[发明专利]一种带捕碳装置的燃煤发电系统及方法

说明书

本发明提供了一种带捕碳装置的燃煤发电系统，包括超临界二氧化碳循环子系统和捕碳子系统。超临界二氧化碳循环子系统包括低压比的超临界二氧化碳回路和高压比的超临界二氧化碳回路。捕碳子系统包括液化空气冷却回路、液化空气装置余热回收回路和凝华捕碳回路。本发明还提供了带捕碳装置的燃煤发电方法，燃煤锅炉提供热量给超临界二氧化碳循环子系统发电，燃煤锅炉排放烟气通过捕碳子系统脱碳。捕碳子系统多余的热量和冷量提供给超临界二氧化碳循环子系统，从而提高其发电效率。空气液化装置可以在发电低谷时加大负荷，在发电高峰时减小负荷，以节省能耗成本。利用本发明系统和方法，带捕碳的燃煤发电厂可实现煤炭的高效率零碳排发电。

技术领域

本发明涉及一种带捕碳装置的燃煤发电系统及方法，属于清洁燃煤发电技术领域。

背景技术

2018年10月8日，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在韩国仁川发布“全球升温1.5℃特别报告”。报告显示，如果气候变暖以目前的速度持续下去，预计全球气温在2030年至2052年间就会比工业化之前水平升高1.5摄氏度。将全球升温控制在1.5摄氏度以内，对人类和生态系统会有更多益处，相关专家呼吁各国采取行动，为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。在此背景下，控制温室气体排放刻不容缓，而二氧化碳作为最大的温室效应贡献源，其减排任务首当其冲。在当前形势下，我国大力发展可再生能源发电的同时，燃煤发电对我国仍是保障能源安全所不可或缺的能源利用方式。减少燃煤发电的二氧化碳排放，一方面通过提高电站发电效率，减少煤耗，从而减少二氧化碳排放，另一方面需要加快推动捕碳技术的研发及规模化应用。

由于捕碳过程耗能大，对于现有燃煤电厂而言，将导致电厂经济性恶化。为了确保带捕碳装置的电厂的经济性，一方面需要通过技术或运营手段大幅降低捕碳过程的成本，另一方面需要研究捕碳过程与发电过程的互补性，挖掘系统集成效益。近年来，各种新型捕碳技术和发电技术层出不穷，为开发更先进的带捕碳发电系统提供了广阔的探索空间。例如：超临界二氧化碳循环发电是一种新型高效发电方法，可用于高效燃煤发电；二氧化碳凝华捕碳方法被认为能耗低于其他捕碳方法。然而，目前，技术人员对于这些新方法的集成考虑的比较少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提高带捕碳装置的燃煤发电厂的经济性，实现煤炭的高效率低碳排，乃至零碳排利用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种带捕碳装置的燃煤发电系统，包括超临界二氧化碳循环子系统和和捕碳子系统；

所述超临界二氧化碳循环子系统包括二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机出口连接二氧化碳回热器高压二氧化碳进口，二氧化碳回热器高压二氧化碳出口连接燃煤锅炉高压二氧化碳进口，燃煤锅炉高压二氧化碳出口连接高压透平进口，高压透平第一乏气出口连接二氧化碳回热器高压透平乏气进口，二氧化碳回热器高压透平乏气出口连接预冷器进口，预冷器出口连接冷却器高压透平乏气进口，冷却器高压透平乏气出口连接二氧化碳压缩机进口；此回路构成一个低压比的超临界二氧化碳回路。

高压二氧化碳泵出口连接冷却器高压二氧化碳进口，冷却器高压二氧化碳出口连接二氧化碳回热器高压二氧化碳进口，二氧化碳回热器高压二氧化碳出口连接燃煤锅炉高压二氧化碳进口，燃煤锅炉高压二氧化碳出口连接高压透平进口，高压透平第二乏气出口连接燃煤锅炉低压二氧化碳进口，燃煤锅炉低压二氧化碳出口连接低压透平进口，低压透平出口连接二氧化碳回热器低压透平乏气进口，二氧化碳回热器低压透平乏气出口连接冷凝器低压透平乏气进口，冷凝器低压透平乏气出口连接高压二氧化碳泵进口；此回路构成一个高压比的超临界二氧化碳回路。

所述捕碳子系统包括空气液化装置，空气液化装置的液化空气出口连接液化空气储罐进口，液化空气储罐出口连接液化空气泵进口，液化空气泵出口连接二氧化碳凝华分离器空气进口，二氧化碳凝华分离器空气出口连接水汽凝华分离器空气进口，水汽凝华分离器空气出口连接水汽凝结分离器空气进口，凝结分离器空气出口连接大气环境；此回路构成液化空气冷却回路。