专利名称：利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于垃圾填埋气的高效清洁利用技术范围，特别涉及基于循环载 氧体的燃烧发电过程的一种利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺及系统。
背景技术：
垃圾填埋气是一种可再生能源，甲烷含量较高，热值与城市煤气相当， 约为天然气热值的一半，具有很好的利用价值，因此在治理垃圾填埋气污染 的同时，往往对其进行能源利用工作，以达到变废为宝、实现双赢的目的。 垃圾填埋气中二氧化碳的含量也很高，二氧化碳是诸多温室效应气体中影响 最大的温室气体，如何减排二氧化碳已成为人类可持续发展的重要内容之一。 常规的燃烧技术都是燃料和空气直接接触，产生的烟气中二氧化碳只占
10%-15%，分离处理成本太高，通常有以下方法.-
1. 燃烧后处理技术，如通过分子膜分离方法对二氧化碳进行分离提纯处 理，其分离效率低而且成本高。
2. 燃烧前处理技术是燃料先在气化器内气化生成合成气&和CO，然后 进入水煤气反应器，将产生的C02分离后得到的Hz用于燃气轮机发电，然 而目前还没有大规模的气化电站在运行。
3. 通过植物光合作用脱除二氧化碳，寻找高效生物藻类进行大规模脱 除二氧化碳，尚需技术突破。
本发明通过垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发电系统三大系统的联合，在实现垃圾填埋气高效清洁利用的同时，使C02
排放得到有效控制，并且通过气体分离装置得到高纯度的C02气体，应用
于其它化工领域。
发明内容
本发明的目的是提供基于循环载氧体的燃烧发电过程，在没有额外能
耗的
前提下，将二氧化碳从燃烧产物中分离出来的一种利用垃圾填埋气的化学链 式燃烧发电工艺及系统，其特征在于，所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧 发电系统由垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发
电系统联合组成，其具体结构为垃圾填埋气集气系统1的出口与化学链式
燃烧系统2的燃料反应器21的进口相连，燃料反应器21出口与燃气蒸汽联 合循环发电系统3的第一燃气轮机31进口相连，第一燃气轮机31的出口与 第一余热锅炉32的烟气进口相连，第一蒸汽轮机33的进口与第一余热锅炉 32的水蒸汽出口相连，第一余热锅炉32的烟气出口与第一冷凝器34的进口 相连，第一冷凝器34的出口与压縮机35的进口相连，压縮机35的出口与储 气装置36的进口相连；化学链式燃烧系统2的空气反应器22出口与燃气蒸 汽联合循环系统3的第二燃气轮机37的进口相连，第二燃气轮机37的出口 与第二余热锅炉38的烟气进口相连，第二蒸汽轮机39的进口与第二余热锅 炉38的水蒸汽出口相连，第二余热锅炉38的烟气出口连到烟囱310上。
所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺是在由垃圾填埋气集气系 统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发电系统联合组成的发电系统内 进行，空气反应器内金属单质为Fe、 Cu、 Mn、 Ni、 Ca或Mg与空气进行氧化反应，生成的金属氧化物随气流携带进入燃料反应器；在燃料反应器内垃圾 填埋气与金属氧化物发生还原反应，生成金属单质、二氧化碳和水蒸汽，还 原后的金属单质经返料管返回到空气反应器，与空气发生氧化反应，完成金 属氧化物的再生过程；燃料反应器和空气反应器出口的气体分别通入两个单 独的燃气蒸汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收；发电过程中，在 燃料反应器内垃圾填埋气不直接和空气接触燃烧，而是通过在燃料反应器和 空气反应器之间的交替氧化-还原反应实现垃圾填埋气的燃烧过程，两个反应 器出口的尾气进入燃气蒸汽联合循环系统进行发电，即当燃烧发生时，在 空气反应器内金属单质与空气进行氧化反应，生成的金属氧化物随气流携带 进入燃料反应器；来自垃圾填埋气集气系统的垃圾填埋气与金属氧化物发生 还原反应，生成金属单质、二氧化碳和水蒸汽，金属单质经返料管返回到空 气反应器，与空气发生氧化反应，完成金属氧化物的再生过程；燃料反应器 和空气反应器出口的气体分别通入两个单独的燃气蒸汽联合循环系统进行发 电以及二氧化碳的回收。在燃烧反应过程中，燃料反应器处于80(TC 100(TC 温度状态，出口处气体压力处于0.75Mpa 0.85Mpa压力范围，空气反应器处 于900。C 110(TC温度状态，出口处气体压力处于0. 75Mpa 0. 85Mpa压力范 围。
所述金属单质为Fe、 Cu、 Mn、 Ni、 Ca和。或Mg。 所述化学链式燃烧系统中的循环载氧体为金属氧化物颗粒。 本发明的有益效果垃圾填埋气的主要成分甲烷易燃，在地下聚集，容 易发生爆炸，因此如果不做好沼气的收集和处理很可能会引起填埋场的爆炸。 而常规的燃烧利用技术都是燃料和空气直接接触，产生的烟气中二氧化碳只占10%-15%，分离处理成本太高。本发明提供一种垃圾填埋气与化学链式燃烧 发电工艺，在没有额外能量损失的条件下，能够将二氧化碳从燃烧产物中分 离并储存，同时实现垃圾填埋气的高效清洁利用。如何实现垃圾填埋气的间 接燃烧，是实现垃圾填埋气利用过程中减排二氧化碳的关键，其工艺有着广 泛的社会效益和经济效益。
图1是本发明的工艺结构示意图。其中有垃圾填埋气集气系统1，化学链 式燃烧系统2，燃气蒸汽联合循环发电系统3，燃料反应器21，空气反应器 22，第一燃气轮机31，第一余热锅炉32，第一蒸汽轮机33，第一冷凝器34， 压縮机35，储气装置36，第二燃气轮机37，第二余热锅炉38，第二蒸汽轮 机39，烟囱310。
具体实施例方式
本发明提供基于循环载氧体的燃烧发电过程，在没有额外能耗的前提 下，将二氧化碳从燃烧产物中分离出来的一种利用垃圾填埋气的化学链式燃 烧发电工艺及系统。在图1中，利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电系统由 垃圾填埋气集气系统1、化学链式燃烧系统2和燃气蒸汽联合循环发电系统3
联合组成。垃圾填埋气集气系统1的出口与化学链式燃烧系统2的燃料反应 器21的进口相连，燃料反应器21出口与燃气蒸汽联合循环发电系统3的第 一燃气轮机31进口相连，第一燃气轮机31的出口与第一余热锅炉32的烟气 进口相连，第一蒸汽轮机33的进口与第一余热锅炉32的水蒸汽出口相连， 第一余热锅炉32的烟气出口与第一冷凝器34的进口相连，第一冷凝器34的 出口与压縮机35的进口相连，压缩机35的出口与储气装置36的进口相连，组成第一个单独的燃气蒸汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收。另
外由化学链式燃烧系统2的空气反应器22出口与燃气蒸汽联合循环系统3的 第二燃气轮机37的进口相连，第二燃气轮机37的出口与第二余热锅炉38的 烟气进口相连，第二蒸汽轮机39的进口与第二余热锅炉38的水蒸汽出口相 连，第二余热锅炉38的烟气出口连到烟囱310上，组成第二个单独的燃气蒸 汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收。
当化学链式燃烧反应发生时，在空气反应器22内金属单质与空气进行氧化反 应，生成的金属氧化物经旋风分离器分离后进入燃料反应器21;来自垃圾填
埋气集气系统l的垃圾填埋气与金属氧化物发生还原反应，生成金属单质、二 氧化碳和水蒸汽，金属单质经返料管返回到空气反应器22与空气发生氧化反 应，完成金属氧化物的再生过程；来自燃料反应器21出口的高温高压的二氧 化碳气体和水蒸气首先通入燃气蒸汽联合循环系统中燃气轮机31中膨胀做功 直接带动发电机发电。仍具有一定温度的燃气轮机31的排气进入余热锅炉32， 以产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机33旋转，带动发电机发电。从余热锅炉排 出的尾气进去冷凝器34冷却，并脱除水份后经过压縮机35将纯净的二氧化碳 气体压縮到储气罐36中。
空气反应器22出口的高温高压的氮气和部分氧气首先通入燃气蒸汽联合 循环系统中燃气轮机37中膨胀做功直接带动发电机发电。仍具有一定温度的 燃气轮机37的排气进入余热锅炉38，以产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机39 旋转，带动发电机发电。从余热锅炉排出的尾气从烟囱310排出。在燃烧反 应过程中，燃料反应器21处于800。C 1000。C温度状态，出口处气体压力处 于0. 75Mpa 0. 85Mpa压力范围，空气反应器22处于900'C 110(TC温度状态，出口处气体压力处于0. 75Mpa 0. 85Mpa压力范围,
权利要求
1.一种利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电系统，其特征在于，所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电系统由垃圾填埋气集气系统(1)、化学链式燃烧系统(2)和燃气蒸汽联合循环发电系统(3)联合组成，其具体结构为垃圾填埋气集气系统(1)的出口与化学链式燃烧系统(2)的燃料反应器(21)的进口相连，燃料反应器(21)出口与燃气蒸汽联合循环发电系统(3)的第一燃气轮机(31)进口相连，第一燃气轮机(31)的出口与第一余热锅炉(32)的烟气进口相连，第一蒸汽轮机(33)的进口与第一余热锅炉(32)的水蒸汽出口相连，第一余热锅炉(32的烟气出口与第一冷凝器(34)的进口相连，第一冷凝器(34)的出口与压缩机(35)的进口相连，压缩机(35)的出口与储气装置(36)的进口相连；化学链式燃烧系统(2)的空气反应器(22)出口与燃气蒸汽联合循环系统(3)的第二燃气轮机(37)的进口相连，第二燃气轮机(37)的出口与第二余热锅炉(38的烟气进口相连，第二蒸汽轮机(39)的进口与第二余热锅炉(38)的水蒸汽出口相连，第二余热锅炉(38)的烟气出口连到烟囱(310)上。
2. —种利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺，其特征在于，所述利用 垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺是在由垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧 系统和燃气蒸汽联合循环发电系统联合组成的发电系统内进行，空气反应器内金 属单质与空气进行氧化反应，生成的金属氧化物随气流携带进入燃料反应器；在燃料反应器内垃圾填埋气与金属氧化物发生还原反应，生成金属单质、二氧化碳 和水蒸汽，还原后的金属单质经返料管返回到空气反应器，与空气发生氧化反应， 完成金属氧化物的再生过程；燃料反应器和空气反应器出口的气体分别通入两个 单独的燃气蒸汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收；发电过程中，在燃 料反应器内垃圾填埋气不直接和空气接触燃烧，而是通过在燃料反应器和空气反 应器之间的交替氧化-还原反应实现垃圾填埋气的燃烧过程，两个反应器出口的 尾气进入燃气蒸汽联合循环系统进行发电，即当燃烧发生时，在空气反应器内 金属单质与空气进行氧化反应，生成的金属氧化物随气流携带进入燃料反应器；来自垃圾填埋气集气系统的垃圾填埋气与金属氧化物发生还原反应，生成金 属单质、二氧化碳和水蒸汽，金属单质经返料管返回到空气反应器，与空气发生 氧化反应，完成金属氧化物的再生过程；燃料反应器和空气反应器出口的气体分别通入两个单独的燃气蒸汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收。在燃烧反应过程中，燃料反应器处于80CTC 100(TC温度状态，出口处气体压力处于 0. 75Mpa 0. 85Mpa压力范围，空气反应器处于90(TC 110(TC温度状态，出口处 气体压力处于0. 75Mpa 0. 85Mpa压力范围。
3. 根据权利要求2所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺，其特征在 于，所述金属单质为Fe、 Cu、 Mn、 Ni、 Ca或Mg。
4. 根据权利要求2所述利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺，其特征在 于，所述化学链式燃烧系统中的循环载氧体为上述金属的氧化物颗粒。
全文摘要
本发明公开了属于垃圾填埋气的高效清洁利用技术范围的一种利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺及系统。该发电系统由垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发电系统联合组成。所述工艺是空气反应器内金属单质与空气进行氧化反应，生成的金属氧化物在燃料反应器内垃圾填埋气与金属氧化物发生还原反应，生成金属单质、二氧化碳和水蒸汽，还原后的金属单质经返料管返回到空气反应器，完成金属氧化物的再生；燃料反应器和空气反应器出口的气体分别通入两个单独的燃气蒸汽联合循环系统进行发电以及二氧化碳的回收。本发明在没有额外能量损失的条件下，能够将二氧化碳从燃烧产物中分离并储存，本工艺有着广泛的社会效益和经济效益。
文档编号F02C6/18GK101550846SQ200910083719
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者磊 何, 亮 单, 张俊姣, 杨勇平, 慧 梁, 董长青 申请人:华北电力大学