CN107503810B - 一种近零排放动力循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种近零排放动力循环系统，由给水泵、高压加热器、直燃锅炉、高压透平、高压燃烧器、中压透平、低压燃烧器、低压透平、发电机、除氧器、低压加热器、凝汽器、凝结水泵、抽气器、排水口、氧气压缩机、燃料压缩机等组成。采用纯氧燃烧，可实现近零排放，循环热效率高，集成现有成熟技术，研发投入较少，硬件成本较低。

Description

一种近零排放动力循环系统

技术领域

本发明涉及一种近零排放动力循环系统，属于热能动力循环技术领域。

背景技术

零排放动力循环可杜绝化石能源发电过程产生的温室气体或有害气体的排放，彻底解决电力生产带来的环境问题。基于纯氧燃烧技术的动力循环系统是目前研究的热点和发展主流，可以实现完全的零排放。从理论角度，同时可用于纯氧燃烧循环和动力循环的工质，有两种选择，对应两种燃烧产物，水和二氧化碳。以水为工质的动力循环(朗肯循环)发展历史悠久、应用最为广泛，水工质零排放动力循环可在传统的蒸汽朗肯循环的基础上进一步研发。以二氧化碳为工质的动力循环发展潜力较大，但属于前沿技术，尚处于初期研发阶段，几乎没有实际应用业绩。

现有的蒸汽朗肯循环采用间接加热，蒸汽温度难以提高到燃气轮机的水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种近零排放的高效率动力循环系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种近零排放动力循环系统，其特征在于，包括给水泵，给水泵出口连接高压加热器高压侧进口，高压加热器高压侧出口连接直燃锅炉高压侧进口；直燃锅炉高压侧出口连接高压透平进汽口；高压透平排汽口连接高压燃烧器进口，高压燃烧器出口连接中压透平进汽口，中压透平排汽口连接直燃锅炉低压侧进口；直燃锅炉低压侧出口连接低压燃烧器进口，低压燃烧器出口连接低压透平进汽口，低压透平排汽口连接高压加热器低压侧进口，高压加热器低压侧出口连接除氧器低压侧进口，除氧器低压侧出口连接低压加热器低压侧进口，低压加热器低压侧出口连接凝汽器蒸汽进口，凝汽器凝结水出口连接凝结水泵进口，凝结水泵出口一方面连接排水口，另一方面连接低压加热器进水口，凝汽器的抽气口与抽气器相连；

高压燃烧器与氧气压缩机和燃料压缩机相连。

优选地，所述高压透平、中压透平、低压透平同轴布置，并且与发电机同轴相连。

优选地，所述高压燃烧器、低压燃烧器、直燃锅炉的燃料为天然气、合成气、或燃油。

本发明将现有的蒸汽朗肯循环变为直接燃烧加热的方式，蒸汽温度大幅提高。考虑到汽轮机高压缸进汽压力较高，不易实现高压燃烧室的开发，本发明采用高压缸和中压缸排汽直接燃烧加热提高蒸汽温度，并借鉴燃气轮机技术，从而提高循环的热效率。因此，本发明提供的以水为工质的纯氧燃烧直接加热的动力循环可以实现近零排放和高效双重效果。

本发明基于现有的成熟技术，包括汽轮机、燃气轮机技术，有利于降低研发投入。通过将这些技术集成，实现近零排放和高效率。

与现有技术相比，本发明提供的一种近零排放动力循环系统具有如下有益效果：

1、采用纯氧燃烧直接加热，不会产生NOx气体，排放的二氧化碳气体不需要与其它气体分离，可直接进行储存处理。

2、循环的热效率高，当循环最高温度选择1200℃以上时，并且扣除空分系统和二氧化碳储存的能耗，循环热效率可达50％以上。

3、集成现有成熟技术，设备改型和新研发投入小，硬件成本较低。

附图说明

图1为本实施例提供的一种近零排放动力循环系统示意图；

其中：

1-给水泵，2-高压加热器，3-直燃锅炉，4-高压透平，5-高压燃烧器，6-中压透平，7-低压燃烧器，8-低压透平，9-发电机，10-除氧器，11-低压加热器，12-凝汽器，13-凝结水泵，14-抽气器，15-排水口，16-氧气压缩机，17-燃料压缩机。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实施例提供的一种近零排放动力循环系统示意图，所述的近零排放动力循环系统由给水泵1、高压加热器2、直燃锅炉3、高压透平4、高压燃烧器5、中压透平6、低压燃烧器7、低压透平8、发电机9、除氧器10、低压加热器11、凝汽器12、凝结水泵13、抽气器14、排水口15、氧气压缩机16、燃料压缩机17等组成。

给水泵1，用于液态水工质的增压和流体输送；

高压加热器2，用低压透平排汽给液态水工质加热；

直燃锅炉3，燃料和氧气直接注入其中，燃料直接在中压透平6排汽的气氛中燃烧，加热并气化液态水工质，并加热过热蒸汽；

高压透平4，与中压透平6和低压透平8和发电机9同轴，做功后的排汽进入高压燃烧器5；

高压燃烧器5，与氧气压缩机16和燃料压缩机17相连，燃料和氧气增压后注入其中，燃料直接在高压透平4排汽的气氛中燃烧，用于加热高压透平4的排汽；

中压透平6，与高压透平4和低压透平8和发电机9同轴，做功后的排汽进入直燃锅炉3；

低压燃烧器7，燃料和氧气直接注入其中，燃料直接在直燃锅炉3排汽的气氛中燃烧，用于加热直燃锅炉3的排汽；

低压透平8，与高压透平4和中压透平6和发电机9同轴，做功后的排汽依次进入高压加热器2、除氧器10、低压加热器11，最后进入凝汽器12；

发电机9，用于将高压透平4、中压透平6、低压透平8的轴功转变为电能；

除氧器10，用低压透平8排汽给液态水工质加热，从而除去水中的溶解氧；

低压加热器11，用低压透平排汽给液态水工质加热；

凝汽器12，将低压透平8排汽凝结成液态水；

凝结水泵13，将凝结水送往低压加热器11；

抽气器14，将二氧化碳气体及其它未溶气体抽出，并维持凝汽器12真空度；

排水口15，将循环回路中多余的水排出；

氧气压缩机16，用于将氧气增压后输入高压燃烧器5；

燃料压缩机17，用于将燃料增压后输入高压燃烧器5。

各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，管道上可布置阀门、仪表。组成系统的其它部分还有辅助设施、电气系统、控制系统等。

本实施例提供的一种近零排放动力循环系统使用时的具体步骤如下：

以天然气作为燃料。液态水工质经给水泵1增压，例如：增压至30MPa，然后进入高压加热器2加热，例如：升温至280℃，再进入直燃锅炉3气化并过热，例如：至600℃，高温高压蒸汽进入高压透平4做功发电，蒸汽工质压力降低，例如：3MPa，高压透平4排汽进入高压燃烧器5加热，例如：至1300℃，然后混合工质进入中压透平6做功发电，工质压力进一步降低，例如：至0.1MPa，中压透平6排汽进入直燃锅炉3加热并将热量传递给来自高压加热器2的水工质，直燃锅炉3排出的工质再经低压燃烧器7加热升温，例如：至1300℃，再进入低压透平8做功发电，排出的工质经高压加热器2、除氧器10、低压加热器11，进入凝汽器12，抽气器14抽走二氧化碳及其它未溶气体，可送往二氧化碳压缩储存装置处理，凝结水通过凝结水泵13增压并送往低压加热器11，一部分多余的水通过排水口15排出，低压加热器11预热后的水经除氧器10除氧，最后进入给水泵1。

由于采用纯氧燃烧，不会产生NO_x气体，排放的二氧化碳气体纯度较高，基本不需要与其它气体分离，可直接进行储存处理，循环除排放一部分水外，污染物质排放几乎为零，所以可实现近零排放。循环的本身热效率可达60％以上，扣除空分系统和二氧化碳储存的能耗，循环热效率可达50％以上。整个系统基本上均为现有成熟技术的集成，研发投入较少，硬件成本较低。

Claims (3)

1.一种近零排放动力循环系统，其特征在于，包括给水泵(1)，给水泵(1)出口连接高压加热器(2)高压侧进口，高压加热器(2)高压侧出口连接直燃锅炉(3)高压侧进口；直燃锅炉(3)高压侧出口连接高压透平(4)进汽口；高压透平(4)排汽口连接高压燃烧器(5)进口，高压燃烧器(5)出口连接中压透平(6)进汽口，中压透平(6)排汽口连接直燃锅炉(3)低压侧进口；直燃锅炉(3)低压侧出口连接低压燃烧器(7)进口，低压燃烧器(7)出口连接低压透平(8)进汽口，低压透平(8)排汽口连接高压加热器(2)低压侧进口，高压加热器(2)低压侧出口连接除氧器(10)低压侧进口，除氧器(10)低压侧出口连接低压加热器(11)低压侧进口，低压加热器(11)低压侧出口连接凝汽器(12)蒸汽进口，凝汽器(12)凝结水出口连接凝结水泵(13)进口，凝结水泵(13)出口一方面连接排水口(15)，另一方面连接低压加热器(11)进水口，凝汽器(12)的抽气口与抽气器(14)相连；

高压燃烧器(5)与氧气压缩机(16)和燃料压缩机(17)相连。

2.如权利要求1所述的一种近零排放动力循环系统，其特征在于，所述高压透平(4)、中压透平(6)、低压透平(8)同轴布置，并且与发电机同轴相连。

3.如权利要求1所述的一种近零排放动力循环系统，其特征在于，所述高压燃烧器(5)、低压燃烧器(7)、直燃锅炉(3)的燃料为天然气、合成气、或燃油。