[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610513268.4
• 申請(qǐng)日: 2016-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106014512B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白文剛;姚明宇;李紅智;張一帆;楊玉;張磊;張純
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心
• 主分類(lèi)號(hào): F01K11/02
• 分類(lèi)號(hào): F01K11/02;F23L7/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 李宏德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及先進(jìn)高效火力發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，全球氣候變暖已成為人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的100年中，全球地面平均溫度上升了0.3～0.6℃，而我國(guó)的平均氣溫也上升了0.4～0.5℃。化石燃料能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中大量排放的CO₂是加劇溫室效應(yīng)的主要原因。

在我國(guó)，燃煤火力發(fā)電是CO₂的最大排放源之一，研究開(kāi)發(fā)新型煤基燃料發(fā)電技術(shù)對(duì)我國(guó)煤炭資源的清潔高效利用以及緩解溫室效應(yīng)具有重要意義。

目前，能夠在電站系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)CO₂大規(guī)模捕集的技術(shù)主要分為三種：燃燒前捕集、燃燒后捕集和燃燒中捕集(也稱(chēng)純氧燃燒技術(shù))。在這三種CO₂捕集技術(shù)中，純氧燃燒技術(shù)由于具有CO₂回收成本低、NO_x排放低以及脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的CO₂減排技術(shù)。

此外，超臨界二氧化碳具有能量密度大、傳熱效率高等特點(diǎn)，被公認(rèn)是最環(huán)保、最清潔的天然性工質(zhì)流體。利用超臨界二氧化碳作為工質(zhì)的發(fā)電技術(shù)也是是目前國(guó)際上新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一。

因此，如果能夠開(kāi)發(fā)出一種新的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將純氧燃燒技術(shù)和超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，則必然會(huì)對(duì)我國(guó)燃煤發(fā)電帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。但是，目前已公開(kāi)的報(bào)道中關(guān)于煤基燃料超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電的都是以傳統(tǒng)空氣助燃、非接觸式間接換熱為主，如中國(guó)專(zhuān)利201520152457.4和201610038208.1等，還未曾有將純氧燃燒和超臨界二氧化碳相結(jié)合的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)及方法，其發(fā)電效率高、CO₂易于回收處理，能夠?qū)⒓冄跞紵夹g(shù)和超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)，包括依次相連的空氣分離系統(tǒng)、氣化爐、燃燒室、透平、冷凝器和壓縮機(jī)，以及連接在透平動(dòng)力輸出端的發(fā)電機(jī)；

空氣分離系統(tǒng)的氧氣出口分別連接氣化爐的氣化劑入口和燃燒室的助燃劑入口；氣化爐的煤氣出口與燃燒室的燃料入口連接；透平的氣體入口連接燃燒室的排氣出口，透平的氣體出口連接冷凝器的進(jìn)氣口；冷凝器的排氣出口分為兩路輸出，一路與CO₂封存系統(tǒng)或他用系統(tǒng)相連，另一路通過(guò)壓縮機(jī)升壓后連接超臨界CO₂循環(huán)管路，并分別與氣化爐的氣化劑進(jìn)口和燃燒室的做功氣體入口相連。

優(yōu)選的，氣化爐和燃燒室之間設(shè)置有煤氣凈化系統(tǒng)。

優(yōu)選的，超臨界CO₂循環(huán)管路上設(shè)置有預(yù)熱器；預(yù)熱器熱媒入口與透平的排氣出口連接，熱媒出口與冷凝器的進(jìn)氣口連接。

優(yōu)選的，冷凝器的冷卻工質(zhì)采用水或空氣。

優(yōu)選的，超臨界CO₂循環(huán)管路出口經(jīng)過(guò)多級(jí)噴頭與燃燒室連通設(shè)置。

一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電方法，包括如下步驟，

步驟1，在氣化爐中將送入的原煤干煤粉，在氣化劑O₂和氣化劑CO₂的作用下，完成氣化過(guò)程并轉(zhuǎn)化成煤氣；

步驟2，在燃燒室中，煤氣與助燃劑O₂和超臨界CO₂混合并燃燒后生成高溫高壓的混氣；

步驟3，高溫高壓的混氣進(jìn)入透平后推動(dòng)透平做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后的廢氣經(jīng)透平的排氣出口進(jìn)入冷凝器中；

步驟4，做功后的廢氣中的水蒸氣在冷凝器中通過(guò)冷凝而與CO₂分離，得到冷凝水和CO₂；

步驟5，將CO₂分成兩路，一路通過(guò)壓縮機(jī)升壓后得到超臨界CO₂，分別通入到氣化爐中作為氣化劑CO₂，以及通入到燃燒室中作為做功氣體；另一路與CO₂封存系統(tǒng)或他用系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，所述的氣化劑O₂和助燃劑O₂均由空氣分離系統(tǒng)通過(guò)分離空氣制得。

優(yōu)選的，高溫高壓混氣包括質(zhì)量濃度為96-98％的CO₂、2-4％的水蒸氣以及少量的雜質(zhì)，所述的雜質(zhì)包括O₂和/或CO。