一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统的制作方法

1.本实用新型属于电站节能减排、能源循环再利用技术领域领域，特别涉及到一种集成垃圾等离子气化技术的垃圾焚烧电站余热利用系统，具体涉及了一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统。


背景技术：

2.对垃圾处理方面，近年来，随着经济的快速发展和逐渐增长的消费，如何处理越来越多的生活垃圾成为了城市建设管理面对的巨大问题。根据智研数据研究中心发布的《2020
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2026年中国生活垃圾处理行业深度分析与投资战略研究报告》中数据显示，每年中国均将产生近一点五亿吨的城市垃圾，还有70亿吨的城市垃圾累计堆存量。现有的垃圾处理手段主要有将垃圾送入锅炉中燃烧，和将垃圾堆积以发酵分解的方法。但以焚烧法和堆肥法为代表的主流处理手段不能有效利用垃圾中的能源，造成浪费，同时还会对水体土壤等环境造成较大的危害。垃圾能源化利用率不足10％，有着巨大的潜力。
3.而从能源利用方面，传统的火电厂占地面积较大，但能量利用的效率偏低，如果想提高其循环的效率，则需要提高蒸汽的压力与温度，其提升的潜能相对较小。二氧化碳仅需达到30.98℃和7.38mpa即可变为超临界状态，远低于水的临界点；而当其达到550℃时，临界二氧化碳发电系统热能转化为输出电能的效率可达45％。同时作为超临界的流体，二氧化碳兼具液体和气体的性质，密度大、传热效率高、做功能力强、粘性小，流动性强，系统循环损耗小。此外，由于整个循环中二氧化碳均无相变过程，有效的降低了冷端压缩时所需的压缩功。
4.我国是燃用煤炭的大国，煤电机组装机容量占总容量的七成以上。传统的直接燃烧方式会产生nox、sox等等污染物，而燃气
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蒸汽循环机组是实现洁净燃烧的重要方式，通过等离子气化炉处理燃料，以减轻其燃烧对环境带来的压力。
5.针对当前垃圾利用的形式，并考虑了能源利用的效率，本实用新型提出了以垃圾气化技术与超临界二氧化碳布雷顿循环发电的耦合系统，在高效利用垃圾中热量的同时，通过等离子气化技术减轻污染物的排放，并获得洁净的合成气送入燃气轮机中燃烧；其排放的烟气中能量被二氧化碳工质吸收，经布雷顿循环对外做功。其有效的降低了污染的排放，提高了垃圾的能源利用率，并提高了热能转换电能的效率。


技术实现要素：

6.本实用新型针对背景技术所提及的现有垃圾处理的问题，提供了一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统，其目的在于清洁有效处理垃圾的同时，提高其能源化利用率。此外，利用了超临界二氧化碳循环的布雷顿循环效率高于蒸汽的朗肯循环，且密度较大，对应的系统的尺寸减小，降低了整个系统的占地面积。系统主要包括垃圾预热器、等离子气化炉、合成气冷却器、合成气净化器燃烧室、空气压缩机、燃气轮机、发电机a、二氧化碳过热器、汽轮机、发电机b、高温回热器、低温回热器、二氧化碳冷却器、二氧化
碳主压缩机、二氧化碳再压缩机及烟气冷却器等。
7.该耦合系统所用原料为城市生活垃圾，将原料在垃圾等离子气化炉中气化后，产生供给整个系统的合成气燃料，其合成气经过冷却器换热后送入净化器脱硫脱硝，并去除粉尘，送入燃气轮机中燃烧做功，带动发电机a发电。
8.该耦合系统燃气轮机出口的高温烟气进入余热锅炉，依次进入二氧化碳过热器与烟气冷却器，分别用余热加热超临界二氧化碳及水。
9.该耦合系统的二氧化碳过热器出口的高温高压二氧化碳与合成器冷却器出口的高温高压二氧化碳混合后，进入汽轮机中膨胀做功，带动发电机b发电。汽轮机出口的二氧化碳一次经过高温回热器与低温回热器回收热量，并在低温回热器出口分流成两股，其一直接进入二氧化碳再压缩机进行压缩，另一股通过二氧化碳冷却器中冷却后，再通过二氧化碳主压缩机压缩。二氧化碳主压缩机出口处二氧化碳经低温回热器加热后，与二氧化碳再压缩机出口二氧化碳混合，再进入高温回热器中加热。高温回热器出口的二氧化碳再次分流，一股通过进入二氧化碳过热器吸热，另一股送入合成器冷却器回收合成器中热量，由此完成整个布雷顿循环。
10.该耦合系统的给水在二氧化碳冷却器中被加热后，进入烟气冷却器再次被加热，并最终送入垃圾预热器内加热干燥垃圾。
11.本实用新型的有益效果为：
12.本实用新型提出的一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统，是一种新型的垃圾处理发电系统。在8
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20mpa的压力范围与200
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650℃的温度区间之内，超临界二氧化碳的布雷顿循环效率高于水蒸气的朗肯循环。同时此时密度较大，有效降低了发电设施的尺寸，节约了系统的占地面积。该系统由垃圾等离子气化炉、燃气轮机和超临界二氧化碳循环构成，使用超临界二氧化碳布雷顿循环代替了常规的蒸汽朗肯循环，使用了等离子气化炉代替了常规焚烧法处理垃圾，降低了占地面积，提高了发电效率，同时高效清洁的处理了城市生活垃圾。
附图说明
13.图1为一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统。
14.图中：1
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垃圾预热器；2
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等离子气化炉；3
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合成气冷却器；4
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合成气净化器；5
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燃烧室；6
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空气压缩机；7
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燃气轮机；8
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发电机a；9
‑ꢀ
二氧化碳过热器；10
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汽轮机；11
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发电机b；12
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高温回热器；13
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低温回热器；14
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二氧化碳冷却器；15
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二氧化碳主压缩机；16
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二氧化碳再压缩机；17
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烟气冷却器。
具体实施方式
15.本实用新型提供了一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统，下面结合附图对本实用新型进一步说明。需要注意的是以下的阐释仅为实例性质，并不限制本实用新型的应用范围。
16.图1所示为一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统。如图所示，本实用新型主要包括垃圾离子气化系统和超临界二氧化碳循环系统。垃圾离子气化系统包括垃圾预热器1、等离子气化炉2、合成气冷却器3、合成气净化器4等；超临界二氧化碳
联合循环系统包括燃烧室5、空气压缩机6、燃气轮机7、发电机a 8、二氧化碳过热器9、汽轮机10、发电机b11、高温回热器12、低温回热器13、二氧化碳冷却器14、二氧化碳主压缩机15、再压缩机16 及烟气冷却器17。
17.该耦合系统所用原料为城市生活垃圾，将原料在垃圾等离子气化炉2中气化后，产生供给整个系统的合成气燃料，其合成气经过冷却器换热后送入净化器4脱硫脱硝，并去除粉尘，送入燃气轮机7中燃烧做功，带动发电机a 8发电。
18.燃气轮机7出口的高温烟气进入余热锅炉，依次进入二氧化碳过热器9与烟气冷却器17，分别用余热加热超临界二氧化碳及水。
19.二氧化碳过热器9出口的高温高压二氧化碳与合成器冷却器3出口的高温高压二氧化碳混合后，进入汽轮机10中膨胀做功，带动发电机b11发电。汽轮机10出口的二氧化碳依次经过高温回热器12 与低温回热器13回收热量，并在低温回热器13出口分流成两股，其一直接进入二氧化碳再压缩机16进行压缩，另一股通过二氧化碳冷却器15中冷却后，再通过二氧化碳主压缩机16压缩。二氧化碳主压缩机16出口处二氧化碳经低温回热器13加热后，与二氧化碳再压缩机16出口二氧化碳混合，再进入高温回热器12中加热。高温回热器12出口的二氧化碳再次分流，一股通过进入二氧化碳过热器9吸热，另一股送入合成气冷却器3回收合成器中热量，由此完成整个布雷顿循环。
20.循环水在二氧化碳冷却器14中被加热后，进入烟气冷却器17被再次加热，最终送入垃圾预热器1内加热干燥垃圾。
21.本实用新型提出的一种与超临界二氧化碳循环耦合的等离子垃圾气化发电系统，该系统由垃圾等离子气化炉、燃气轮机和超临界二氧化碳循环构成，使用超临界二氧化碳布雷顿循环代替了常规的蒸汽朗肯循环，使用了等离子气化炉代替了常规焚烧法处理垃圾，降低了占地面积，提高了发电效率，同时高效清洁的处理了城市生活垃圾。
22.特别地，前述内容仅为本实用新型的具体实现方式，本实用新型的受保护范围并不仅限于次，任何熟悉本领域人员在本新型揭露的技术范围可轻易完成的调整，变化与替换，如果未超出本权利要求书所定义的范围，均应被本专利所保护。