CN105604618B - 超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法 - Google Patents

超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105604618B
CN105604618B CN201510997651.7A CN201510997651A CN105604618B CN 105604618 B CN105604618 B CN 105604618B CN 201510997651 A CN201510997651 A CN 201510997651A CN 105604618 B CN105604618 B CN 105604618B
Authority
CN
China
Prior art keywords
supercritical water
water
coal
pressure
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510997651.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105604618A (zh
Inventor
张乃强
蒋东方
韦丁萍
岳国强
曹琦
徐鸿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201510997651.7A priority Critical patent/CN105604618B/zh
Publication of CN105604618A publication Critical patent/CN105604618A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105604618B publication Critical patent/CN105604618B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
    • F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/02—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas

Abstract

本发明属于发电系统技术领域，特别涉及一种超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法。所述系统包括空气分离装置、空气压缩机、水煤浆储存罐、高压泵、超临界水反应器、固体排渣收集装置、分离器、颗粒物收集装置、高压汽轮机、低压汽轮机、抽气器、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和预热器。本发明充分利用了超临界水的强氧化特性，使燃煤在超临界水中直接发生氧化放热反应，提高了换热效率，整体发电效率可超过50％，且无任何污染物排放，环境效益好，是一种极具发展潜力的新型清洁煤利用发电技术。

Description

超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法
技术领域
本发明属于发电系统技术领域，特别涉及一种超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法。
背景技术
近年来，我国经济一直保持着较快的发展势头，与之相适应，电力工业也得到了蓬勃发展。在我国“富煤、贫油、少气”的现有条件下，煤炭仍将长期占据我国能源结构的主体地位。但传统燃煤发电效率低、污染严重，与当前电力行业绿色经济的要求不符，同时现役及新建机组的脱硫、脱硝、除尘设备投资巨大，加装二氧化碳捕捉设备使净发电效率降低5％以上，燃煤发电机组的经济效益降低。
为此，寻求一种低污染、零排放、高效率的先进燃煤发电系统对于能源的高效利用、环境的可持续发展意义重大。燃煤在超临界水中直接氧化放热的超临界发电系统充分利用了超临界水的强氧化特性，使水煤浆在超临界反应器中直接燃烧放热，改变了传统锅炉通过煤粉燃烧加热给水的换热方式，提高了换热效率，同时燃烧后形成的CO2与超临界水充分混合，作为循环双工质直接推动汽轮机做功，实现了CO2零排放。
超临界水(Supercritical Water，SCW)指的是温度和压力均超过其临界点(Tc＝374.15℃，Pc＝22.15MPa)的水。超临界水的密度、黏度、离子积和介电常数明显下降，扩散系数较高，传质性能好，与非极性气体和烃类物质完全互溶，盐类溶解度很低。超临界水分离成H+(酸)和OH-(碱)分子，同时为强酸和强碱的物质，能快速破解有机聚合物中的弱链，利用此特性可使煤中有机物直接氧化放出热量，同时生成小分子物质。
发明内容
本发明提供了一种超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法，具体技术方案如下：
所述发电系统中，空气分离装置1、空气压缩机2和超临界水反应器5顺次相连，水煤浆储存罐3、高压泵4和超临界水反应器5顺次相连；超临界水反应器5的过热蒸汽出口与分离器7进口连接，抽气出口与预热器18蒸汽侧进口连接，超临界水反应器5底部出口与固体排渣收集装置6连接；
分离器7、高压汽轮机9、低压汽轮机10、凝汽器12、凝结水泵13、低压加热器14、除氧器15、给水泵16、高压加热器17和预热器18顺次相连；凝汽器12的排气口与抽气器11连接；
高压加热器17疏水出口与除氧器15连接；预热器18疏水出口与除氧器15连接；
分离器7底部出口与颗粒物收集装置8连接。
利用如上所述的发电系统进行燃煤超临界发电的方法，具体步骤如下：
空气经空气分离装置1，将氧气分离出来；氧气经空气压缩机2加压至30MPa后，作为氧化剂进入超临界水反应器5中；制备好的水煤浆进入水煤浆储存罐3中，由高压泵4加压至30MPa后，作为燃料进入超临界反应器5中，水煤浆与氧气在超临界水环境中直接发生氧化放热反应，生成无污染的H2O、CO2、N2、固态灰渣与无机盐类；
固态灰渣与无机盐类通过减压阀，收集到固体排渣收集装置6中；水煤浆氧化反应放出的热量用于加热预热器18内的给水，经过换热后，超临界反应器5出口的工质为CO2和超临界水形成的混合工质，参数为600℃、30MPa；混合工质进入分离器7中进一步分离出工质内的悬浮颗粒，悬浮颗粒通过减压阀进入颗粒物收集装置8中进行收集储存；
经过净化后的CO2、超临界水混合工质进入高压汽轮机9中膨胀做功；为达到能量的梯级利用，混合工质由高压汽轮机9出口进入低压汽轮机10进一步膨胀做功；低压汽轮机10出口的混合工质进入凝汽器12进行冷凝，混合工质中的蒸汽经换热冷凝后形成凝结水进入凝结水泵13，混合工质中CO2通过抽气器11进入碳捕捉装置直接封存；凝结水通过凝结水泵13进入低压加热器14进行加热，低压加热器14的热源来自低压汽轮机10的抽汽；低压加热器14出口的给水进入除氧器15中进一步加热；除氧器15出口的给水进入给水泵16升压至30MPa；给水进入高压加热器17进一步加热，高压加热器17的热源来自高压汽轮机9的抽汽；高压加热器17出口给水进入预热器18进一步加热，使参数达到380℃、30MPa的超临界态，预热器18的热源来自超临界反应器5的抽汽；预热器18出口的超临界水进入超临界反应器5中，吸收水煤浆氧化放热反应放出的热量，与水煤浆氧化反应生成的H2O、CO2，形成CO2和超临界水的混合工质，进入分离器7中，完成一个循环。
本发明以超临界水为介质，在超临界反应器中水煤浆直接发生氧化放热反应。一方面，碳元素与氢元素生成无污染的气态产物CO2、H2O进入汽轮机做功，硫元素转化为SO4 2-、氮元素主要转化为N2，煤中的金属元素生成稳定的无机盐类，相对于传统燃煤发电而言，由于燃烧温度低，几乎不生成污染物SOX、NOX；另一方面，有机物与氧化剂在超临界水环境下形成均相反应体系，消除了二者之间的传质阻力，反应速度大大增加。超临界CO2与超临界水形成均相的复合工质推动新型汽轮机做功。做功后在凝汽器中使用抽气器将不凝结的纯CO2直接抽出后封存，节省了大量CCS耗费的能量，实现了碳的零排放。凝结水重新进入回热系统，开始新的循环。
本发明充分利用了超临界水的强氧化特性，使燃煤在超临界水中直接发生氧化放热反应，水煤浆直接氧化生成的N2、CO2、H2O产物循环做功，提高了换热效率，整体发电效率可超过50％。
CO2在凝汽器后实现了直接封存，水煤浆产生的固态灰渣与无机盐类则通过固态排渣装置进行了收集，无任何污染物排放，环境效益好，是一种极具发展潜力的新型清洁煤利用发电技术。
附图说明
图1为本发明所述的超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统的结构示意图；
图中各标号的具体含义如下：1-空气分离装置，2-空气压缩机，3-水煤浆储存罐，4-高压泵，5-超临界水反应器，6-固体排渣收集装置，7-分离器，8-颗粒物收集装置，9-高压汽轮机，10-低压汽轮机，11-抽气器，12-凝汽器，13-凝结水泵，14-低压加热器，15-除氧器，16-给水泵，17-高压加热器，18-预热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明所述的发电系统中，空气分离装置1、空气压缩机2和超临界水反应器5顺次相连，水煤浆储存罐3、高压泵4和超临界水反应器5顺次相连；超临界水反应器5的过热蒸汽出口与分离器7进口连接，抽气出口与预热器18蒸汽侧进口连接，超临界水反应器5底部出口与固体排渣收集装置6连接；
分离器7、高压汽轮机9、低压汽轮机10、凝汽器12、凝结水泵13、低压加热器14、除氧器15、给水泵16、高压加热器17和预热器18顺次相连；凝汽器12的排气口与抽气器11连接；
高压加热器17疏水出口与除氧器15连接；预热器18疏水出口与除氧器15连接；
分离器7底部出口与颗粒物收集装置8连接。
利用如上所述的发电系统进行燃煤超临界发电的具体步骤如下：
空气经空气分离装置1，将氧气分离出来；氧气经空气压缩机2加压至30MPa后，作为氧化剂进入超临界水反应器5中；制备好的水煤浆进入水煤浆储存罐3中，由高压泵4加压至30MPa后，作为燃料进入超临界反应器5中，水煤浆与氧气在超临界水环境中直接发生氧化放热反应，生成无污染的H2O、CO2、N2、固态灰渣与无机盐类；
固态灰渣与无机盐类通过减压阀，收集到固体排渣收集装置6中；水煤浆氧化反应放出的热量用于加热预热器18内的给水，经过换热后，超临界反应器5出口的工质为CO2和超临界水形成的混合工质，参数为600℃、30MPa；混合工质进入分离器7中进一步分离出工质内的悬浮颗粒，悬浮颗粒通过减压阀进入颗粒物收集装置8中进行收集储存；
经过净化后的CO2、超临界水混合工质进入高压汽轮机9中膨胀做功；为达到能量的梯级利用，混合工质由高压汽轮机9出口进入低压汽轮机10进一步膨胀做功；低压汽轮机10出口的混合工质进入凝汽器12进行冷凝，混合工质中的蒸汽经换热冷凝后形成凝结水进入凝结水泵13，混合工质中CO2通过抽气器11进入碳捕捉装置直接封存；凝结水通过凝结水泵13进入低压加热器14进行加热，低压加热器14的热源来自低压汽轮机10的抽汽；低压加热器14出口的给水进入除氧器15中进一步加热；除氧器15出口的给水进入给水泵16升压至30MPa；给水进入高压加热器17进一步加热，高压加热器17的热源来自高压汽轮机9的抽汽；高压加热器17出口给水进入预热器18进一步加热，使参数达到380℃、30MPa的超临界态，预热器18的热源来自超临界反应器5的抽汽；预热器18出口的超临界水进入超临界反应器5中，吸收水煤浆氧化放热反应放出的热量，与水煤浆氧化反应生成的H2O、CO2，形成CO2和超临界水的混合工质，进入分离器7中，完成一个循环。

Claims (2)

1.一种超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统，其特征在于，所述系统中，空气分离装置(1)、空气压缩机(2)和超临界水反应器(5)顺次相连，水煤浆储存罐(3)、高压泵(4)和超临界水反应器(5)顺次相连；超临界水反应器(5)的过热蒸汽出口与分离器(7)进口连接，抽气出口与预热器(18)蒸汽侧进口连接，超临界水反应器(5)底部出口与固体排渣收集装置(6)连接；
分离器(7)、高压汽轮机(9)、低压汽轮机(10)、凝汽器(12)、凝结水泵(13)、低压加热器(14)、除氧器(15)、给水泵(16)、高压加热器(17)和预热器(18)顺次相连；凝汽器(12)的排气口与抽气器(11)连接；
高压加热器(17)疏水出口与除氧器(15)连接；预热器(18)疏水出口与除氧器(15)连接；
分离器(7)底部出口与颗粒物收集装置(8)连接。
2.利用权利要求1所述的发电系统进行燃煤超临界发电的方法，其特征在于，具体步骤如下：
空气经空气分离装置(1)，将氧气分离出来；氧气经空气压缩机(2)加压至30MPa后，作为氧化剂进入超临界水反应器(5)中；制备好的水煤浆进入水煤浆储存罐(3)中，由高压泵(4)加压至30MPa后，作为燃料进入超临界水反应器(5)中，水煤浆与氧气在超临界水环境中直接发生氧化放热反应，生成H2O、CO2、N2、固态灰渣与无机盐类；
固态灰渣与无机盐类通过减压阀，收集到固体排渣收集装置(6)中；水煤浆氧化反应放出的热量用于加热预热器(18)内的给水，经过换热后，超临界水反应器(5)出口的工质为CO2和超临界水形成的混合工质，参数为600℃、30MPa；混合工质进入分离器(7)中进一步分离出工质内的悬浮颗粒，悬浮颗粒通过减压阀进入颗粒物收集装置(8)中进行收集储存；经过净化后的CO2、超临界水混合工质进入高压汽轮机(9)中膨胀做功；为达到能量的梯级利用，混合工质由高压汽轮机(9)出口进入低压汽轮机(10)进一步膨胀做功；低压汽轮机(10)出口的混合工质进入凝汽器(12)进行冷凝，混合工质中的蒸汽经换热冷凝后形成凝结水进入凝结水泵(13)，混合工质中CO2通过抽气器(11)进入碳捕捉装置直接封存；凝结水通过凝结水泵(13)进入低压加热器(14)进行加热，低压加热器(14)的热源来自低压汽轮机(10)的抽汽；低压加热器(14)出口的给水进入除氧器(15)中进一步加热；除氧器(15)出口的给水进入给水泵(16)升压至30MPa；给水进入高压加热器(17)进一步加热，高压加热器(17)的热源来自高压汽轮机(9)的抽汽；高压加热器(17)出口给水进入预热器(18)进一步加热，使参数达到380℃、30MPa的超临界态，预热器(18)的热源来自超临界水反应器(5)的抽汽；预热器(18)出口的超临界水进入超临界水反应器(5)中，吸收水煤浆氧化放热反应放出的热量，与水煤浆氧化反应生成的H2O、CO2，形成CO2和超临界水的混合工质，进入分离器(7)中，完成一个循环。
CN201510997651.7A 2015-12-25 2015-12-25 超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法 Expired - Fee Related CN105604618B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510997651.7A CN105604618B (zh) 2015-12-25 2015-12-25 超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510997651.7A CN105604618B (zh) 2015-12-25 2015-12-25 超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105604618A CN105604618A (zh) 2016-05-25
CN105604618B true CN105604618B (zh) 2018-05-25

Family

ID=55984901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510997651.7A Expired - Fee Related CN105604618B (zh) 2015-12-25 2015-12-25 超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105604618B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107387180B (zh) * 2017-07-17 2019-08-20 浙江陆特能源科技股份有限公司 地层煤就地化浆供热系统及地层煤就地化浆发电供热的方法
CN107935287A (zh) * 2017-12-08 2018-04-20 陕西科技大学 一种超临界水氧化能量回收系统
CN108952865A (zh) * 2018-06-04 2018-12-07 东南大学 煤超临界水热燃烧与超临界二氧化碳循环耦合的发电系统
CN108977241B (zh) * 2018-08-07 2023-06-02 中国华能集团有限公司 一种带co2捕集的燃煤发电系统及方法
CN110283625A (zh) * 2019-06-26 2019-09-27 中国科学院工程热物理研究所 超临界水煤气化装置与方法
CN111412022B (zh) * 2020-03-24 2021-02-09 西安交通大学 控制可用能损失的煤炭超临界水气化发电系统及工作方法
CN111894689B (zh) * 2020-08-06 2021-07-09 西安交通大学 一种基于超临界水氧化的热-电-清洁水联产系统
CN113583714B (zh) * 2021-07-30 2022-08-30 西安热工研究院有限公司 一种超临界及其以上参数煤电机组耦合超临界水制氢系统及方法
CN115013102A (zh) * 2022-04-26 2022-09-06 成都科衡环保技术有限公司 一种煤炭清洁利用热力系统及其运行方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1789809A (zh) * 2005-12-20 2006-06-21 山东大学 一种超临界氧化内燃循环能量转换系统
CN102183152A (zh) * 2011-01-12 2011-09-14 浙江大学 钢铁企业伴生能源联合循环发电系统及发电方法
CN102518489A (zh) * 2012-01-06 2012-06-27 新奥科技发展有限公司 发电方法、用于气化生产能源产品和热发电的装置
CN103925587A (zh) * 2014-04-15 2014-07-16 太原理工大学 一种燃煤的超临界水热燃烧发电装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102817655A (zh) * 2012-09-06 2012-12-12 南京玖壹环境科技有限公司 错峰供电的综合能源管理系统及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1789809A (zh) * 2005-12-20 2006-06-21 山东大学 一种超临界氧化内燃循环能量转换系统
CN102183152A (zh) * 2011-01-12 2011-09-14 浙江大学 钢铁企业伴生能源联合循环发电系统及发电方法
CN102518489A (zh) * 2012-01-06 2012-06-27 新奥科技发展有限公司 发电方法、用于气化生产能源产品和热发电的装置
CN103925587A (zh) * 2014-04-15 2014-07-16 太原理工大学 一种燃煤的超临界水热燃烧发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105604618A (zh) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105604618B (zh) 超临界水煤粉直接氧化复合工质循环发电系统及方法
CN106195983B (zh) 燃煤超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统
CN103372371B (zh) 太阳能有机朗肯循环辅助燃煤发电进行碳捕集的系统装置
CN104399356B (zh) 一种二氧化碳捕集系统
CN103244214B (zh) 基于有机朗肯循环的烟气冷凝热回收热电联供系统
CN103372365A (zh) 水泥窑余热发电辅助二氧化碳捕集的系统装置
CN103272467A (zh) 一种改进的热集成的燃煤电站脱碳系统及脱碳方法
CN109057892B (zh) 一种塔槽结合太阳能光热与富氧燃煤机组耦合发电系统
CN206016977U (zh) 一种煤气化分布式能源系统
CN103353239A (zh) 改进型石灰窑废气余热发电系统及其发电方法
CN104456512A (zh) 利用CaO高温储热并捕集烟气中CO2的太阳能辅助燃煤发电系统
CN106194299B (zh) 一种碳捕集与超临界co2布雷顿循环耦合的发电系统
CN208918610U (zh) 超临界co2和燃煤电站脱碳集成及余热利用的发电系统
CN201884079U (zh) 利用煅烧车间导热油炉余热的汽轮发电机组回热系统
CN101949651A (zh) 干法水泥生产线的余热双压回收发电系统
CN103452670A (zh) 基于可再生能源的微型燃气轮机联合循环系统
CN205782806U (zh) 一种新型煤基超临界二氧化碳锅炉装置
CN109296413B (zh) 一种利用深层海水冷却的旁路二次再热发电装置及方法
CN203532054U (zh) 一种基于可再生能源的微型燃气轮机联合循环系统
CN103234213B (zh) 一种富氧燃烧热量利用的方法及装置
CN201417093Y (zh) 用于玻璃生产线的余热锅炉热回收系统
CN105156162B (zh) 一种超低温余热复合加热回收系统及回收方法
CN203258668U (zh) 一种富氧燃烧热量利用的装置
CN209875312U (zh) 适用于低温环境的热力发电系统
CN204261537U (zh) 一种为燃烧前co2捕集系统供应蒸汽的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180525

Termination date: 20181225

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee