[發明專利]煤超臨界水熱燃燒與超臨界二氧化碳循環耦合的發電系統

在審

• 申請號: 201810568234.4
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108952865A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 李照志;鐘文琪;劉雪嬌;邵應娟
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K23/06;F01K21/04;F01K21/00;F01K27/00;F01K13/00;F01D15/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李瑤

本發明公開了一種煤超臨界水熱燃燒與超臨界二氧化碳循環耦合的發電系統，該發電系統包括煤的超臨界水熱燃燒反應裝置、超臨界二氧化碳循環發電裝置和輔助加熱裝置；該發電系統中，煤的超臨界水熱燃燒反應裝置和輔助加熱裝置提供熱源，超臨界二氧化碳循環發電裝置中的超臨界二氧化碳為循環工質。本發明以超臨界二氧化碳為循環工質，煤超臨界水熱燃燒為主要熱源，甲烷燃燒產生的熱量為輔助熱源，并通過能量梯級利用，促進煤電高效轉化，綜合實現燃煤高效發電的同時實現硫氧化物、氮氧化物、粉塵等污染物及二氧化碳溫室氣體的零排放。

技術領域

本發明屬于煤的清潔燃燒發電領域，特別涉及一種煤超臨界水熱燃燒與超臨界二氧化碳循環耦合的發電系統。

背景技術

煤炭是我國乃至世界范圍內最重要的化石燃料之一，它的清潔高效利用是實現我國經濟與環境可持續發展戰略的關鍵，而煤的清潔高效發電則又是其中的重中之重。針對當前燃煤火電機組能耗較高，污染物排放量大，脫除成本高，并且是二氧化碳等溫室氣體的主要排放源之一的現狀，積極探索和發展高效清潔低碳的燃煤發電技術十分必要。

煤的超臨界水熱燃燒是一種利用煤和氧化劑在超臨界水中發生有火焰燃燒反應的新型煤燃燒技術。與煤的常規燃燒技術相比，煤的超臨界水熱燃燒無硫氧化物、氮氧化物、粉塵產生，二氧化碳捕集成本低等優勢，不需脫硫、脫硝、除塵等末端裝置即可實現污染物的源頭控制，并可實現二氧化碳的低成本捕集和零排放，具有優越的環保性能和經濟效益。

以超臨界二氧化碳為工質的閉式布雷頓循環在同等參數條件下可實現比蒸汽朗肯循環更高的循環效率，近年來受到國內外的廣泛關注。超臨界二氧化碳循環具有在臨界點附近壓縮功小，流動和傳熱特性良好，透平機械體積成倍縮小，系統結構緊湊，占地面積小等優勢。將超臨界二氧化碳循環應用于煤基發電，系統效率和經濟效益提升潛力較大。

公開號為CN103925587B的專利公開了一種燃煤的超臨界水熱燃燒發電裝置，所述系統仍采用以水蒸汽為循環工質的傳統朗肯循環，存在工質參數低，發電效率低等不足；公開號為CN105604618A的專利公開了一種超臨界水煤粉直接氧化復合工質循環發電系統及方法，依靠超臨界水反應器出口高溫高壓反應流體直接推動汽輪機做功發電，未負載間接加熱的動力循環。

發明內容

發明目的：針對當前燃煤火電機組能耗較高，污染物排放量大，脫除成本高，并且是二氧化碳等溫室氣體的主要排放源之一的問題，提供一種以超臨界二氧化碳為循環工質，煤超臨界水熱燃燒為主要熱源，甲烷燃燒產生的熱量為輔助熱源的燃煤發電系統，并通過能量梯級利用，促進煤電高效轉化，綜合實現燃煤高效發電的同時實現硫氧化物、氮氧化物、粉塵等污染物及二氧化碳溫室氣體的零排放。

技術方案：本發明提供一種煤超臨界水熱燃燒與超臨界二氧化碳循環耦合的發電系統，該發電系統包括煤的超臨界水熱燃燒反應裝置、超臨界二氧化碳循環發電裝置和輔助加熱裝置；該發電系統中，煤的超臨界水熱燃燒反應裝置和輔助加熱裝置提供熱源，超臨界二氧化碳循環發電裝置中的超臨界二氧化碳為循環工質。

煤的超臨界水熱燃燒反應裝置包括水煤漿儲罐、高壓水煤漿泵、第一換熱器、第二換熱器、超臨界水熱燃燒反應器、循環水泵、第三換熱器、第四換熱器、二氧化碳分離器和氧氣輸送組件，第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器和第四換熱器分別包括高溫側和低溫側；水煤漿儲罐、高壓水煤漿泵、第一換熱器低溫側、第二換熱器低溫側、超臨界水熱燃燒反應器、第三換熱器高溫側、第四換熱器高溫側以及二氧化碳分離器依次相連通，氧氣輸送組件的氧氣輸出口與超臨界水熱燃燒反應器的燃料入口相連通。第二換熱器高溫側、第三換熱器低溫側和循環水泵相連通形成循環水回路，煤燃燒過程中產生的灰渣落入灰渣收集器。超臨界二氧化碳循環發電裝置與煤的超臨界水熱燃燒反應裝置通過超臨界水熱燃燒反應器相耦合。