口連通的用以接收反應(yīng)混合物的換熱介質(zhì)入口、及將從反應(yīng)混合物吸熱后的發(fā)電工質(zhì)排出的發(fā)電工質(zhì)出口 ；以及利用吸熱后的發(fā)電工質(zhì)發(fā)電的透平機(jī)，具有與發(fā)電工質(zhì)出口連通的用以接收吸熱后的發(fā)電工質(zhì)的進(jìn)口、及供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽排出的乏汽出口，所述乏汽出口與所述冷凝器的乏汽入口連通。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括將反應(yīng)混合物中氣體分離出來的分離裝置，連接在所述第二換熱器與所述膨脹降壓裝置之間。
19.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有燃?xì)馊肟?，所述冷凝器具有供與所述乏汽交換熱量后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述燃?xì)馊肟谶B通。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有燃?xì)馊肟?，所述第一換熱器具有供與該第一換熱器中所述另一換熱通道中的冷卻水換熱后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述燃?xì)馊肟谶B通。
21.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，還包括加壓泵，具有泵入口和泵出口，其中，所述第二換熱器具有供發(fā)電工質(zhì)流入的入口，該入口與所述加壓泵的泵出口連通，其中，所述冷凝器具有將乏汽冷凝后生成的飽和水排出的出口，該出口與所述加壓泵的泵入口連通。
22.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括利用被吸收冷量后的膨脹降壓后氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置，具有供被吸收冷量后的所述膨脹降壓后氣體進(jìn)入的入口，其中，所述冷凝器具有供與所述乏汽交換熱量后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置的所述入口連通。
23.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括利用被吸收冷量后的膨脹降壓后氣體生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置，具有供被吸收冷量后的所述膨脹降壓后氣體進(jìn)入的入口，其中，所述第一換熱器具有供與該第一換熱器中的所述另一換熱通道中的冷卻水換熱后的膨脹降壓氣體排出的出口，該出口與所述生產(chǎn)能源產(chǎn)品的裝置的所述入口連通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)電方法，包括對(duì)發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的乏汽進(jìn)行冷凝的步驟，在該步驟中，使乏汽直接或間接地與經(jīng)過膨脹降壓的氣體進(jìn)行熱交換。本發(fā)明還提供一種用于氣化生產(chǎn)能源產(chǎn)品和熱發(fā)電的裝置，該裝置包括膨脹降壓裝置，具有接收待膨脹降壓氣體的膨脹降壓入口、及排出膨脹降壓后氣體的膨脹降壓出口；以及冷凝器，具有供載有來自膨脹降壓后氣體的冷量的冷卻介質(zhì)進(jìn)入的第一換熱通道、及供發(fā)電產(chǎn)生的乏汽進(jìn)入其中與冷卻介質(zhì)熱交換的第二換熱通道。本發(fā)明的方法和裝置利用膨脹降壓后氣體產(chǎn)生冷量，將乏汽的溫度降低到環(huán)境溫度以下，既充分利用了氣體的壓力能，又提升了透平發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率。
文檔編號(hào)F01K17/06GK102518489SQ20121000253
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者張玉寶, 李金來, 王青, 甘中學(xué), 谷俊杰 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司