[发明专利]水热碳化耦合双闪蒸-有机朗肯循环发电系统及发电方法

说明书

本发明公开一种水热碳化耦合双闪蒸‑有机朗肯循环发电系统及方法，包括水热碳化系统、闪蒸蒸汽发电系统和有机朗肯循环系统，反应釜通过浆料泵连接至一级闪蒸罐，一级闪蒸罐的浓缩浆料出口连接至二级闪蒸罐，一级闪蒸罐的蒸汽出口连接至一级透平机，二级闪蒸罐的蒸汽出口与一级透平机的乏汽出口汇合连接至二级透平机，一级透平机和二级透平机同轴带动第一发电机发电；二级闪蒸罐的浓缩浆料出口连接至蒸发器，蒸发器的有机工质蒸汽出口连接至透平机，透平机带动第二发电机发电。本发明高效实现了水热碳化浆料产物余热的提质利用，显著降低了水热碳化浆料产物的水分含量以及后续的机械脱水量及脱水能耗。

技术领域

本发明涉及水热碳化固液产物余热利用技术领域，具体涉及一种水热碳化耦合双闪蒸-有机朗肯循环发电系统及发电方法。

背景技术

水热碳化法的研究最早可追溯到20世纪，其应用较为广泛，主要应用于制备碳材料、富碳燃料、土壤肥料等。

水热碳化过程的能耗较高，过程输入的能量主要消耗于给料的加热、反应温度的维持、浆料产物的机械脱水、散热损失及脱水产物的热力干化环节。其中加热水热给料所需的能量较大，若不对浆料产物的热量进行回用，而直接冷却降温，将导致较大的热量损失。目前可见的方法是利用水热碳化浆料产物作为热源对初始给料进行预热，这一过程常在热交换器中以间接换热的方式完成。但由于初始给料黏度大、传热传质性能差，导致常规间接换热效率较低。此外，过程无法产生高品位能量。可见，在对水热碳化浆料产物的热量回收技术方面还存在较大的改进空间。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种水热碳化耦合双闪蒸-有机朗肯循环发电系统及发电方法，将水热碳化浆料产物中的余热有效转化为电能，提高能量品质。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

水热碳化耦合双闪蒸-有机朗肯循环发电系统，包括水热碳化系统、闪蒸蒸汽发电系统和有机朗肯循环系统，其中，水热碳化系统包括反应釜、浆料泵、一级闪蒸罐和二级闪蒸罐，闪蒸蒸汽发电系统包括一级透平机、二级透平机、第一发电机和第一冷凝器；有机朗肯循环系统包括蒸发器、透平机、第二发电机、内回热器、工质泵和第二冷凝器；

反应釜通过浆料泵连接至一级闪蒸罐，一级闪蒸罐的浓缩浆料出口连接至二级闪蒸罐，一级闪蒸罐的蒸汽出口连接至一级透平机，二级闪蒸罐的蒸汽出口与一级透平机的乏汽出口汇合连接至二级透平机，一级透平机和二级透平机同轴带动第一发电机发电；二级闪蒸罐的浓缩浆料出口连接至蒸发器，蒸发器的有机工质蒸汽出口连接至透平机，透平机带动第二发电机发电。

作为本发明的优选方案之一，水热碳化系统采用含水率约75～90％的浆状给料，水热碳化的原料包括污泥、秸秆、餐厨垃圾、城市有机垃圾、畜禽粪便中的任一种或多种的组合。

作为本发明的优选方案之一，闪蒸蒸汽发电系统中，二级透平机排出的乏汽进入第一冷凝器冷凝，冷凝水作为部分水源用于配置浆状给料。

作为本发明的优选方案之一，水热碳化系统中，反应釜为间歇式反应器或连续式反应器中的任一种。

作为本发明的优选方案之一，反应釜为间歇式反应器时，采用多个间歇式反应器分时段供应一级闪蒸罐，单个反应釜的容量高于10000L。

作为本发明的优选方案之一，有机朗肯循环采用的有机工质为R245fa、R245ca、R365mfc中的任一种。

本发明还提供一种水热碳化耦合双闪蒸-有机朗肯循环发电方法，包括以下步骤：

(1)水热碳化过程：含水率约75～90％的浆状给料由上一批次水热碳化产气进行预热，给料温度升至40～55℃，预热后气体产物排出，反应釜内充入惰性气体，之后在反应釜内继续加热至水热反应温度，反应时间为1～4小时；