[发明专利]超临界水煤气化的燃煤发电系统及其方法

说明书

本公开提出了一种超临界水煤气化的燃煤发电系统及其方法，该燃煤发电系统包括：低温段气化炉，用于对煤和超临界水进行低温气化，得到粗质合成气和未转化的煤成分；高温段气化炉，用于对粗质合成气和未转化的煤成分进行高温气化，得到合成气；合成气能量回收单元，利用合成气的膨胀进行发电，其中，膨胀后的合成气包括第一合成气和第二合成气，第一合成气用于燃烧后给高温段气化炉供热，第二合成气用于燃烧发电，并利用燃烧后产生的第一烟气的余热给低温段气化炉供热。本公开中的系统实现了气化热源与气化反应的品位匹配，大幅降低了气化过程不可逆损失，提升了整个系统的发电效率和能量利用效率，同时也实现了煤的清洁、高效转化。

技术领域

本公开属于煤的清洁、高效转化的领域，特别涉及一种超临界水煤气化的燃煤发电系统及其方法。

背景技术

中国拥有“富煤、贫油、少气”的能源禀赋，煤炭的清洁高效利用关系到中国能源安全和经济社会的持续发展。

煤气化技术是实现煤炭资源高效清洁利用的重要途径和手段。煤气化是指煤或焦炭、半焦等固体燃料在高温常压或加压条件下与气化剂反应，转化为气体产物和少量残渣的过程。常规煤气化气化温度高达1300℃，气化反应起始温度在800℃左右，气化过程中有15-18％煤的化学能转化为合成气的显热，这部分显热通常通过朗肯循环回收发电，其效率远低于联合循环。超临界水煤气化的气化温度在650℃左右，起始反应温度在370℃左右，气化过程中氮、硫等以无机盐的形式残留在固体灰渣中，气化产物主要为H₂、CO₂、CO等，不需要进一步净化，受到了广泛关注。现有的超临界水煤气化气化热主要通过通入纯氧内热或外燃煤外热提供，仍然有大量煤的化学能直接转换成合成气的显热，气化过程不可逆损失大。因此，降低气化过程中的不可逆损失，对提升超临界水煤气化的发电系统效率是非常有必要的。另一方面，超临界水煤气化发电系统集成技术尚不成熟，系统集成原则需要进一步明确。

发明内容

(一)要解决的技术题

针对以上技术问题，本公开提供了一种超临界水煤气化的燃煤发电系统及其方法。

(二)技术方案

本公开的一方面提供了一种超临界水煤气化的燃煤发电系统，上述系统包括：低温段气化炉，用于对煤和超临界水进行低温气化，得到粗质合成气和未转化的煤成分；高温段气化炉，用于对粗质合成气和未转化的煤成分进行高温气化，得到合成气；合成气能量回收单元，利用合成气的膨胀进行发电，其中，膨胀后的合成气包括第一合成气和第二合成气，第一合成气用于燃烧后给高温段气化炉供热，第二合成气用于燃烧发电，并利用燃烧后产生的第一烟气的余热给低温段气化炉供热。

优选地，上述系统还包括燃烧器和省煤器，其中：省煤器用于对空气和第一合成气进行预热，并送至燃烧器；燃烧器用于燃烧第一合成气，以给高温段气化炉供热，燃烧后产生的第二烟气的余热用于预热第一合成气和空气。

优选地，上述系统还包括燃气轮机和余热锅炉，其中，燃气轮机用于利用第二合成气燃烧发电，并将产生的第一烟气送入余热锅炉，以利用第一烟气的余热给低温段气化炉供热。

优选地，上述系统还包括蒸汽轮机，其中，余热锅炉还用于利用第一烟气的余热生产蒸汽，蒸汽轮机利用蒸汽进行发电。

优选地，上述系统还包括超临界水制备单元，用于利用第一热量、第二热量和第三热量将水制备成超临界水；其中，第一热量为省煤器提供的第二烟气的部分热量，第二热量为合成气能量回收单元通过换热形式回收的膨胀后的合成气的能量，第三热量为余热锅炉提供的第一烟气的部分热量。

优选地，省煤器中的第二烟气的余热用于同时预热第一合成气和空气。

优选地，第一烟气的余热优先给低温段气化炉供热，其次给超临界水的制备供热，最后用于生产蒸汽。