[发明专利]零碳排放的天然气热电联供发电工艺

说明书

本发明提供零碳排放的天然气热电联供发电工艺，冷换后的加压空气进入空分装置，液氧用于燃烧发电，液氮膨胀汽化发电并作为冷却剂与加压空气和烟气换热；天然气与氧气和循环水蒸气共同进入燃气轮机燃烧推动压气机和发电机高速旋转，压气机压缩空气到0.5‑0.8MPa，发电机产生电力；高温燃烧烟气与高压水换热生成水蒸气，部分作为循环水蒸气，部分用于供热；换后烟气利用液氧和液氮分级冷却脱水和蒸馏分离CO₂，部分水加压返回生成高压水蒸汽，CO₂产品外售。

1.技术领域

本发明提供零碳排放的天然气热电联供发电工艺，属于天然气利用领域。

2.背景技术

天然气作为世界的主要清洁能源之一，使用方便，特别适合作为分布式能源和燃气发电。燃用天然气气几乎无粉尘(PM2.5)排放，SO₂排放极低，经低氮燃烧器和烟气脱硝装置后NOx排放非常低，CO₂等温室气体排放也是燃煤电厂的一半左右，环保优势十分突出。

燃用天然气发电常规都采用燃气-蒸汽联合循环方式，联合循环发电由布雷顿循环与朗肯循环组成，当今燃气轮机进气温度可高达1300℃以上，排烟温度500～600℃，简单循环热效率高达45％～50％；余热锅炉为进一步回收余热，提高热效率，一般为双压或三压系统。尤其当代大型9F级燃气-蒸汽联合循环发电热效率高达58％～60％，远高于燃煤发电热效率。燃煤发电机组热效率即使超超临界600MW级、1000MW级机组，一般为46％～48％，两类机组发电热效率相差10～20个百分点。

常规天然气联合发电流程为压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压到1.5-2.8MPa，同时空气温度也相应提高；过量的1.5-2.8MPa压缩空气被压送到燃烧室与喷入的天然气混合燃烧生成高温高压烟气；然后高温高压烟气再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和发电机一起高速旋转，实现了天然气的化学能部分转化为机械功，并输出电功；高温燃烧烟气再通过废热蒸汽锅炉得到高压蒸汽用于汽轮机发电，最后烟气通过脱硝后以超低排放标准外排；调峰时通过燃气轮机负荷变化来调整。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是透平的负载。在简单循环中，透平发出的机械功有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。在燃气轮机起动的时候，首先需要外界动力，一般是起动机带动压气机，直到燃气透平发出的机械功大于压气机消耗的机械功时，外界起动机脱扣，燃气轮机才能自身独立工作。但现有天然气联合发电技术存在着进一步提高压气机压缩比困难、流程复杂、CO₂捕集利用成本高、高耗水、发电效率有待进一步提高、排烟温度高、NOx减量困难、热电联供调节幅度小、投资高等缺陷。

3.发明内容

本发明的目的就是为了克服传统天然气联合发电技术存在的不足而提供零碳排放的天然气热电联供发电工艺，既解决现有天然气联合发电技术高耗水、发电效率低难题；又可大幅度降低高压缩比压气机的负荷、实现低成本CO₂捕集利用、无Nox的常温排放，大幅度提高发电效率；还可简化流程、降低投资，提高热电联供的调节范围。

本发明的技术方案：