[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)CO2分離和捕集的超臨界CO2發(fā)電裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610685016.X
• 申請(qǐng)日: 2016-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN106321177B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向文國(guó);王楊;陳時(shí)熠;馬士偉;王東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): F01K25/08
• 分類號(hào): F01K25/08;F01K7/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種實(shí)現(xiàn)CO₂分離和捕集的超臨界CO₂發(fā)電裝置及方法，特別是基于化學(xué)鏈燃燒法提供熱量和實(shí)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物CO₂分離并結(jié)合超臨界CO₂發(fā)電的裝置和方法。

背景技術(shù)

《中美氣候變化聯(lián)合聲明》規(guī)定中國(guó)將在2030年前停止CO₂排放量的增加，火力發(fā)電作為主要的碳排放來源之一，減排必不可少。將CO₂捕集和儲(chǔ)存技術(shù)和發(fā)電設(shè)備結(jié)合，是大幅度減少火電站CO₂排放的有效措施，利用空氣分離設(shè)備分離純氧燃燒和吸附脫附塔捕集產(chǎn)物中的CO₂是目前常規(guī)且成熟的兩種技術(shù)。電站耦合常規(guī)技術(shù)后會(huì)導(dǎo)致設(shè)備繁多和系統(tǒng)復(fù)雜的問題，大量附屬設(shè)備也使電廠自耗電更高，降低了其整體發(fā)電效率?；瘜W(xué)鏈燃燒是指通過載氧體的轉(zhuǎn)移，將傳統(tǒng)的空氣和燃料接觸的反應(yīng)分離成空氣反應(yīng)器和燃料反應(yīng)器中的兩塊反應(yīng)，這種燃燒方式具有在空氣中燃燒下具備內(nèi)富集CO₂的優(yōu)勢(shì)，因此利用化學(xué)鏈燃燒的方式捕集CO₂可以省去高耗能的空分裝置和吸附塔等設(shè)備，更廉價(jià)高效。

常規(guī)的火力發(fā)電系統(tǒng)采用了水蒸汽作為循環(huán)工質(zhì)，但水蒸汽乏氣在冷凝過成中有大量的汽化潛熱放出，這部分熱被冷卻水帶走無法利用，造成了較大的冷端損失。超臨界CO₂發(fā)電技術(shù)是一種新型發(fā)電技術(shù)，利用超臨界CO₂作為循環(huán)工質(zhì)，由于的工質(zhì)CO₂在循環(huán)中冷凝時(shí)沒有汽化潛熱，冷端損失遠(yuǎn)小蒸汽系統(tǒng)。超臨界CO₂發(fā)電系統(tǒng)通常結(jié)合大回?zé)嵫h(huán)，工質(zhì)平均吸熱溫度遠(yuǎn)高于蒸汽系統(tǒng)，根據(jù)卡諾循環(huán)原理，平局吸熱溫度越高，熱效率更高。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在以煤作為燃料時(shí)超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電的效率比常規(guī)電站的效率高出5-10％，是一種未來極具潛力的能源轉(zhuǎn)化方式。

在能源利用高效率低排放的戰(zhàn)略目標(biāo)下，兼具高效捕集CO₂和高循環(huán)效率的新型發(fā)電模式將擁有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明基于化學(xué)鏈燃燒和超臨界CO₂發(fā)電理論，通過部署設(shè)備，設(shè)計(jì)合理的換熱流程，提出了一種實(shí)現(xiàn)CO₂分離和捕集的超臨界CO₂發(fā)電裝置及方法。

本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)CO₂分離和捕集的超臨界CO₂發(fā)電裝置如下：

該裝置包括CO₂捕集單元，化學(xué)鏈燃燒單元和超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電單元；

化學(xué)鏈燃燒單元主體由燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器組成，燃料反應(yīng)器上端出口連接第一旋風(fēng)分離器，第一旋風(fēng)分離器底部通過第一立管連接燃料反應(yīng)器的中部，第一旋風(fēng)分離器頂部出口連接過熱器；內(nèi)部布置水冷壁的空氣反應(yīng)器上端出口連接第二旋風(fēng)分離器，第二旋風(fēng)分離器底部通過第二立管連接燃料反應(yīng)器，第二旋風(fēng)分離器頂部出口連接再熱器；燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器下端通過返料管相連；

超臨界CO₂循環(huán)發(fā)電單元包括透平、第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)、再熱器、冷凝器、省煤器，第二壓縮機(jī)出口氣體分為兩條支路即第五支路⑤、第六支路⑥，第五支路⑤通過省煤器連接水冷壁進(jìn)水口，第六支路⑥通過換熱器連接過熱器，水冷壁出口、過熱器出口、第五支路⑤、第六支路⑥匯合連接透平的高壓缸；透平中部抽汽管路經(jīng)過再熱器后連接透平的中壓缸；透平出口管道經(jīng)過省煤器后分為第三支路③和第四支路④，第三支路③連接壓縮機(jī)入口，壓縮機(jī)出口匯合第六支路⑥連接過熱器，第四支路④連接冷凝器，冷凝器出口連接壓縮機(jī)；

CO₂捕集單元包括換熱器過熱器、空氣預(yù)熱器、換熱器和壓縮機(jī)，過熱器出口分為第一支路①、第二支路②，第一支路①連接給煤管路相連，第二支路②與空氣預(yù)熱器相連，空氣預(yù)熱器出口與CO₂壓縮機(jī)相連，CO₂壓縮機(jī)出口連接換熱器；

燃料被第一支路①的CO₂和H₂O預(yù)熱后，被CO₂送入燃料反應(yīng)器；空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入空氣反應(yīng)器。

所述燃料反應(yīng)器處于鼓泡流態(tài)化，采用CO₂作為流化介質(zhì)，空氣反應(yīng)器處于快速流化態(tài)，采用空氣為流化介質(zhì)。