[发明专利]一种以煤为原料的空气湿化循环发电系统及方法

说明书

本发明提供的一种以煤为原料的空气湿化循环发电系统及方法，包括内在碳捕集气化单元和空气湿化循环单元，其中，空气湿化循环单元的燃料气入口连接内在碳捕集气化单元的燃料气出口；本发明能够通过内在碳捕集气化单元代替传统的煤气化、水煤气变换、脱硫脱碳、空分等单元，使煤制气过程大大简化，一步实现C、H元素的定向转化；通过利用内在碳捕集气化单元出口气体热量加热一部分湿化用热水，可进一步增加空气湿化循环湿化空气产量，进一步提高系统输出功；同时，内在碳捕集气化单元所需的加热空气来自空气湿化循环单元，省去了单独的空压机设置，且所需空气经换热单元加热后进入燃料气生成单元，减少了氧传输过程的能耗。

技术领域

本发明属于煤炭发电领域，具体涉及一种以煤为原料的空气湿化循环发电系统及方法。

背景技术

煤炭是我国能源的基石，为经济社会发展提供了经济、稳定的能源。同时我国的能源发展面临着严峻的环境挑战，煤炭燃烧排放的污染物是中国大气污染物的主要来源。CO₂排放是全球气候变化的主要因素。资源与环境的约束决定了新一代高效、洁净的煤炭发电技术和煤炭转化技术是未来我国能源体系的重大需求。

空气湿化循环是一类具代表性的先进动力循环，利用注水、注蒸汽或湿化器回收燃气轮机循环内的余热，可发展适用于不同应用背景、不同规模的新型循环；与合成气及其制备过程相集成，通过水加湿空气或燃料回收燃机循环外的不同品位热量，可对空气湿化燃气轮机循环进行有效拓展。它们的特点是：提高效率和比功，降低成本和排放，提高灵活性。

将煤气化为粗合成气，并将合成气进行除尘、净化等处理后，可将净合成气作为空气湿化循环的原料气，与常规的煤电系统或整体煤气化联合循环相比，以煤为原料的空气湿化循环，通过循环的创新，具有较大提高效率的潜力。

1、煤气化后合成气的处理过程包括煤气净化、水煤气变换、脱硫、脱碳、热量回收等众多工艺，流程长，能耗大，尤其是脱碳过程，需要消耗大量的能量；

2、空气湿化循环因空气加湿需求，需要大量的中低温热量用于产生湿化热水，仅依靠燃机透平尾气热量，空气加湿量受到限制，从而限制系统功率和效率；

发明内容

本发明的目的在于提供一种以煤为原料的空气湿化循环发电系统及方法，解决了现有的以煤为原料的零排放空气湿化循环发电系统存在效率低的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种以煤为原料的空气湿化循环发电系统，包括内在碳捕集气化单元和空气湿化循环单元，其中，空气湿化循环单元的燃料气入口连接内在碳捕集气化单元的燃料气出口；

所述内在碳捕集气化单元包括燃料气生成单元和换热单元，其中，所述燃料气生成单元设置有气体入口、固体入口、燃料气出口和混合气出口，所述气体入口连接换热单元的水蒸气出口，所述混合气出口连接换热单元的气体入口；所述燃料气出口连接空气湿化循环单元的燃料气入口；

所述空气湿化单元包括：

用于生成过热蒸汽的过热蒸汽生成单元；

用于利用过热蒸汽进行发电的发电单元。

优选地，所述燃料气生成单元包括气化反应器、再生反应器和氧化反应器，其中，所述气化反应器上设置有固体入口和水蒸气入口，所述水蒸气入口连接换热单元的水蒸气出口；所述气化反应器上的富氢燃料气出口连接空气湿化循环单元的燃料气入口；

所述气化反应器的固体出口连接再生反应器的固体入口，所述再生反应器的水蒸气入口连接换热单元的水蒸气出口；

所述再生反应器的混合气出口连接换热单元的高温侧气体入口；