[发明专利]一种煤气化超临界二氧化碳发电系统及方法

说明书

本发明提供一种煤气化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，空气分离装置的氧气出口与燃烧器的氧气进口连接，燃烧器还连接有煤气管道，燃烧器上的二氧化碳出口与透平的进气口连接，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。

技术领域

本发明属于超临界二氧化碳发电技术领域，尤其涉及一种煤气化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收到材料的限制，存在一定困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤气化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：

本发明提供一种煤气化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与燃烧器的氧气进口连接，燃烧器还连接有煤气管道，燃烧器上的二氧化碳出口与透平的进气口连接，透平的排气出口通过气体循环系统再次进入燃烧器。

优选地，所述空气分离装置的氧气出口还连接有煤气化装置，煤气化装置的煤气出口与燃烧器连接。

优选地，空气分离装置上的氮气出口连接有煤粉干燥装置，煤粉干燥装置的煤粉出口与煤气化装置的煤粉入口相连。

优选地，煤气化装置的煤气出口与燃烧器之间设置有煤气净化装置。

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。

一种煤气化超临界二氧化碳发电方法，基于一种煤气化超临界二氧化碳发电系统，包括以下步骤：

空气进入空气分离装置内进行气体分离，分离出的氧气与煤粉进入燃烧器内，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：

本发明提供的一种煤气化超临界二氧化碳发电系统，为了突破传统动力系统的瓶颈，本发明采用以煤气为燃料，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。