[发明专利]一种既有电厂CO2捕集改造的混合工质动力循环发电系统

摘要

一种既有电厂CO2捕集改造的混合工质动力循环发电系统由燃料与燃烧室子系统、汽轮机子系统、回热循环子系统、液氧供给与CO2捕集子系统组成；本系统给以煤炭为原燃料的气化炉提供超临界水和加热物料的热量，以高压燃烧室组和再热燃烧室组替代传统锅炉，以燃烧产物和H2O为混合工质，保留利用汽轮机及给水回热子系统，增加前置膨胀机和超临界增压水泵来提高系统参数，并采用燃烧调节机组负荷的控制策略和谷电制氧的移峰储能手段，将液氧冷能用于CO2全捕集，可实现提高循环效率、拓宽变工况的高效率范围、降低NOx排放等功能。

主权项

1.一种既有电厂CO₂捕集改造的混合工质动力循环发电系统，其特征在于，包括燃料与燃烧室子系统、汽轮机子系统、回热循环子系统、液氧供给与CO₂捕集子系统；其中，所述燃料与燃烧室子系统包括气化炉(1‑1)、高压燃烧室组(1‑2)、再热燃烧室组(1‑3)、辅助燃烧室(1‑4)、第七换热器(1‑5)、第八换热器(1‑6)；所述气化炉(1‑1)设有原燃料进口(1‑1‑3)、第一超临界水进口(1‑1‑4)、第三氧气进口(1‑1‑5)、燃料气出口(1‑1‑6)、残渣出口(1‑1‑7)、第二超临界水进口(1‑1‑8)、第一换热面(1‑1‑1)、第二换热面(1‑1‑2)、第一换热面进口(1‑1‑1‑1)、第一换热面出口(1‑1‑1‑2)、第二换热面进口(1‑1‑2‑1)和第二换热面出口(1‑1‑2‑2)；所述气化炉(1‑1)采用煤炭为原燃料，加入在第七换热器(1‑5)中被加热的超临界水，并通过第一换热面(1‑1‑1)加热反应物料，反应生成可燃气体燃料和部分残渣；所述气化炉(1‑1)还设置有启动阶段的加热回路，由辅助燃烧室(1‑4)提供热量，通过第八换热器(1‑6)加热超临界水并通过第二换热面(1‑1‑2)加热反应物料，用于生成可燃气体燃料；所述高压燃烧室组(1‑2)设有第一燃料气进口(1‑2‑1)、第一氧气进口(1‑2‑2)、高燃给水进口(1‑2‑3)、高燃混合工质出口(1‑2‑4)；所述再热燃烧室组(1‑3)设有第二燃料气进口(1‑3‑1)、第二氧气进口(1‑3‑2)、冷再热工质进口(1‑3‑3)、热再热工质出口(1‑3‑4)；所述辅助燃烧室(1‑4)设有天然气燃料进口(1‑4‑1)、压缩空气进口(1‑4‑2)、启动热流体出口(1‑4‑3)；所述第七换热器(1‑5)设有第七换热器热侧进口(1‑5‑1)、第七换热器热侧出口(1‑5‑2)、第七换热器冷侧进口(1‑5‑3)、第七换热器冷侧出口(1‑5‑4)；所述第八换热器(1‑6)设有第八换热器热侧进口(1‑6‑1)、第八换热器热侧出口(1‑6‑2)、第八换热器冷侧进口(1‑6‑3)、第八换热器冷侧出口(1‑6‑4)；所述汽轮机子系统包括前置膨胀机(2‑1)、高压透平(2‑2)、中压透平(2‑3)、低压透平(2‑4)、第一发电机(2‑5)、第二发电机(2‑6)；所述前置膨胀机(2‑1)驱动第二发电机(2‑6)；所述高压透平(2‑2)设有高压透平进口(2‑2‑1)、高压透平出口(2‑2‑2)、抽汽一口(2‑2‑3)、抽汽二口(2‑2‑4)；所述中压透平设有中压透平进口(2‑3‑1)、中压透平出口(2‑3‑2)、抽汽三口(2‑3‑3)、抽汽四口(2‑3‑4)；所述低压透平设有低压透平进口(2‑4‑1)、低压透平出口(2‑4‑2)、抽汽五口(2‑4‑3)、抽汽六口(2‑4‑4)、抽汽七口(2‑4‑5)、抽汽八口(2‑4‑6)；所述回热循环子系统包括冷凝器(3‑1)、低压加热器组(3‑2)、除氧器及水箱(3‑3)、高压加热器组(3‑4)、凝结水泵(3‑5)、给水泵(3‑6)、超临界增压水泵(3‑7)、第五换热器(3‑8)、第六换热器(3‑9)和疏水泵(3‑10)；所述冷凝器(3‑1)设有乏汽进口(3‑1‑1)、旁路进口(3‑1‑2)、冷凝器疏水疏气进口(3‑1‑3)、冷凝器凝结水出口(3‑1‑4)、不凝性气体抽气口(3‑1‑5)、冷却水进口(3‑1‑6)和冷却水出口(3‑1‑7)；所述低压加热器组(3‑2)有4级换热器，设有低加凝结水进口(3‑2‑1)、低加凝结水出口(3‑2‑2)、抽汽八进口(3‑2‑3)、抽汽七进口(3‑2‑4)、抽汽六进口(3‑2‑5)、抽汽五进口(3‑2‑6)和低加疏水疏气出口(3‑2‑7)；所述除氧器及水箱(3‑3)设有除氧器凝结水进口(3‑3‑1)、除氧器凝结水出口(3‑3‑2)、抽汽四进口(3‑3‑3)和除氧器疏水疏气进口(3‑3‑4)；所述高压加热器组(3‑4)有3级换热器，设有高加给水进口(3‑4‑1)、高加给水出口(3‑4‑2)、抽汽三进口(3‑4‑3)、抽汽二进口(3‑4‑4)、抽汽一进口(3‑4‑5)和高加疏水疏气出口(3‑4‑6)；所述第五换热器(3‑8)设有第五换热器热侧进口(3‑8‑1)、第五换热器热侧出口(3‑8‑2)、第五换热器冷侧进口(3‑8‑3)、第五换热器冷侧出口(3‑8‑4)；所述第六换热器(3‑9)设有第六换热器热侧进口(3‑9‑1)、第六换热器热侧出口(3‑9‑2)、第六换热器冷侧进口(3‑9‑3)、第六换热器冷侧出口(3‑9‑4)；所述液氧供给与CO₂捕集子系统包括液氧储罐(4‑1)、液氧泵(4‑2)、真空泵(4‑3)、第一压缩机(4‑4)、第二压缩机(4‑5)、第一换热器(4‑6)、第二换热器(4‑7)、第三换热器(4‑8)和第四换热器(4‑9)、第一分离器(4‑10)和第二分离器(4‑11)；所述第一换热器(4‑6)设有第一换热器热侧进口(4‑6‑1)、第一换热器热侧出口(4‑6‑2)、第一换热器冷侧进口(4‑6‑3)、第一换热器冷侧出口(4‑6‑4)；所述第二换热器(4‑7)设有第二换热器热侧进口(4‑7‑1)、第二换热器热侧出口(4‑7‑2)、第二换热器冷侧进口(4‑7‑3)、第二换热器冷侧出口(4‑7‑4)；所述第三换热器(4‑8)设有第三换热器热侧进口(4‑8‑1)、第三换热器热侧出口(4‑8‑2)、第三换热器冷侧进口(4‑8‑3)、第三换热器冷侧出口(4‑8‑4)；所述第四换热器(4‑9)设有第四换热器热侧进口(4‑9‑1)、第四换热器热侧出口(4‑9‑2)、第四换热器冷侧进口(4‑9‑3)、第四换热器冷侧出口(4‑9‑4)；所述第一分离器(4‑10)设有第一分离器进口(4‑10‑1)、第一分离器液体出口(4‑10‑2)和第一分离器气体出口(4‑10‑3)；所述第二分离器(4‑11)设有第二分离器进口(4‑11‑1)、第二分离器液体出口(4‑11‑2)和第二分离器气体出口(4‑11‑3)；所述气化炉燃料气出口(1‑1‑6)分成两路分别通过阀门与高压燃烧室组的第一燃料气进口(1‑2‑1)和再热燃烧室组的第二燃料气进口(1‑3‑1)相连接，高压燃烧室组的高燃混合工质出口(1‑2‑4)与第七换热器热侧进口(1‑5‑1)相连接，第七换热器热侧出口(1‑5‑2)与前置膨胀机进口(2‑1‑1)相连接；前置膨胀机出口(2‑1‑2)通过阀门与高压透平进口(2‑2‑1)相连接，高压透平出口(2‑2‑2)与再热燃烧室组的冷再热工质进口(1‑3‑3)相连接，再热燃烧室组的热再热工质出口(1‑3‑4)与气化炉的第一换热面进口(1‑1‑1‑1)相连接，第一换热面出口(1‑1‑1‑2)通过阀门与中压透平进口(2‑3‑1)相连接，中压透平出口(2‑3‑2)与低压透平进口(2‑4‑1)相连接，低压透平出口(2‑4‑2)与冷凝器乏汽进口(3‑1‑1)相连接；冷凝器疏水疏气进口(3‑1‑3)与低压加热器组的低加疏水疏气出口(3‑2‑7)相连接；冷凝器凝结水出口(3‑1‑4)分成两路，一路通过阀门和疏水泵(3‑10)排出多余的水量，另一路通过凝结水泵(3‑5)连接低压加热器组的低加凝结水进口(3‑2‑1)，其抽汽八进口至抽汽五进口分别与低压透平的对应抽汽口相连接，低加凝结水出口(3‑2‑2)与除氧器凝结水进口(3‑3‑1)相连接，其抽汽四进口(3‑3‑3)与中压透平抽汽四口(2‑3‑4)相连接，除氧器疏水疏气进口(3‑3‑4)与高压加热器组的高加疏水疏气出口(3‑4‑6)相连接，除氧器凝结水出口(3‑3‑2)通过给水泵(3‑6)与高压加热器组的高加给水进口(3‑4‑1)相连接，高压加热器组的抽汽三进口(3‑4‑3)与中压透平抽汽三口(2‑3‑3)相连接，高压加热器组的抽汽二进口(3‑4‑4)与第五换热器热侧出口(3‑8‑2)相连接，第五换热器热侧进口(3‑8‑1)与高压透平抽汽二口(2‑2‑4)相连接；高压加热器组的抽汽一进口(3‑4‑5)与第六换热器热侧出口(3‑9‑2)相连接，第六换热器热侧进口(3‑8‑1)与高压透平抽汽一口(2‑2‑3)相连接；在第五换热器和第六换热器中，O₂依次吸收2股抽汽的过热蒸汽段的热量；高压加热器组的高加给水出口(3‑4‑2)经超临界增压水泵(3‑7)升压后分成3路，分别经阀门与高压燃烧室组的高燃给水进口(1‑2‑3)、第七换热器冷侧进口(1‑5‑3)和第八换热器冷侧进口(1‑6‑3)相连接；第七换热器冷侧出口(1‑5‑4)与气化炉的第一超临界水进口(1‑1‑4)相连接，是供应气化炉超临界水的正常运行模式；第八换热器冷侧出口(1‑6‑4)与气化炉的第二超临界水进口(1‑1‑8)相连接，是在启动阶段供应气化炉超临界水的模式；冷凝器的不凝性气体抽气口(3‑1‑5)经真空泵(4‑3)与第一换热器热侧进口(4‑6‑1)相连接，第一换热器热侧出口(4‑6‑2)与第一分离器进口(4‑10‑1)相连接，第一分离器液体出口(4‑10‑2)连接阀门排出疏水，第一分离器气体出口(4‑10‑3)通过第一压缩机(4‑4)与第二分离器进口(4‑11‑1)相连接，第二分离器液体出口(4‑11‑2)连接阀门排出疏水，第二分离器气体出口(4‑11‑3)通过第二压缩机(4‑5)与第三换热器热侧进口(4‑8‑1)相连接，第三换热器热侧出口(4‑8‑2)与第四换热器热侧进口(4‑9‑1)相连接，第四换热器热侧出口(4‑9‑2)排出被捕集的液体CO₂；液氧储罐(4‑1)出口通过液氧泵(4‑2)与第四换热器冷侧进口(4‑9‑3)相连接，第四换热器冷侧出口(4‑9‑4)与第一换热器冷侧进口(4‑6‑3)相连接，第一换热器冷侧出口(4‑6‑4)与第三换热器冷侧进口(4‑8‑3)相连接，第三换热器冷侧出口(4‑8‑4)与第五换热器冷侧进口(3‑8‑3)相连接，第五换热器冷侧出口(3‑8‑4)与第六换热器冷侧进口(3‑9‑3)相连接，第六换热器冷侧出口(3‑9‑4)分成3路，分别通过阀门与高压燃烧室组的第一氧气进口(1‑2‑2)、再热燃烧室组的第二氧气进口(1‑3‑2)和气化炉的第三氧气进口(1‑1‑5)相连接。