[发明专利]一种基于超临界CO2

说明书

本发明涉及一种基于超临界CO₂耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法。目前还没有一种化学链燃烧系统的能源利用效率高的基于超临界CO₂耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统。本发明包括化学链燃烧系统、水煤浆系统和热电发生系统；其特点在于：还包括超临界水氧化系统，超临界水氧化系统包括高压水煤浆泵、超临界水热反应器、预热器、CO₂分离器和N₂罐，高压水煤浆泵和水煤浆系统连接，预热器与超临界水热反应器连接，超临界水热反应器通过管路分别与高压水煤浆泵、CO₂分离器和旋风分离器连接，N₂罐通过管路分别与CO₂分离器和热电发生系统连接。本发明化学链燃烧系统的能源利用率高，化学链燃烧中载氧体颗粒不易烧结。

技术领域

本发明涉及一种基于超临界CO₂耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法，属于碳减排和能源技术领域。

背景技术

自从工业文明以来，地球大气中的CO₂浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO₂作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。目前，超临界CO₂发电是控制CO₂排放的一种新型利用技术，其以超临界状态的CO₂为工质，将热源的能量转化为机械能。由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，以其作工质的发电系统可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，受到各国研究者的广泛热捧。

从能源结构角度来看，由于短期内人类以化石能源为主要能源的形势不会改变，尤其是我国，煤炭从储量构成到能源消费体系都占绝对主导地位，如何使能源系统环境友好且在分离CO₂的同时提高系统利用效率，是控制CO₂排放的能源系统研究的主要目的。如公开日为2017年01月11日，公开号为CN106321177A的中国专利中，公开了一种实现CO₂分离和捕集的超临界CO₂发电装置及方法。

煤的化学链燃烧是一种新型燃烧技术，燃料不直接与空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化-还原反应，实现氧的转移，完成燃料化学能的转化过程。由于燃料反应器中，燃料与固体氧载体颗粒反应，从燃料反应器中出来的H₂O和CO₂没有被N₂稀释，CO₂浓度较高，不需要专门的CO₂分离设备，经过简单的冷凝除去其中的水蒸气即可得到几乎纯净的CO₂，实现了零能耗分离CO₂，同时由于燃料品位降低到被还原后的金属单质(或低价金属氧化物)的品位，使得燃烧损失降低，提高了燃料燃烧的效率。如公开日为2017年02月22日，公开号为CN106438043A的中国专利中，公开了一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料化学链燃烧发电系统及方法。

煤的超临界水热反应是利用超临界水的特殊性质，煤和氧气在超临界水中完全互溶后，形成均相反应体系，在极短的反应时间内煤彻底被氧化，释放出大量的热量，最终产物为CO₂、H₂O、N₂等无害物质，无SO₂、NO_x等有害气体，有显著的环保优势。该技术属于新型的煤炭洁净燃烧技术，符合当前节能、减排的国际发展趋势。与焚烧法、湿式空气氧化法相比，超临界水氧化技术具有无需催化剂、停留时间短、去除效率高、清洁、广谱等优点。

目前还没有一种不仅可以使化学链燃烧系统的能源利用效率提高，同时能够缓解化学链燃烧中载氧体颗粒易烧结问题的基于超临界CO₂耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法。

发明内容