[发明专利]一种实现CO2分离和捕集的超临界CO2发电装置及方法

说明书

技术领域

本发明是一种实现CO₂分离和捕集的超临界CO₂发电装置及方法，特别是基于化学链燃烧法提供热量和实现燃烧产物CO₂分离并结合超临界CO₂发电的装置和方法。

背景技术

《中美气候变化联合声明》规定中国将在2030年前停止CO₂排放量的增加，火力发电作为主要的碳排放来源之一，减排必不可少。将CO₂捕集和储存技术和发电设备结合，是大幅度减少火电站CO₂排放的有效措施，利用空气分离设备分离纯氧燃烧和吸附脱附塔捕集产物中的CO₂是目前常规且成熟的两种技术。电站耦合常规技术后会导致设备繁多和系统复杂的问题，大量附属设备也使电厂自耗电更高，降低了其整体发电效率。化学链燃烧是指通过载氧体的转移，将传统的空气和燃料接触的反应分离成空气反应器和燃料反应器中的两块反应，这种燃烧方式具有在空气中燃烧下具备内富集CO₂的优势，因此利用化学链燃烧的方式捕集CO₂可以省去高耗能的空分装置和吸附塔等设备，更廉价高效。

常规的火力发电系统采用了水蒸汽作为循环工质，但水蒸汽乏气在冷凝过成中有大量的汽化潜热放出，这部分热被冷却水带走无法利用，造成了较大的冷端损失。超临界CO₂发电技术是一种新型发电技术，利用超临界CO₂作为循环工质，由于的工质CO₂在循环中冷凝时没有汽化潜热，冷端损失远小蒸汽系统。超临界CO₂发电系统通常结合大回热循环，工质平均吸热温度远高于蒸汽系统，根据卡诺循环原理，平局吸热温度越高，热效率更高。根据文献报道，在以煤作为燃料时超临界CO₂循环发电的效率比常规电站的效率高出5-10％，是一种未来极具潜力的能源转化方式。

在能源利用高效率低排放的战略目标下，兼具高效捕集CO₂和高循环效率的新型发电模式将拥有广阔的应用前景。

发明内容

技术问题：本发明基于化学链燃烧和超临界CO₂发电理论，通过部署设备，设计合理的换热流程，提出了一种实现CO₂分离和捕集的超临界CO₂发电装置及方法。

本发明的一种实现CO₂分离和捕集的超临界CO₂发电装置如下：

该装置包括CO₂捕集单元，化学链燃烧单元和超临界CO₂循环发电单元；

化学链燃烧单元主体由燃料反应器和空气反应器组成，燃料反应器上端出口连接第一旋风分离器，第一旋风分离器底部通过第一立管连接燃料反应器的中部，第一旋风分离器顶部出口连接过热器；内部布置水冷壁的空气反应器上端出口连接第二旋风分离器，第二旋风分离器底部通过第二立管连接燃料反应器，第二旋风分离器顶部出口连接再热器；燃料反应器和空气反应器下端通过返料管相连；

超临界CO₂循环发电单元包括透平、第一压缩机、第二压缩机、再热器、冷凝器、省煤器，第二压缩机出口气体分为两条支路即第五支路⑤、第六支路⑥，第五支路⑤通过省煤器连接水冷壁进水口，第六支路⑥通过换热器连接过热器，水冷壁出口、过热器出口、第五支路⑤、第六支路⑥汇合连接透平的高压缸；透平中部抽汽管路经过再热器后连接透平的中压缸；透平出口管道经过省煤器后分为第三支路③和第四支路④，第三支路③连接压缩机入口，压缩机出口汇合第六支路⑥连接过热器，第四支路④连接冷凝器，冷凝器出口连接压缩机；

CO₂捕集单元包括换热器过热器、空气预热器、换热器和压缩机，过热器出口分为第一支路①、第二支路②，第一支路①连接给煤管路相连，第二支路②与空气预热器相连，空气预热器出口与CO₂压缩机相连，CO₂压缩机出口连接换热器；

燃料被第一支路①的CO₂和H₂O预热后，被CO₂送入燃料反应器；空气经空气预热器预热后进入空气反应器。

所述燃料反应器处于鼓泡流态化，采用CO₂作为流化介质，空气反应器处于快速流化态，采用空气为流化介质。