[實(shí)用新型]一種集成太陽能甲烷干式重整的富氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920141948.7
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN209586523U
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許誠;辛團(tuán)團(tuán);李少奎;陳遠(yuǎn)杭;王敏
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C6/00
• 分類號(hào): F02C6/00;F02C3/22;F01K7/32;F03G6/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本實(shí)用新型公開了屬于太陽能輔助火力發(fā)電領(lǐng)域的一種集成太陽能甲烷干式重整的富氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽能重整反應(yīng)器、多流換熱器、壓縮機(jī)、燃燒室、透平、回?zé)崞鳌⒖諝夥蛛x裝置等部分組成。在該系統(tǒng)中，聚集的高溫太陽能為甲烷二氧化碳催化重整反應(yīng)提供熱量，產(chǎn)生的合成氣富氧燃燒直接加熱驅(qū)動(dòng)超臨界二氧化碳發(fā)電，燃燒產(chǎn)物可從尾氣中分離；火力發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳可用于燃料合成，進(jìn)行資源化利用；系統(tǒng)通過增設(shè)多流換熱器、低壓透平，實(shí)現(xiàn)熱量和壓力的高效回收。該系統(tǒng)通過燃料側(cè)集成太陽能，可減少太陽能波動(dòng)對(duì)動(dòng)力循環(huán)的影響；同時(shí)通過富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)，實(shí)現(xiàn)碳基燃料發(fā)電零排放。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于太陽能輔助火力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種集成太陽能甲烷干式重整的富氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)，具體說是一種太陽能驅(qū)動(dòng)的甲烷與二氧化碳催化重整反應(yīng)集成于富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽能具有分布廣泛、儲(chǔ)量豐富、清潔可再生等優(yōu)良特性，被視為最有前景的綠色能源之一；同時(shí)，太陽能的波動(dòng)性、間歇性制約著太陽能的發(fā)展。將太陽能集成到火力發(fā)電被認(rèn)為是近中期一種高效利用太陽能熱的有效途徑。通常，太陽能通過加熱循環(huán)工質(zhì)(如給水、蒸汽、空氣等)的方式輔助火力發(fā)電，不僅可以達(dá)到較高的熱電轉(zhuǎn)化效率，而且能有效減小太陽能間歇性對(duì)電力輸出的影響；然而，太陽能的輸入份額受系統(tǒng)參數(shù)的制約，為提高太陽能輸入份額，往往需要復(fù)雜的系統(tǒng)調(diào)節(jié)措施或高效的儲(chǔ)能手段。從燃料側(cè)集成太陽能有望進(jìn)一步增加太陽能的輸入份額，并且通過燃料對(duì)太陽能進(jìn)行穩(wěn)定的化學(xué)儲(chǔ)能，減少太陽能波動(dòng)性對(duì)動(dòng)力循環(huán)熱力性能的影響。

甲烷二氧化碳重整反應(yīng)，又稱為甲烷干式重整，是一個(gè)高強(qiáng)度吸熱的過程，為太陽能燃料側(cè)集成提供了條件。甲烷干式重整是在高溫催化條件下，天然氣的主要成分甲烷與二氧化碳發(fā)生重整反應(yīng)，生成高熱值合成氣；太陽能驅(qū)動(dòng)重整反應(yīng)可有效轉(zhuǎn)化成合成氣中穩(wěn)定的化學(xué)能，并可通過高參數(shù)的動(dòng)力循環(huán)進(jìn)行高效利用。將甲烷二氧化碳重整產(chǎn)生的合成氣用于傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，雖然可以達(dá)到較高的能量利用效率，并且由于太陽能的輸入可有效降低碳排放；但是仍然無法避免二氧化碳及其他污染物的排放，而且甲烷干式重整反應(yīng)需要二氧化碳作為反應(yīng)物，往往需要增加額外的捕碳設(shè)備。

富氧燃燒直接加熱驅(qū)動(dòng)的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)可從排氣中直接分離獲取二氧化碳，實(shí)現(xiàn)碳基燃料零排放發(fā)電。在該動(dòng)力循環(huán)中，含碳燃料與氧氣燃燒，直接加熱超臨界二氧化碳，產(chǎn)生的高溫高壓煙氣進(jìn)入透平做功發(fā)電，透平排氣通過回?zé)崞鳌⒗鋮s器等降溫冷卻，分離出燃燒產(chǎn)生的水分及酸性氣體；脫水后的高濃度二氧化碳通過壓縮機(jī)加壓后可方便的分離出燃燒產(chǎn)生的二氧化碳。該動(dòng)力循環(huán)無需復(fù)雜的捕碳設(shè)備，采用富氧燃燒方式實(shí)現(xiàn)碳基燃料發(fā)電零排放；并且利用超臨界二氧化碳在臨界點(diǎn)附近壓縮耗功小以及采用回?zé)崾侄危岣甙l(fā)電效率。若直接加熱的超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)與太陽能驅(qū)動(dòng)的甲烷干式重整集成，不僅可在保證高效發(fā)電的前提下實(shí)現(xiàn)零排放，而且動(dòng)力循環(huán)產(chǎn)生的二氧化碳可以作為甲烷重整燃料合成的原料，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的資源化利用；由此提高可再生能源的發(fā)電比例，降低化石能源消耗，實(shí)現(xiàn)碳基燃料發(fā)電零排放。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種集成太陽能甲烷干式重整的富氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，混合器通過多流換熱器左側(cè)換熱管與太陽能重整反應(yīng)器連接，太陽能重整反應(yīng)器又通過多流換熱器中間換熱管與合成氣冷卻器連接；合成氣冷卻器連接儲(chǔ)氣室與合成氣壓縮機(jī)；儲(chǔ)氣室通過合成氣壓縮機(jī)與燃燒室連接；空氣分離器通過氧氣壓縮機(jī)也與燃燒室連接；燃燒室與高壓透平、1號(hào)回?zé)崞饔覀?cè)回?zé)峁堋?號(hào)回?zé)崞饔覀?cè)回?zé)峁堋煔饫鋮s器、高壓酸液分離器、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)、2號(hào)回?zé)崞髯髠?cè)回?zé)峁堋?號(hào)回?zé)崞髯髠?cè)回?zé)峁艽?lián)形成回路；二氧化碳?jí)嚎s機(jī)又連接二氧化碳儲(chǔ)存室，并通過多流換熱器右側(cè)換熱管連接于1號(hào)回?zé)崞髯髠?cè)回?zé)峁芘c2號(hào)回?zé)崞髯髠?cè)回?zé)峁艿倪B接節(jié)點(diǎn)；1號(hào)回?zé)崞饔覀?cè)回?zé)峁芘c2號(hào)回?zé)崞饔覀?cè)回?zé)峁艿倪B接節(jié)點(diǎn)與低壓透平、低壓酸液分離器、混合器依次連接；高壓透平與低壓透平、發(fā)電機(jī)串聯(lián)；太陽能通過定日鏡投射到反射器上，然后聚集到太陽能重整反應(yīng)器。