[發明專利]一種純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電系統及方法

在審

• 申請號: 201910183228.1
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109854321A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 鄭開云;黃志強
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院有限責任公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K7/32;F01D15/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

本發明提供了一種純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電系統及方法，包括：二氧化碳泵、中間冷卻器、回熱器、透平、發電機、預熱器、純氧燃燒鍋爐、除塵器、冷卻器、水分離器、冷凝器、不凝氣體分離器、燃料供給裝置、氧氣供給裝置等。將燃燒室布置到透平排氣口下游，產生的熱量傳遞給透平排氣工質和燃燒產物氣體的混合氣，通過回熱器將此熱量傳遞給透平進氣，混合氣冷卻后將二氧化碳與水、不凝氣體進行分離和處置，燃燒產生的多余二氧化碳直接捕集。本發明系統能量利用率高，純氧燃燒鍋爐的燃燒熱量得到充分利用，并且循環系統發電效率高；系統無煙囪，并可100％捕集二氧化碳，方便地處理排放的氮氧化物、硫氧化物污染氣體。

技術領域

本發明涉及一種純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電系統，屬于動力循環技術領域。

背景技術

超臨界二氧化碳動力循環是當前的研究熱點，其循環效率高，用途廣，被認為具有良好的應用前景。超臨界二氧化碳動力循環可分為兩類：一類采用直燃加熱方式，超臨界二氧化碳在燃燒器中被燃氣直接加熱至高溫，燃燒產物在透平出口后的處理工藝中排放或收集；另一類采用間接加熱方式，超臨界二氧化碳由主加熱器加熱至高溫，主加熱器可由燃料燃燒、聚光太陽能熱、核能等多種方式提供熱量。由于直燃加熱可以獲得高的初參數，加上超臨界二氧化碳循環所采用的回熱、臨界點附近壓縮減少耗功等方法，使直燃加熱循環具有遠高于間接加熱循環的熱效率，并且可以直接捕碳。但是，直燃加熱的超臨界二氧化碳循環不宜采用煤炭或其它的固體燃料，主要問題是燃燒產生的固體顆粒物會進入到透平，可能導致透平失效。

如何充分利用在二氧化碳氣氛下燃料純氧燃燒的捕碳優勢和超臨界二氧化碳循環的效率優勢，并且避免固體顆粒物損傷透平，是本領域技術人員致力于解決的難題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：如何充分發揮純氧燃燒直接加熱的捕碳優勢和超臨界二氧化碳循環的效率優勢，構建新型高效的純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電系統。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電系統，其特征在于包括：第一二氧化碳泵，第一二氧化碳泵出口連接中間冷卻器進口，中間冷卻器出口連接第二二氧化碳泵進口，第二二氧化碳泵出口連接低溫回熱器低溫側進口，低溫回熱器低溫側出口連接高溫回熱器低溫側進口，高溫回熱器低溫側出口連接透平進口，透平連接發電機，透平出口連接預熱器低溫側進口，預熱器低溫側出口連接純氧燃燒鍋爐工質進口，燃料供給裝置和氧氣供給裝置分別連接純氧燃燒鍋爐燃料進口和氧氣進口，純氧燃燒鍋爐工質出口連接除塵器進口，除塵器出口連接高溫回熱器高溫側進口，高溫回熱器高溫側出口連接預熱器高溫側進口，預熱器高溫側出口連接低溫回熱器高溫側進口，低溫回熱器高溫側出口連接冷卻器進口，冷卻器出口連接水分離器進口，水分離器出口連接冷凝器進口，冷凝器出口連接不凝氣體分離器進口，不凝氣體分離器出口連接第一二氧化碳泵進口。

優選地，所述燃料供給裝置提供煤炭或其它固體燃料。

本發明還提供了一種純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電方法，采用上述的純氧燃燒超臨界二氧化碳循環發電系統，步驟為：液態二氧化碳工質經第一二氧化碳泵增壓后，經中間冷卻器冷卻后，進入第二二氧化碳泵進一步增壓，再經低溫回熱器和高溫回熱器吸熱，然后進入透平膨脹做功推動發電機產生電力，透平排氣進入預熱器加熱，再進入純氧燃燒鍋爐被燃料和氧氣燃燒加熱，形成的混合工質進入除塵器除塵，然后依次進入高溫回熱器、預熱器、低溫回熱器釋放熱量，再經冷卻器冷卻，進入水分離器除濕，再進入冷凝器將二氧化碳凝結成液態，然后經不凝氣體分離器將不凝氣體排出至處理環節，液體的二氧化碳回到第一二氧化碳泵。

優選地，所述處理環節中，燃燒產生的多余二氧化碳排出后收集。

優選地，所述第一二氧化碳循環泵出口壓力為15～25MPa。

優選地，所述第二二氧化碳循環泵出口壓力為25～40MPa。

優選地，所述透平的進氣溫度為600～850℃。