[发明专利]超临界水气化与超临界二氧化碳布雷顿循环联合生产系统

说明书

技术领域

本发明属于洁净能源转化与可再生能源利用技术领域，涉及一种超临界水气化与超临界二氧化碳布雷顿循环联合生产系统。

背景技术

随着人口指数增长，快速的工业化、城市化和人们生活水平的提高，能源、电力与环境成为国际社会日益关注的焦点问题，为解决和应对能源和电力短缺以及环境污染等问题，近年来，政府不断加大对洁净能源转化和可再生能源研究的支持力度。

煤、生物质和有机废弃物作为地球上一种丰富的资源，对其进行有效利用和洁净转化是十分必要的。热化学气化技术被认为是最具商业前景的煤、生物质和有机废弃物的洁净能源转化技术。传统的气化技术对于含湿量高的煤、生物质和有机废弃物来说，需要对它们进行干燥处理，这一过程要消耗大量的能量。而气化过程中产生的污染物绝大多数无控或少控排放，造成了严重的污染。超临界水气化技术是近年来发展起来的新型气化技术，利用此技术可以直接处理高含湿量的煤、生物质和有机废弃物，无需高能耗的干燥过程，且具有气化率高，气体产物中氢气和二氧化碳含量高，气态产物中不含焦油，不产生二次污染，反应速率快，反应器体积小等优点。由于其气化温度相对于常规气化技术要低，基本不产生NO_X等污染物，气化过程比较清洁，同时能提供大量的H₂，具有很好的发展前景。

同时，目前世界上主要采用的发电手段有三种方式：火力发电、水力发电和核能发电。在火力发电中，广泛使用煤炭和其他化石燃料，导致了越来越多的环境问题，如全球变暖、臭氧层损耗和大气污染等。而利用水能进行发电，若增加水电站的容量，则需要建设大贮水的水库，这存在一定的局限性，如它们需要巨大的成本，淹没大面积土地，破坏生态平衡。利用核能进行发电，虽然比较清洁，但是若核废料处理不当会带来严重的环境问题。因此，在不破坏环境、不增加投资成本的条件下，通过寻找其他可再生能源来增加发电容量，提高发电效率成为了一个迫在眉睫的需求。超临界流体技术在近年来得到了广泛的应用，采用超临界二氧化碳布雷顿循环系统进行发电，其发电效率显著优于传统的蒸汽朗肯循环发电系统，同时，其设备尺寸规模相对于传统发电系统减小，初投资降低。二氧化碳(CO₂)由于其临界压力相对适中，具有较好的稳定性，在一定温度范围内表现出惰性气体的性质，以及其无毒、储量丰富、天然存在等特性，被认为是最具应用前景的能量传输和能量转换工质之一。

然而在超临界水气化煤、生物质或有机废弃物技术中，会产生大量的CO₂，对大气带来不良的影响，而超临界二氧化碳布雷顿循环中，一部分二氧化碳被强制冷却，造成其所携带的热量被浪费，如何克服以上两者系统的缺点，使两者系统能最优运行，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超临界水气化与超临界二氧化碳布雷顿循环联合生产系统，该系统能够使超临界水气化煤、生物质或有机废弃物反应产生的二氧化碳得到有效的利用，同时，超临界二氧化碳布雷顿循环浪费的热量也能得到有效的利用。

为达到上述目的，本发明所述的超临界水气化与超临界二氧化碳布雷顿循环联合生产系统包括超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统及超临界水气化煤、生物质或有机废弃物反应系统；

所述超临界水气化煤、生物质或有机废弃物反应系统包括储料器、超临界水气化反应器、回热器、冷却器、第一热源、水箱、气液分离器、气体分离装置、二氧化碳储罐及余热回收器；储料器的出口与超临界水气化反应器的入料口相连通，超临界水气化反应器的出口与回热器的热端入口相连通，回热器的热端出口经冷却器与气液分离器的入口相连通，气液分离器的气体出口与气体分离装置的入口相连通，气体分离装置的二氧化碳出口与二氧化碳储罐的入口相连通，气液分离器的液体出口与水箱的入口相连通，水箱的出口与余热回收器的冷端入口相连通，余热回收器的冷端出口与回热器的冷端入口相连通，回热器的冷端出口经第一热源与超临界水气化反应器的预热水入口相连通，二氧化碳储罐的出口及超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的低温回热器热端出口与余热回收器的热端入口相连通，余热回收器的热端出口与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的主压缩机入口相连通。

超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统包括主压缩机、再压缩机、高压透平、低压透平、发电机、第二热源、高温回热器及低温回热器；