CN209278007U - 一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于煤基发电领域的一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统。该系统由太阳能气化炉、燃烧室、透平、回热器、空气分离装置等部分组成。在该系统中，聚集的高温太阳能驱动煤气化装置，为煤气化提供热量，产生的合成气与氧气燃烧直接加热、驱动超临界二氧化碳发电，燃烧产物从尾气中分离实现零排放；煤气化产生的多余合成气储存在储气室内，用于储能；合成气净化、空气分离过程中的废热通过加热循环工质、产生蒸汽、干燥原煤，实现回收利用。该系统降低化石能源消耗，拓宽太阳能的利用途径，实现煤基燃料高效清洁发电。本实用新型降低煤气化过程的煤炭、电力消耗，简化废热回收流程；提高发电效率，实现零排放。

Description

一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统

技术领域

本发明属于煤基发电领域，特别涉及一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统，具体说是一种太阳能驱动的煤气化集成于富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳发电系统。

背景技术

煤炭作为重要的发电燃料是世界上储存量最大的化石能源，目前探测的储存量约一万亿吨，是能源安全的保障。但是，燃煤电站是二氧化碳排放的主要来源，每发1度电约排放1千克二氧化碳，并伴随着能量利用效率低，污染物排放严重等问题。随着对能源安全、环境保护等方面的日益重视，降低煤炭消耗、减少二氧化碳排放、提高能量利用效率是目前重要的研究方向。

富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环被认为是一种极具潜力的碳基燃料高效零排放发电的技术手段。在该动力循环中，含碳燃料与氧气燃烧，加热高压超临界二氧化碳，产生的高温高压烟气进入透平做功发电，透平排气通过回热器、冷却器等降温冷却，分离出燃烧产生的水分；脱水后的高浓度二氧化碳通过压缩机、泵加压后可方便的分离出燃烧产生的二氧化碳及其他微量杂质气体。该动力循环无需复杂的捕碳设备，采用富氧燃烧方式实现碳基燃料发电零排放；并且利用超临界二氧化碳在临界点附近压缩耗功小以及采用回热手段，提高发电效率。

若富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环以煤为燃料，需对煤先进行气化处理，然而传统的煤气化过程往往需要引入一部分氧气，利用煤的部分燃烧提供反应热，增加了煤炭的消耗量；煤气化产生高温合成气在净化处理过程中，往往需要多个复杂的换热设备进行热量回收。如果利用太阳能驱动煤气化，可避免煤的部分燃烧，减少煤炭消耗，同时无需消耗氧气，减少电能消耗；太阳能煤气化较大的水煤比也有助于简化过程废热回收过程。

综上所述，本发明提出了一种集成太阳能煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统，将太阳能驱动的煤气化与富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环深度耦合，有望提高可再生能源的发电比例，降低化石能源消耗，实现零排放，并进一步提高能源利用效率，在煤基发电领域具有良好的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足提出一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统，其特征在于，预干燥装置连接太阳能气化炉，太阳能气化炉与二氧化碳加热器、蒸汽发生器串联成回路；蒸汽发生器又通过合成气冷却器与净化分离装置连接；净化分离装置分别连接储气室和合成气压缩机；合成气压缩机连接燃烧室；燃烧室与透平、回热器的进气管、烟气冷却器、二氧化碳压缩机、中间冷却器、二氧化碳泵、回热器的出气管、二氧化碳加热器和燃烧室串联连接形成回路；水分分离器通过蒸汽发生器与太阳能气化炉连接；透平又连接发电机；空气分离装置分别连接预干燥装置和氧气压缩机；氧气压缩机与燃烧室连接；太阳能通过定日镜投射到反射器上，然后聚集到太阳能气化炉。

本发明的有益效果：通过引入太阳能可以降低煤气化过程的煤炭、电力消耗，简化过程废热回收流程；同时，通过与富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环耦合集成，可提高发电效率，实现零排放，本发明具有以下特点：

(1)聚集的高温太阳能用于煤气化，可以避免煤的部分燃烧，减少煤和电力的消耗；同时太阳能驱动的煤气化具有较高的水煤比，大量的合成气废热可以用来生产气化所需的蒸汽，简化合成气废热热量回收流程。

(2)储气室储存过剩的合成气，可以实现稳定的化学储能，适应太阳能辐射强度的变化，保证电力的平稳输出，降低了太阳能辐射强度波动对系统性能的影响。

(3)太阳能煤气化和动力循环系统深度耦合，空气分离装置的过程废热用于干燥原煤，合成气净化的过程废热用来加热超临界二氧化碳和生成蒸汽，合理回收过程废热，提高发电效率。

(4)太阳能煤气化应用于富氧燃烧直接加热的超临界二氧化碳动力循环，可以在保证煤基燃料的高效发电的前提下实现零排放，同时拓宽了煤基太阳能燃料的利用途径。

附图说明

图1为太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统示意图。

图中：1-预干燥装置，2-太阳能气化炉，3-二氧化碳加热器，4-蒸汽发生器，5-合成气冷却器，6-净化分离装置，7-储气室，8-合成气压缩机，9-燃烧室，10-透平，11-发电机，12-回热器，13-烟气冷却器，14-水分分离器，15-二氧化碳压缩机，16-中间冷却器，17-二氧化碳泵，18-空气分离装置，19-氧气压缩机，20-定日镜，21-反射器。

具体实施方式

本实用新型提出了一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统，下面结合附图予以说明。

如图1所示的太阳能与煤气化集成的超临界二氧化碳零排放发电系统，预干燥装置1连接太阳能气化炉2，太阳能气化炉2与二氧化碳加热器3、蒸汽发生器4串联成回路；蒸汽发生器4又通过合成气冷却器5与净化分离装置6连接；净化分离装置6分别连接储气室7和合成气压缩机8；合成气压缩机8连接燃烧室9；

燃烧室9与透10、回热器12的进气管、烟气冷却器13、二氧化碳压缩机15、中间冷却器16、二氧化碳泵17、回热器12的出气管、二氧化碳加热器3和燃烧室9串联连接形成回路；水分分离器14通过蒸汽发生器4与太阳能气化炉2连接；空气分离装置18连接预干燥装置1，空气分离装置18又通过氧气压缩机19与燃烧室9连接；太阳能通过定日镜20投射到反射器21上，然后聚集到太阳能气化炉2。

所述的集成太阳能煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统的集成发电原理，原煤先进入预干燥装置1干燥处理，干燥煤进入太阳能气化炉2，与来自蒸汽发生器4的蒸汽发生气化反应，产生粗合成气，粗合成气依次通过二氧化碳加热器3、蒸汽发生器4、合成气冷却器5，降温后的合成气进入净化分离装置6脱除硫化物、水等杂质，净化后的合成气一部分进入储气室7，其余通过合成气压缩机8加压进入燃烧室9，与来自氧气压缩机19的高压氧气燃烧直接加热来自二氧化碳加热器3的超临界二氧化碳，形成的高温高压燃气进入透平10做功，驱动发电机11发电，产生的高温排气依次通过回热器12、烟气冷却器13，冷却后的烟气通过水分分离器14分离出水分形成高浓度的二氧化碳；高浓度的二氧化碳通过二氧化碳压缩机15压缩，然后经中间冷却器16冷却，形成的高密度的超临界二氧化碳再通过二氧化碳泵17升压，一部分分离封存，其余进入回热器12回收透平10排气热量，升温后的超临界二氧化碳通过二氧化碳加热器3进一步加热，进入燃烧室9调节燃烧温度；空气进入空气分离装置18产生的高纯度氧气通过氧气压缩机19加压进入燃烧室，其余的高温氮气进入预干燥装置1干燥原煤；空气分离装置18产生的高温氮气进入预干燥装置1脱除原煤中大部分水分；高温粗合成气依次通过二氧化碳加热器3、蒸汽发生器4进行热量回收，其温度降低至90℃左右。高浓度二氧化碳经增压泵17加压至30MPa左右后，分离出合成气燃烧产生的二氧化碳，无需增加其他碳捕集单元。

太阳辐射能依次通过定日镜20、发射器21聚集到太阳能气化炉21上，然后聚集到太阳能气化炉21，为煤的气化反应提供热量，驱动煤的气化反应。气化温度维持在1100℃左右。当太阳能辐射强度大时，煤气化产生的合成气一部分进入储气室7，其余通过合成气压缩机8加压进入燃烧室9；当太阳辐射强度变小或无太阳能时，储气室7的合成气通过合成气压缩机8进入燃烧室9，维持电力的连续平稳输出。

Claims (1)

1.一种太阳能驱动煤气化的超临界二氧化碳零排放发电系统，其特征在于，预干燥装置(1)连接太阳能气化炉(2)，太阳能气化炉(2)与二氧化碳加热器(3)、蒸汽发生器(4)串联成回路；蒸汽发生器(4)又通过合成气冷却器(5)与净化分离装置(6)连接；净化分离装置(6)分别连接储气室(7)和合成气压缩机(8)；合成气压缩机(8)连接燃烧室(9)；燃烧室(9)与透平(10)、回热器(12)的进气管、烟气冷却器(13)、二氧化碳压缩机(15)、中间冷却器(16)、二氧化碳泵(17)、回热器(12)的出气管、二氧化碳加热器(3)和燃烧室(9)串联连接形成回路；水分分离器(14)通过蒸汽发生器(4)与太阳能气化炉(2)连接；透平(10)又连接发电机(11)；空气分离装置(18)分别连接预干燥装置(1)和氧气压缩机(19)；氧气压缩机(19)与燃烧室(9)连接；太阳能通过定日镜(20)投射到反射器(21)上，然后聚集到太阳能气化炉(2)。