[发明专利]一种高效超低排放的燃煤发电系统及其动力循环方法

说明书

本发明属于节能领域技术领域，具体涉及一种高效超低排放的燃煤发电系统及其动力循环方法，其中系统包括燃烧装置、CO₂透平装置、回热器、冷却器、CO₂压缩机、发电机、炼焦装置与空分装置；炼焦装置产生的燃烧介质与空分装置产生的氧加压后在燃烧装置内燃烧，生成高温高压的CO₂，进入CO₂透平装置膨胀做功并驱动发电机发电；CO₂透平装置的乏气经回热器与冷却器降温以及CO₂压缩机增压后，部分气体经回热器加热并进入燃烧装置；本系统通过对燃煤炭化、无氮燃烧和高参数CO₂动力循环进行巧妙的组合创新实现了燃煤基础成分（碳）的无NOx、SOx和CO₂排放高效利用。

技术领域

本发明属于节能领域技术领域，具体涉及一种高效超低排放的燃煤发电系统及其动力循环方法。

背景技术

我国的能源结构特点决定了火力发电在电力生产中的主导地位。近年来，尽管核电、风电、太阳能发电的比重不断提高，但燃煤发电仍是我国电力生产的绝对主力。截至2015年底，其装机容量达到9.9亿千瓦，发电量占2015年总发电量的73.1%，燃煤发电约占我国煤炭总消费量的50%。正因为如此，在公众舆论中，燃煤电厂成为导致我国大气污染和雾霾的众矢之的。

相关数据显示，我国NOx和SOx每年总的排放量约为4000万吨。在雾霾严重的北京地区，近年来SOx的含量已经出现下降，但是与用煤有关的其他污染物仍然保持较高比例。在北京，空气污染物中硝酸盐的比例已经超过硫酸盐的比例。在河北部分地区，硝酸盐的比例也已经很接近硫酸盐的比例，表明NOx成为重要的排放源。然而，越来越多的研究成果表明，氨才是PM2.5中绝大多数二次颗粒物形成的根本原因，而燃煤电厂的脱硝过程中会导致大量的氨泄露。也就是说，烟气脱硝不仅没有完全控制NOx的排放，还带来了严重的次生灾害-氨排放。但到目前为止，我国并没有明确的氨排放控制标准，也没有较精确的氨排放统计结果。初步分析认为，我国每年氨排放超过千万吨；根据雾霾严重地区的相关监测，氨的排放量和排放浓度经常比NOx的浓度还高。显然，燃煤电厂脱硝技术还有待进一步提高。

众所周知，燃煤电厂的NOx来自于煤炭燃烧过程中氮气与氧气的化学反应，而该化学反应对煤炭燃烧没有任何帮助。因此，剔除参与燃烧的空气中的氮气是解决NOx以及氨排放的最有效方法之一，但由于原煤中除了碳之外，还有很多其它元素，如氢、硫、磷等，也包括少量的氮，并不能完全消除有害物。幸运的是，这些除碳之外的元素主要存在于挥发份中，在隔绝空气条件下加热就能热解成煤气并从煤中分离出来，而煤气是重要的化工原料，也可以代替天然气和燃油作为燃气轮机的燃料，尽管含有硫等有害元素，但与原煤相比，更容易实现清洁燃烧。原煤热解后的残余物为炭，即碳与灰分的混合物，若采用高纯度氧气代替空气与炭进行燃烧反应，其生成物为单一的高温CO₂气体，是一种优良的热力循环工质，可以直接采用CO₂动力循环实现热电转换。另外，CO₂也是一种重要的工业原料，可以通过上述方式变废为宝，大大降低碳排放量，这也是人类在未来几十年甚至几百年的主要奋斗目标之一。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种高效超低排放的燃煤发电系统及其动力循环方法。