本實(shí)用新型涉及先進(jìn)高效火力發(fā)電領(lǐng)域，具體為一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，全球氣候變暖已成為人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的100年中，全球地面平均溫度上升了0.3～0.6℃，而我國(guó)的平均氣溫也上升了0.4～0.5℃?；剂夏芰哭D(zhuǎn)化過(guò)程中大量排放的CO₂是加劇溫室效應(yīng)的主要原因。

在我國(guó)，燃煤火力發(fā)電是CO₂的最大排放源之一，研究開(kāi)發(fā)新型煤基燃料發(fā)電技術(shù)對(duì)我國(guó)煤炭資源的清潔高效利用以及緩解溫室效應(yīng)具有重要意義。

目前，能夠在電站系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)CO₂大規(guī)模捕集的技術(shù)主要分為三種：燃燒前捕集、燃燒后捕集和燃燒中捕集(也稱純氧燃燒技術(shù))。在這三種CO₂捕集技術(shù)中，純氧燃燒技術(shù)由于具有CO₂回收成本低、NO_x排放低以及脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的CO₂減排技術(shù)。

此外，超臨界二氧化碳具有能量密度大、傳熱效率高等特點(diǎn)，被公認(rèn)是最環(huán)保、最清潔的天然性工質(zhì)流體。利用超臨界二氧化碳作為工質(zhì)的發(fā)電技術(shù)也是是目前國(guó)際上新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一。

因此，如果能夠開(kāi)發(fā)出一種新的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將純氧燃燒技術(shù)和超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，則必然會(huì)對(duì)我國(guó)燃煤發(fā)電帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。但是，目前已公開(kāi)的報(bào)道中關(guān)于煤基燃料超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電的都是以傳統(tǒng)空氣助燃、非接觸式間接換熱為主，如中國(guó)專利201520152457.4和201610038208.1等，還未曾有將純氧燃燒和超臨界二氧化碳相結(jié)合的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)電效率高、CO₂易于回收處理，能夠?qū)⒓冄跞紵夹g(shù)和超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)，包括依次相連的空氣分離系統(tǒng)、氣化爐、燃燒室、透平、冷凝器和壓縮機(jī)，以及連接在透平動(dòng)力輸出端的發(fā)電機(jī)；

空氣分離系統(tǒng)的氧氣出口分別連接氣化爐的氣化劑入口和燃燒室的助燃劑入口；氣化爐的煤氣出口與燃燒室的燃料入口連接；透平的氣體入口連接燃燒室的排氣出口，透平的氣體出口連接冷凝器的進(jìn)氣口；冷凝器的排氣出口分為兩路輸出，一路與CO₂封存系統(tǒng)或他用系統(tǒng)相連，另一路通過(guò)壓縮機(jī)升壓后連接超臨界CO₂循環(huán)管路，并分別與氣化爐的氣化劑進(jìn)口和燃燒室的做功氣體入口相連。

優(yōu)選的，氣化爐和燃燒室之間設(shè)置有煤氣凈化系統(tǒng)。

優(yōu)選的，超臨界CO₂循環(huán)管路上設(shè)置有預(yù)熱器；預(yù)熱器熱媒入口與透平的排氣出口連接，熱媒出口與冷凝器的進(jìn)氣口連接。

優(yōu)選的，冷凝器的冷卻工質(zhì)采用水或空氣。

優(yōu)選的，超臨界CO₂循環(huán)管路出口經(jīng)過(guò)多級(jí)噴頭與燃燒室連通設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

本實(shí)用新型將純氧燃燒技術(shù)和超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電相結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)利用超臨界CO₂進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)對(duì)剩余二氧化碳進(jìn)行捕集回收，實(shí)現(xiàn)了CO₂的零排放，有效地解決了傳統(tǒng)燃煤發(fā)電方式污染物排放高、CO₂捕集成本高的問(wèn)題；通過(guò)超臨界CO₂的多級(jí)噴入，能夠?qū)θ紵抑械臍怏w進(jìn)行充分的混合和增壓，保證了透平做功的效率。

進(jìn)一步的，利用預(yù)熱器能夠?qū)ψ龉蟮膹U氣中的熱能進(jìn)一步的回收利用，提高了整個(gè)系統(tǒng)及方法的做功效率。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中氣化爐中原煤的干煤粉采用二氧化碳惰性氣體進(jìn)行輸送，不僅操作安全，而且對(duì)煤種的適應(yīng)性好，此外，氣化爐排渣和煤氣凈化系統(tǒng)收集的飛灰，可制成水泥等建筑材料。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中冷凝器中的冷卻工質(zhì)可采用水或者空氣。對(duì)于采用空氣冷卻來(lái)講，整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)是凈輸出水的，很適合應(yīng)用于水資源缺乏的地區(qū)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)例中所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為空氣分離系統(tǒng)、2為氣化爐、3為煤氣凈化系統(tǒng)、4為燃燒室、5為透平、6為發(fā)電機(jī)、7為預(yù)熱器、8為冷凝器、9為壓縮機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而不是限定。

參考圖1，本實(shí)用新型所述的一種基于超臨界二氧化碳的煤基燃料純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)，包括依次相連的空氣分離系統(tǒng)1、氣化爐2、煤氣凈化系統(tǒng)3、燃燒室4、透平5、發(fā)電機(jī)6、預(yù)熱器7、冷凝器8和壓縮機(jī)9?？諝饨?jīng)空氣分離系統(tǒng)1制成的O₂分成兩路，一路作為氣化劑進(jìn)入氣化爐2，另一路作為助燃劑進(jìn)入燃燒室4。原煤的干煤粉送入氣化爐2后，在氣化劑O₂和CO₂的作用下，完成氣化過(guò)程并轉(zhuǎn)化成粗煤氣，煤粉氣化后所形成的渣經(jīng)氣化爐底部排出，氣化爐的排氣出口與煤氣凈化系統(tǒng)3相連，從氣化爐排氣出口出來(lái)的粗煤氣進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)3，并經(jīng)除塵、水洗和脫硫等凈化處理后轉(zhuǎn)化成凈煤氣，隨后，凈煤氣進(jìn)入燃燒室4，在燃燒室4內(nèi)，凈煤氣與送入的氧氣和超臨界二氧化碳混合并燃燒后生成高溫高壓的混氣，其中CO₂的質(zhì)量濃度達(dá)96-98％，其余以水蒸氣為主，便于進(jìn)行二氧化碳的分離和回收；燃燒室的排氣出口通過(guò)管道與透平5相連，高溫高壓的混氣進(jìn)入透平5后推動(dòng)透平做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)6發(fā)電，透平的排氣出口與預(yù)熱器7通過(guò)管道相連，預(yù)熱器7的排氣出口與冷凝器8通過(guò)管道相連，在冷凝器8中，廢氣中的水蒸氣通過(guò)冷凝而與CO₂分離，從冷凝器8排氣出口出來(lái)的CO₂分成兩路，一路與CO₂封存或他用系統(tǒng)相連，另一路通過(guò)壓縮機(jī)9升壓后進(jìn)入超臨界CO₂循環(huán)管路，并與預(yù)熱器7相連，完成預(yù)熱后的超臨界CO₂又分成兩路，一路與氣化爐2中的氣化劑進(jìn)口相連，另一路通過(guò)多級(jí)噴入的方式送入燃燒室4中。

本優(yōu)選實(shí)例中，所述的氣化爐中原煤的干煤粉采用二氧化碳惰性氣體進(jìn)行輸送，不僅操作安全，而且對(duì)煤種的適應(yīng)性好。氣化爐排渣和煤氣凈化系統(tǒng)收集的飛灰，可制成水泥等建筑材料。

透平的做功工質(zhì)為燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓混氣，含有質(zhì)量濃度為96-98％CO₂、2-4％的水蒸氣以及少量的O₂/CO，燃燒室出口高溫高壓混氣的溫度根據(jù)透平的工質(zhì)性能而確定，隨著先進(jìn)透平技術(shù)的發(fā)展，透平工質(zhì)入口溫度將不斷提高，其效率也將不斷提高。