[实用新型]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

说明书

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。

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。