[發明專利]分流再壓縮純氧燃燒循環系統

有效

• 申請號: 202210079459.X
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114382562B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 任曉棟;胡博;李雪松;顧春偉;余世達
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F01K21/04
• 分類號: F01K21/04;F01K9/00;F02B29/04
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

提供了一種以純氧為助燃劑的分流再壓縮純氧燃燒循環系統，燃燒室、燃氣透平、余熱鍋爐、第一低壓壓氣機、第一中冷器以及第一高壓壓氣機依次串聯，低壓蒸汽透平、冷凝器、冷凝水泵、除氧器以及給水泵依次串聯，余熱鍋爐的熱端出口側連接低壓蒸汽透平的高溫入口側和第一低壓壓氣機的入口側，使從余熱鍋爐的熱端出口側流出的工質分流，給水泵的液體出口側連接余熱鍋爐的冷端入口側，在余熱鍋爐的冷端出口側與燃燒室的入口側之間設有高壓蒸汽透平，高壓蒸汽透平的低溫出口側與第一中冷器的冷端入口側以及燃氣透平分別連接，第一中冷器的冷端出口側連接燃燒室的入口側，熱端入口側連接第一低壓壓氣機的出口側，熱端出口側連接第一高壓壓氣機的入口側。

技術領域

本申請涉及循環發電領域，且特別涉及控制溫室氣體排放技術裝備，碳減排技術裝備、碳捕捉及碳封存技術及利用系統，本申請還涉及氫能發電，具體涉及一種分流再壓縮純氧燃燒循環系統。

背景技術

現有的燃煤電廠、燃氣-蒸汽聯合循環電廠雖然能夠保證穩定的電力供應，但是上述電廠的循環發電系統目前普遍采用空氣作為助燃劑，在這種情況下，由于工質中除了CO₂還存在其他類型的氣體，例如氮氣等，因此在采用碳捕集、封存利用措施來進行脫碳時工序復雜，對系統效率產生很大的影響且成本較高。

另一方面，在傳統的燃氣-蒸汽聯合循環發電系統中，頂循環(燃氣發電)中流動的工質與底循環(蒸汽發電)中流動的工質通常是分開運行的，僅僅在余熱鍋爐處進行熱交換，在這種情況下換熱損失較大，能源利用效率較低。

因此，亟需一種面向未來發電系統的先進熱力循環形式，其在滿足高能源利用效率、穩定運行的同時，最大化減小碳排放，甚至實現近零排放，用于電力托底，保證電力穩定供應。

發明內容

鑒于上述現有技術的狀態而做出本申請。本申請的目的在于提供一種分流再壓縮純氧燃燒循環系統，其能夠通過簡單的氣液分離結構分離出目標排出氣體，并且將蒸汽循環和燃氣循環有機結合，以能量梯級利用的原則來減小換熱損失，提高了能源利用效率。

為此，本申請采用如下的技術方案。

提供一種分流再壓縮純氧燃燒循環系統，其是將純氧作為助燃劑的循環發電系統，將燃燒室、燃氣透平、余熱鍋爐、第一低壓壓氣機、第一中冷器以及第一高壓壓氣機依次串聯成供工質流通的流路，將低壓蒸汽透平、冷凝器、冷凝水泵、除氧器以及給水泵依次串聯成用于氣液分離的流路，

所述余熱鍋爐的熱端出口側連接所述低壓蒸汽透平的高溫入口側和所述第一低壓壓氣機的入口側，使從所述余熱鍋爐的熱端出口側流出的工質分流，

所述給水泵的液體出口側連接所述余熱鍋爐的冷端入口側，在所述余熱鍋爐的冷端出口側與所述燃燒室的入口側之間的流路上設有高壓蒸汽透平，所述高壓蒸汽透平的低溫出口側與所述第一中冷器的冷端入口側以及所述燃氣透平分別連接，所述第一中冷器的冷端出口側連接所述燃燒室的入口側，熱端入口側連接所述第一低壓壓氣機的出口側，熱端出口側連接所述第一高壓壓氣機的入口側。

能夠通過冷凝器這類結構簡單的氣液分離結構分離出目標排出氣體，并且將包括各蒸汽透平的蒸汽循環和包括燃氣透平的燃氣循環有機結合，以能量梯級利用的原則來減小換熱損失，提高了能源利用效率。此外，通過如上所述地設置第一中冷器的位置，使第一中冷器的冷熱端溫差變小，進一步減小換熱損失。

在至少一個實施方式中，在所述高壓蒸汽透平與所述燃氣透平之間的流路上設有中壓蒸汽透平。

通過設置中壓蒸汽透平，當從高壓蒸汽透平流出的工質還存在較高的余壓時，可以利用中壓蒸汽透平進行二次膨脹做功，將熱能轉化為機械能以驅動發電機，從而可以更加高效地提高能源利用效率。

在至少一個實施方式中，當供給到所述燃燒室的燃料是氫氣時，在所述除氧器中進行除氧后的氣體直接向外部排出。