带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统

摘要

本发明属于半导体温差发电的过热蒸汽煤提质技术领域，尤其涉及带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统。原煤经过碎煤机破碎筛选后经煤仓进入过热蒸汽流化床，发生传热传质后由流化床底部流出，经煤冷却器后成为提质煤；所述过热蒸汽源来自于电过热蒸汽发生器和过热蒸汽抽气，余热换热器和太阳能换热器的热源对过热蒸汽生产进行热补偿；原煤所含水分在流化床内经加热蒸发，与过热蒸汽经喷口喷射后混合成二次蒸汽，经循环风机后通入二次蒸汽换热器管组，与原煤再次热交换，冷凝为析出水；所述烟气和排污余热源、太阳能热源和循环的过热蒸汽作为温差发电的高温侧热源，冷却水和经煤仓内埋管组后的析出水作为温差发电的低温侧冷源。

权利要求

1.带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统，其特征在于，所述系统包括碎煤机(1)、煤仓(2)、流化床(4)、过热蒸汽管组(5)、过热蒸汽喷管(6)、二次蒸汽管组(7)、煤冷却器(8)、循环风机(9)、除尘器(10)、污泥排放电动门(13)、过热蒸汽电动门(16)、喷管入口门(17)、给水门(18)、余热换热器(19)、太阳能换热器(20)、太阳能源出口门(21)、余热源出口门(22)、过热蒸汽源出口门(23)、混合联箱(24)、电过热蒸汽发生器(25)、温差发电器(26)、温差发电器高温侧(26‑1)、温差发电器低温侧(26‑2)、温差发电器内阻(27)、温差发电器开关(28)、控制器(29)、蓄电池组(30)、逆变器(31)；

所述碎煤机(1)与煤仓(2)连接，所述煤仓(2)与流化床(4)的进料口连接，在所述流化床(4)内设有过热蒸汽管组(5)、过热蒸汽喷管(6)和二次蒸汽管组(7)用于加快蒸发原煤内所含水分，所述流化床(4)的二次蒸汽出口与循环风机(9)的输入端连接，循环风机(9)的输出端与二次蒸汽管组(7)的入口连接，二次蒸汽管组(7)的出口与除尘器(10)的入口连接，除尘器(10)的第一出口设有污泥排放电动门(13)；所述流化床(4)的出料口与煤冷却器(8)的进料口连接，煤冷却器(8)的出料口排出提质煤；

在所述温差发电器低温侧(26‑2)的第一入口设有给水门(18)，所述温差发电器低温侧(26‑2)的第一出口与煤冷却器(8)的冷介质入口连接，所述煤冷却器(8)的冷介质出口与并联设置的余热换热器(19)、太阳能换热器(20)的入口连接，所述余热换热器(19)的出口与温差发电器高温侧(26‑1)的余热源入口连接，所述太阳能换热器(20)的出口与温差发电器高温侧(26‑1)的太阳能源入口连接，所述温差发电器高温侧(26‑1)的余热源出口与混合联箱(24)入口连接，在所述温差发电器高温侧(26‑1)的余热源出口与混合联箱(24)入口之间设有余热源出口门(22)，所述温差发电器高温侧(26‑1)的太阳能源出口与混合联箱(24)入口连接，在所述温差发电器高温侧(26‑1)的太阳能源出口与混合联箱(24)入口之间设有太阳能源出口门(21)，混合联箱(24)的出口与电过热蒸汽发生器(25)的入口连接，来自抽气的过热蒸汽经过所述过热蒸汽电动门(16)与电过热蒸汽发生器(25)出口汇合分为两路，一路与过热蒸汽管组(5)的入口连接，另一路经过喷管入口门(17)与过热蒸汽喷管(6)连接，所述过热蒸汽管组(5)的出口与温差发电器高温侧(26‑1)的过热蒸汽源入口连接，所述温差发电器高温侧(26‑1)的过热蒸汽源出口与混合联箱(24)连接，在所述温差发电器高温侧(26‑1)的过热蒸汽源出口与混合联箱(24)之间设有过热蒸汽源出口门(23)；

所述温差发电器(26)经过温差发电器内阻(27)、温差发电器开关(28)，控制器(29)、蓄电池组(30)、逆变器(31)连接实现半导体温差发电。

2.根据权利要求1所述的带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统，其特征在于，所述系统还包括煤仓内埋管组(3)、换热器(11)、水泵(14)、温差发电器析出水出口门(15)，所述煤仓内埋管组(3)设置在所述煤仓(2)内用于对原煤初级预热，所述换热器(11)设置在所述煤冷却器(8)的冷介质出口与并联设置的余热换热器(19)、太阳能换热器(20)的入口之间，所述换热器(11)的冷介质入口与煤冷却器(8)的冷介质出口连接，所述换热器(11)的冷介质出口与并联设置的余热换热器(19)、太阳能换热器(20)的入口连接，所述除尘器(10)的第二出口与所述换热器(11)的热介质入口连接，所述换热器(11)的热介质出口与水泵(14)的入口连接，所述水泵(14)的出口经过煤仓内埋管组(3)与温差发电器低温侧(26‑2)的第二入口连接，所述温差发电器低温侧(26‑2)的第二出口设有温差发电器析出水出口门(15)。

3.根据权利要求2所述的带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统，其特征在于，所述系统还包括放水门(12)，所述放水门(12)设置在所述换热器(11)的冷介质出口与并联设置的余热换热器(19)、太阳能换热器(20)的入口之间。

4.根据根据权利要求1‑3任一项所述的带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统，其特征在于，所述除尘器(10)采用湿式冷凝除尘方式。

说明书

带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统

技术领域

[0001] 本发明属于半导体温差发电的过热蒸汽煤提质技术领域，尤其涉及带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统。

背景技术

[0002] 过热蒸汽煤提质是一种煤清洁利用技术。原煤颗粒在经过破碎和筛选分配后，与过热蒸汽直接和间接接触换热，二次蒸汽循环冷凝后将煤所含水分凝结析出，使得煤去除
水分和一部分灰分，从而煤质得到有效改善提高。利用过热蒸汽作为传热介质，采用二次蒸
汽循环以充分利用过热蒸汽的潜热，具有能耗低、热效率高、无粉尘污染，防止煤粉着火和
爆炸，提质后的煤孔隙特性及燃烧特性好等优点，是一种煤清洁高效燃烧利用的关键技术。

[0003] 过热蒸汽煤提质尽管有诸多技术优势，但过热蒸汽热源的消耗，是技术应用中重要评价指标和瓶颈，为此采用补偿热源的方式以减少过热蒸汽的消耗总将有效拓展该技术
的应用空间，同时温差发电的电力将为系统提供动力条件。

[0004] 过热蒸汽煤提质采用的过热蒸汽参数为0.15‑0.3MPa，温度在115℃以上，主要的问题是过热蒸汽的总量消耗，以及过热蒸汽煤提质中374kJ/kg.H2O的指标是否能得到保证
或可以降到更低。现有技术因为过热蒸汽和二次蒸汽不能智能匹配，而实际能耗约800kJ/
kg.H2O以上，尽管比烟气、热风做介质的能耗具有技术比较优势，但没有把过热蒸汽煤提质
技术的能耗优势、煤质处理物性提高、燃烧优化等效果体现出来。

[0005] 本发明采用将可以实现200kJ/kg.H2O的能耗指标，同时将系统中的余热和潜热进行热品质提升，即保证降低系统能耗的基础上，还有电力的能量输出，以及对煤提质流场进
行均布、换热强化、提质速度加快等良好效果。

发明内容

[0006] 本发明针对面向煤清洁高效利用技术，重点解决煤提质设备的能耗瓶颈，采用本发明实现系统能耗降低及充分回收利用系统余热，满足煤提质和余热发电的技术收益。

[0007] 为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

[0008] 带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统，包括碎煤机、煤仓、流化床、煤冷却器、循环风机、除尘器、污泥排放电动门、温差发电器析出水出口门、过热蒸汽电动门、喷管
入口门、给水门、余热换热器、太阳能换热器、混合联箱、电过热蒸汽发生器、温差发电器、温
差发电器高温侧、温差发电器低温侧、温差发电器内阻、温差发电器开关、控制器、蓄电池
组、逆变器；

[0009] 所述碎煤机与煤仓连接，所述煤仓与流化床的进料口连接，在所述流化床内设有过热蒸汽管组、过热蒸汽喷管和二次蒸汽管组用于加快蒸发原煤内所含水分，所述流化床
的二次蒸汽出口与循环风机的输入端连接，循环风机的输出端与二次蒸汽管组的入口连
接，二次蒸汽管组的出口与除尘器的入口连接，除尘器的第一出口设有污泥排放电动门；所
述流化床的出料口与煤冷却器(8)的进料口连接，煤冷却器的出料口排出提质煤；所述流化
床的过热蒸汽来自于电过热蒸汽发生器和过热蒸汽抽气，余热换热器和太阳能换热器的热
源对过热蒸汽生产进行热补偿；所述过热蒸汽流化床内，煤所含水分在过热蒸汽管组和过
热蒸汽喷管的作用下加热蒸发，与过热蒸汽喷管喷出汽体混合微二次蒸汽后由其顶部流
出，经过循环风机后通入过热蒸汽流化床与原煤再次进行热交换，冷凝后变成为析出水，原
煤内水分继续蒸发形成二次蒸汽循环；

[0010] 在所述温差发电器低温侧的第一入口设有给水门，所述温差发电器低温侧的第一出口与煤冷却器的冷介质入口连接，所述煤冷却器的冷介质出口与并联设置的余热换热
器、太阳能换热器的入口连接，所述余热换热器的出口与温差发电器高温侧的余热源入口
连接，所述太阳能换热器的出口与温差发电器高温侧的太阳能源入口连接，所述温差发电
器高温侧的余热源出口与混合联箱入口连接，在所述温差发电器高温侧的余热源出口与混
合联箱入口之间设有余热源出口门，所述温差发电器高温侧的太阳能源出口与混合联箱入
口连接，在所述温差发电器高温侧的太阳能源出口与混合联箱入口之间设有太阳能源出口
门，混合联箱的出口与电过热蒸汽发生器的入口连接，来自抽气的过热蒸汽经过所述过热
蒸汽电动门与电过热蒸汽发生器出口汇合分为两路，一路与过热蒸汽管组的入口连接，另
一路与过热蒸汽喷管连接，所述过热蒸汽管组的出口与温差发电器高温侧的过热蒸汽源入
口连接，所述温差发电器高温侧的过热蒸汽源出口与混合联箱连接，在所述温差发电器高
温侧的过热蒸汽源出口与混合联箱之间设有过热蒸汽源出口门；可以通过太阳能源出口
门，余热源出口门，过热蒸汽源出口门进行热源的选择及切换。

[0011] 所述温差发电器的温差发电器高温侧热源为烟气与排污余热源、太阳能热源，温差发电器低温侧的冷源为冷却水，所述温差发电器经过温差发电器内阻、温差发电器开关
依次与控制器、蓄电池组、逆变器连接实现半导体温差发电。所发出的电能既可以实现对系
统本身的供电，又可以对电网、用户进行供电。

[0012] 进一步，所述系统还包括煤仓内埋管组、换热器、水泵、温差发电器析出水出口门，所述煤仓内埋管组设置在所述煤仓内用于对原煤初级预热，所述换热器设置在所述煤冷却
器的冷介质出口与并联设置的余热换热器、太阳能换热器的入口之间，所述换热器的冷介
质入口与煤冷却器的冷介质出口连接，所述换热器的冷介质出口与并联设置的余热换热
器、太阳能换热器的入口连接，所述除尘器的第二出口与所述换热器的热介质入口连接，所
述换热器的热介质出口与水泵的入口连接，所述水泵的出口与温差发电器低温侧的第二入
口连接，所述温差发电器低温侧的第二出口设有温差发电器析出水出口门。温差发电器的
温差发电器高温侧热源增加循环的过热蒸汽，温差发电器低温侧的冷源经煤仓内埋管组后
的析出水。

[0013] 进一步，所述系统还包括放水门，所述放水门设置在所述换热器的冷介质出口与并联设置的余热换热器、太阳能换热器的入口之间，可用于清洗整个系统的管路。

[0014] 进一步，所述除尘器采用湿式冷凝除尘方式。

[0015] 与现有技术相比本发明具有以下优点：

[0016] 采用烟气与排污热源、太阳能热源进行过热蒸汽生产的热补偿，以及其所用补偿水经过煤冷却器和换热器的两级提温，可以明显提高系统煤提质速度、降低过热蒸汽消耗，
达到节能减排效果。

[0017] 从系统能耗整体评价，可以有效减小过热蒸汽消耗量约80％，仅利用约20％的过热蒸汽完成流化功能即可达到煤高效提质效果。在过热蒸汽煤提质系统中，循环汽体为煤
所含水蒸发与喷嘴喷出后过热蒸汽混合成的二次蒸汽，经过换热器加热后，提供热量对煤
颗粒进行干燥提质，自身经换热冷却后冷凝析出，达到煤提质和蒸发出的水分冷凝析出的
效果。

[0018] 本发明中带有温差发电系统，是充分利用系统热源的进行能量提质，即将系统中的潜热和显热充分利用，用于煤提质的消耗为系统运行所需总能量的20‑30％，而用于温差
发电的为系统运行所需总能量的70‑80％，系统可以提供的温差在70‑230℃，两级温差发电
最高的热电转换效率可以实现4.5‑12％。取得这些发电收益的同时，对于余热源的混合利
用通过温差发电器和混合联箱降低了热源端差，提高了换热效率，也提高了过热蒸汽产汽
速度。通过为提高热源温度设计的两级提温，也提高了余热换热器和太阳能换热器的换热
效率，为温差发电器的热源侧提供了稳定的热源条件。温差发电器的冷源采用内埋管的方
式来提供冷源，适应冷源的流速和低温要求，可以有效降低冷却水的用量。本发明具有煤提
质的良好传热传质效果以及节能减排效果。

[0019] 本发明设计有效的利用补偿热源、梯级能量回收，实现过热蒸汽煤提质系统的高效工作和发电功能，具有巨大的技术价值。

附图说明

[0020] 图1为本发明的带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统。

[0021] 图1中，1碎煤机，2煤仓，3煤仓内埋管组，4流化床，5过热蒸汽管组，6过热蒸汽喷管，7二次蒸汽管组，8煤冷却器，9循环风机，10除尘器，11换热器，12放水门，13污泥排放电
动门，14水泵，15温差发电器析出水出口门，16过热蒸汽电动门，17喷管入口门，18给水门，
19余热换热器，20太阳能换热器，21太阳能源出口门，22余热源出口门，23过热蒸汽源出口
门，24混合联箱，25电过热蒸汽发生器，26温差发电器，26‑1温差发电器高温侧，26‑2温差发
电器低温侧，27温差发电器内阻，28温差发电器开关，29控制器，30蓄电池组，31逆变器；

[0022] 01粒径≦100mm原煤，02粒径≦5mm原煤，03二次蒸汽，04提质煤，05煤泥，06析出水至化学处理，07循环的过热蒸汽，08给水，09来自抽气的过热蒸汽，010来自蒸汽及排污热
源，011来自太阳能热源。

具体实施方式

[0023] 带温差发电的热补偿式过热蒸汽煤提质系统，包括碎煤机1、煤仓2、流化床4、煤冷却器8、循环风机9、除尘器10、污泥排放电动门13、温差发电器析出水出口门15、过热蒸汽电
动门16、喷管入口门17、给水门18、余热换热器19、太阳能换热器20、混合联箱24、电过热蒸
汽发生器25、温差发电器26、温差发电器高温侧26‑1、温差发电器低温侧26‑2、温差发电器
内阻27、温差发电器开关28、控制器29、蓄电池组30、逆变器31；

[0024] 所述碎煤机1与煤仓2连接，所述煤仓2与流化床4的进料口连接，在所述流化床4内设有过热蒸汽管组5、过热蒸汽喷管6和二次蒸汽管组7用于加快蒸发原煤内所含水分，所述
流化床4的二次蒸汽出口与循环风机9的输入端连接，循环风机9的输出端与二次蒸汽管组7
的入口连接，二次蒸汽管组7的出口与除尘器10的入口连接，除尘器10的第一出口设有污泥
排放电动门13；所述流化床4的出料口与煤冷却器8的进料口连接，煤冷却器8的出料口排出
提质煤；

[0025] 在所述温差发电器低温侧26‑2的第一入口设有给水门18，所述温差发电器低温侧26‑2的第一出口与煤冷却器8的冷介质入口连接，所述煤冷却器8的冷介质出口与并联设置
的余热换热器19、太阳能换热器20的入口连接，所述余热换热器19的出口与温差发电器高
温侧26‑1的余热源入口连接，所述太阳能换热器20的出口与温差发电器高温侧26‑1的太阳
能源入口连接，所述温差发电器高温侧26‑1的余热源出口与混合联箱24入口连接，在所述
温差发电器高温侧26‑1的余热源出口与混合联箱24入口之间设有余热源出口门22，所述温
差发电器高温侧26‑1的太阳能源出口与混合联箱24入口连接，在所述温差发电器高温侧
26‑1的太阳能源出口与混合联箱24入口之间设有太阳能源出口门21，混合联箱24的出口与
电过热蒸汽发生器25的入口连接，来自抽气的过热蒸汽经过所述过热蒸汽电动门16与电过
热蒸汽发生器25出口汇合分为两路，一路与过热蒸汽管组5的入口连接，另一路与过热蒸汽
喷管6连接，所述过热蒸汽管组5的出口与温差发电器高温侧26‑1的过热蒸汽源入口连接，
所述温差发电器高温侧26‑1的过热蒸汽源出口与混合联箱24连接，在所述温差发电器高温
侧26‑1的过热蒸汽源出口与混合联箱24之间设有过热蒸汽源出口门23；

[0026] 所述温差发电器26经过温差发电器内阻27、温差发电器开关28依次与控制器29、蓄电池组30、逆变器31连接实现半导体温差发电。

[0027] 所述系统还包括煤仓内埋管组3、换热器11、水泵14、温差发电器析出水出口门15，所述煤仓内埋管组3设置在所述煤仓2内用于对原煤初级预热，所述换热器11设置在所述煤
冷却器8的冷介质出口与并联设置的余热换热器19、太阳能换热器20的入口之间，所述换热
器11的冷介质入口与煤冷却器8的冷介质出口连接，所述换热器11的冷介质出口与并联设
置的余热换热器19、太阳能换热器20的入口连接，所述除尘器10的第二出口与所述换热器
11的热介质入口连接，所述换热器11的热介质出口与水泵14的入口连接，所述水泵14的出
口与温差发电器低温侧26‑2的第二入口连接，所述温差发电器低温侧26‑2的第二出口设有
温差发电器析出水出口门15。

[0028] 所述系统还包括放水门12，所述放水门12设置在所述换热器11的冷介质出口与并联设置的余热换热器19、太阳能换热器20的入口之间。

[0029] 所述除尘器10采用湿式冷凝除尘方式。

[0030] 过热蒸汽煤干燥系统中的热补偿方式采用了烟气及蒸汽排污热源和太阳能热源两种热源作为补偿热源，并且这两种热源可以实现混合及来源切换。主要实现了补偿热源
采用低成本的工艺实现补偿热源的能量供给。

[0031] 过热蒸汽煤提质系统采用煤冷却器的给水作为补偿热源的用水，可以明显降低系统用水消耗，主要提高蒸汽发生速度，提高系统提质速度。

[0032] 过热蒸汽煤提质系统采用补偿热源及两级预热处理后，过热蒸汽煤提质系统在采用热源温度110‑160℃基础参数时，可以实现能耗以374kJ/kgH2O为基础降低18.5‑40％的
目标，在优化补偿热源水供给基础上可以实现更好的节能效果；同时温差发电可以对系统
的热源实现2‑7％热电转换效率。

[0033] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案
进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的
权利要求保护范围中。