CN109184915A - 一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统及方法 - Google Patents

一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统及方法 Download PDF

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周贤
李启明
钟迪
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    • F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps

Abstract

本发明提供的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统及方法，包括空气分离装置、燃烧器、透平和气体循环系统，其中，空气进入空气分离装置内进行气体分离，分离出的氧气从空气分离装置的出口进入燃烧器内，与燃烧器内的天然气一起燃烧，产生高温的超临界二氧化碳，高温的超临界二氧化碳从燃烧器的出口进入透平内进行做功发电；透平的排气出口通过气体循环系统再次进入燃烧器；该结构能够大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。

Description

一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统及方法
技术领域
本发明属于超临界二氧化碳发电技术领域，尤其涉及一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统及方法。
背景技术
能源和环境是人类社会发展面临的两大难题，不断提高发电机组效率是电力行业研究的永恒主题和目标。目前较常用的动力循环包括以水为工质的朗肯循环和以空气为工质的布雷顿循环。常规燃煤电厂主要是以水为工质的朗肯循环，目前最大的百万千瓦燃煤电站的蒸汽初参数已达到31MPa，620℃；燃气轮机主要是以空气为工质的布雷顿循环，目前先进航空发动机透平进口燃气温度已超过1700℃，先进重型燃气轮机透平进口温度已达1600℃；进一步提高工质初参数受到材料的限制，存在一定困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统及方法，解决了现有的因工质初参数受到材料的限制，存在发电机组效率得不到提高的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，包括空气分离装置、燃烧器、透平和气体循环系统，其中，空气分离装置的氧气出口连接燃烧器的进口，燃烧器的超临界二氧化碳出口连接透平的进口；透平的排气出口通过气体循环系统连接燃烧器。
优选地，气体循环系统包括回热器和提纯转置，其中，透平的排气出口与回热器的高温气体进口连接，回热器的低温气体出口与提纯装置的进口连接，提纯装置的出口与回热器的低温气体进口连接，回热器的高温气体出口与燃烧器连接。
优选地，气体循环系统还包括第一冷却器和第一二氧化碳增压装置，其中，第一冷却器设置在回热器低温气体出口和提纯转置气体进口之间；第一二氧化碳增压装置设置在提纯转置气体出口和回热器低温气体进口之间。
优选地，气体循环系统还包括第二冷却器和第二二氧化碳增压装置，其中，第二冷却器和第二二氧化碳增压装置依次设置在第一二氧化碳增压装置和回热器低温气体进口之间。
优选地，提纯装置的出口与回热器的低温气体进口之间设置有二氧化碳回收器。
优选地，提纯装置为水分离器。
一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电方法，基于一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，包括以下步骤：
天然气从空气进入空气分离装置内进行气体分离，分离出的氧气从空气分离装置的出口进入燃烧器内，与燃烧器内的天然气一起燃烧，产生高温的超临界二氧化碳，高温的超临界二氧化碳从燃烧器的出口进入透平内进行做功发电；透平的排气出口通过气体循环系统再次进入燃烧器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，为了突破传统动力系统的瓶颈，本发明采用以天然气为燃料，并通过富氧的燃烧方式，实现二氧化碳全捕集，以二氧化碳为工质在透平中做功，二氧化碳在透平中膨胀到亚临界状态，膨胀比高于超临界二氧化碳布雷顿循环，因此透平出功较多，提高循环效率；该结构能够大幅提高热功转换效率，减小设备体积，具有很高的经济性。
进一步的，采用分级加压方式，避开了两相区，不需要排放气化潜热，可以提高二氧化碳的冷却温度，从而可以在常温下冷却二氧化碳，而且减小了压缩功。
附图说明
图1是超临界二氧化碳发电系统的结构示意图；
其中，1、空气分离装置 2、燃烧器 3、透平 4、回热器 5、第一冷却器 6、水分离器7、第一二氧化碳增压装置 8、第二冷却器 9、第二二氧化碳增压装置 10、二氧化碳回收器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，包括空气分离装置1、燃烧器2、透平3、回热器4、第一冷却器5、水分离器6、第一二氧化碳增压装置7、第二冷却器8、第二二氧化碳增压装置9和二氧化碳回收装置10，其中，空气分离装置1的氧气出口与燃烧器2的氧气入口相连，燃烧器2的高温二氧化碳出口与透平3的入口相连，高温二氧化碳在透平3内做功发电；透平3的排气出口与回热器4的热端入口相连，回热器4的热端出口与第一冷却器5的入口相连，通过第一冷却器5对高温排气进行降温，降温后的排出气体经第一冷却器5的出口进入水分离器6内进行水气分离，水分离器6的二氧化碳出口与第一二氧化碳增压装置7的入口相连，通过第一二氧化碳增压装置进行初步加压，之后第一二氧化碳增压装置7的出口与第二冷却器8的入口相连，通过第二冷却器8进行二次降温，之后第二冷却器8的出口与第二二氧化碳增压装置9的入口相连，通过第二二氧化碳增压装置9进行二次加压，之后第二二氧化碳增压装置9的出口分别与二氧化碳回收装置10的入口以及回热器4的冷端入口相连，降温加压后的二氧化碳气体在回热器4内进行换热升温，升温后的二氧化碳提提经过回热器4的冷端出口进入燃烧器2内。
工作过程：
天然气从空气分离装置1出来的氧气、在回热器4中回热后的超临界二氧化碳工质一起进入燃烧器2燃烧，燃烧室2出口的高温高压工质(超临界二氧化碳)进入透平3做功发电，出口超临界二氧化碳在回热器4中进行余热回收后，进入水分离器6将水分离，出口的纯二氧化碳在第一二氧化碳增压装置7中被加压，然后在第二冷却器8中被冷却，接着被第二二氧化碳增压装置9升压。此时，多余的二氧化碳被分离出来进入二氧化碳回收装置10或用于其他用途，其余的二氧化碳在回热器4中被加热后继续循环。

Claims (7)

1.一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，包括空气分离装置(1)、燃烧器(2)、透平(3)和气体循环系统，其中，空气分离装置(1)的氧气出口连接燃烧器(2)的进口，燃烧器(2)的超临界二氧化碳出口连接透平(3)的进口；透平(3)的排气出口通过气体循环系统连接燃烧器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，气体循环系统包括回热器(4)和提纯转置，其中，透平(3)的排气出口与回热器(4)的高温气体进口连接，回热器(4)的低温气体出口与提纯装置的进口连接，提纯装置的出口与回热器(4)的低温气体进口连接，回热器(4)的高温气体出口与燃烧器(2)连接。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，气体循环系统还包括第一冷却器(5)和第一二氧化碳增压装置(7)，其中，第一冷却器(5)设置在回热器(4)低温气体出口和提纯转置气体进口之间；第一二氧化碳增压装置(7)设置在提纯转置气体出口和回热器(4)低温气体进口之间。
4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，气体循环系统还包括第二冷却器(8)和第二二氧化碳增压装置(9)，其中，第二冷却器(8)和第二二氧化碳增压装置(8)依次设置在第一二氧化碳增压装置(7)和回热器(4)低温气体进口之间。
5.根据权利要求2所述的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，提纯装置的出口与回热器(4)的低温气体进口之间设置有二氧化碳回收器(10)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，其特征在于，提纯装置为水分离器(6)。
7.一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种二氧化碳全捕集的超临界二氧化碳发电系统，包括以下步骤：
天然气从空气进入空气分离装置(1)内进行气体分离，分离出的氧气从空气分离装置(1)的出口进入燃烧器(2)内，与燃烧器(2)内的天然气一起燃烧，产生高温的超临界二氧化碳，高温的超临界二氧化碳从燃烧器(2)的出口进入透平(3)内进行做功发电；透平(3)的排气出口通过气体循环系统再次进入燃烧器(2)。
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