[发明专利]一种煤炭清洁利用热力系统及其运行方法

说明书

本申请属于煤炭清洁利用技术领域，具体涉及一种煤炭清洁利用热力系统及其运行方法；其中，煤炭清洁利用热力系统包括：超临界水热燃烧器，其中，经预热的水煤浆和氧化剂能够在其喷嘴处混合并以雾状颗粒形式喷入其内部，以形成超临界水热燃烧火焰，生成反应产物以排出；水煤浆供应单元，用于提供水煤浆；氧化剂供应单元，用于提供氧化剂；渣分离单元，用于对反应产物进行分离处理；第一发电单元，用于利用渣分离单元分离的混合热流体进行发电；二氧化碳收集单元，用于将第一发电单元排出的乏汽中的二氧化碳进行分离和收集。本申请的煤炭清洁利用热力系统其运行方法，能够使得二氧化碳的捕集更容易，并可实现二氧化碳的零排放和煤炭的清洁利用。

技术领域

本申请属于煤炭清洁利用技术领域，具体涉及一种煤炭清洁利用热力系统及其运行方法。

背景技术

煤炭资源是我国能源的重要组成部分，在工业生产中起着至关重要的作用。中国每年锅炉用煤约21.5亿吨，电站锅炉用煤约15亿吨，工业锅炉用煤约6.5亿吨。燃煤工业锅炉总体平均热效率在60％～65％左右，耗煤量大，煤炭燃烧会造成大量的CO₂排放和大气污染，同时，煤炭燃烧过程中会产生氮氧化物、硫化物和粉尘等有害物质而导致空气质量恶化。各大城市环境监测数据表明，工业与民用直接燃煤排放的二氧化硫和粉尘是造成城市大气污染的重要原因。

英国皇家学会发布碳中和12个重大科学技术问题，其中第5个问题为低碳供热与制冷：供热和制冷站能源相关碳排放量的40％，需通过提高能效、应用清洁技术以及在热能储存和运输方面进行创新，减少排放。

目前，采用的高效燃煤技术如超临界(超超临界)机组、蒸汽燃气联合循环机组(GTCC)、整体气化蒸汽燃气联合循环机组(IGCC)等仍需要配套脱硫、脱硝系统以及二氧化碳捕集系统才能够实现超低排放的目标，而这些额外配套系统又存在工艺及设备复杂、投资和运行成本高等缺点。另外，传统燃煤电厂常采用化学药剂吸收法来捕捉二氧化碳，但加装碳捕集与收集(CCS)会导致净发电效率降低8～13％，从而导致能耗大、成本昂贵。

发明内容

为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本申请提供了一种煤炭清洁利用热力系统及其运行方法。

第一方面，本申请公开了一种煤炭清洁利用热力系统，包括：

超临界水热燃烧单元，所述超临界水热燃烧单元包括超临界水热燃烧器，所述超临界水热燃烧器具有物料入口和反应物出口，所述物料入口处设置有喷嘴，其中，经过预热处理的水煤浆和预定氧化剂能够输送至所述喷嘴处进行充分混合，再从所述喷嘴以雾状颗粒形式，喷入事先已充满温度超过水煤浆中煤颗粒自燃温度的超临界水的所述超临界水热燃烧器中，以形成超临界水热燃烧火焰，并生成包含有超临界水、超临界二氧化碳和灰分的反应产物，并从所述反应物出口排出；

水煤浆供应单元，用于向所述喷嘴处提供预热处理后的水煤浆；

氧化剂供应单元，用于向所述喷嘴处提供预热处理后的预定氧化剂；

渣分离单元，用于对从所述超临界水热燃烧器的反应物出口排出的反应产物进行分离处理，并将分离得到的灰分进行存储，以及将分离出的由超临界水和超临界二氧化碳组成的混合热流体向外排出；

第一发电单元，用于利用所述渣分离单元排出的混合热流体作为工质进行发电，并排出乏汽；

二氧化碳收集单元，用于将所述第一发电单元排出的乏汽进行气液分离，并收集得到的二氧化碳。

根据本申请的至少一个实施方式，所述水煤浆供应单元包括：

水煤浆制取装置，用于将从其入料口处输入的煤、原料水及分散剂进行混合，以形成水煤浆，其中，原料水可为有机废水，分散剂可采用磺酸盐型离子表面活性剂、聚氧乙烯系列非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂及其复配物；