专利汇可以提供一种零碳排放的多级循环发电集成系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种零 碳 排放的多级循环发电集成系统。该系统包括了高温烟气一级循环发电系统和低沸点工质二级循环发电系统。在高温烟气一级循环发电系统中,LNG冷能和液氮冷能应用于压缩空气的预冷过程,从而降低空分制 氧 功耗。液氧冷能应用于燃烧烟气中CO2的冷凝回收,实现碳捕获的近零功耗过程。在低沸点工质二级循环发电系统中,以LNG作为冷源,环境和燃烧烟气余热作为热源,完成低沸点工质的 朗肯循环 发电过程,提高了低沸点工质二级循环发电系统的输出电效率。本发明以LNG的O2/H2O高压燃烧系统为依托,附加了低沸点工质二级循环发电系统,实现 能量 的 梯级 利用,在提高集成系统输出电效率的同时,实现系统碳的零排放。,下面是一种零碳排放的多级循环发电集成系统专利的具体信息内容。
1.一种高温烟气一级循环发电系统,其特征在于,包括空气压缩机(a1)、第一换热器(a2)、精馏塔(a3)、液氧泵(a4)、第二换热器(a5)、第一空温器(a6)、第一LNG泵(a7)、第二空温器(a8)、燃烧器(a9)、第一透平机(a10)、第三换热器(a11)、循环水泵(a12)和气液分离器(a13);所述第一换热器(a2)的输入端分别与空气压缩机(a1)、第一LNG泵(a7)的输出端以及精馏塔(a3)的液氮输出端相连;第一换热器(a2)的输出端分别与第二空温器(a8)的输入端、精馏塔(a3)的压缩空气输入端以及N2排放管路相连;所述精馏塔(a3)的液氧输出端还与液氧泵(a4)的输入端相连;所述第二换热器(a5)的输入端分别与液氧泵(a4)的输出端和气液分离器(a13)的气态CO2输出端相连,第二换热器(a5)的输出端分别与第一空温器(a6)的输入端和液态CO2收集管路相连;所述燃烧器(a9)的输入端分别与第一空温器(a6)、第二空温器(a8)和第三换热器(a11)的输出端相连,燃烧器(a9)的输出端与第一透平机(a10)的输入端相连;所述第三换热器(a11)的输入端分别与第一透平机(a10)和循环水泵(a12)的输出端相连,第三换热器(a11)的输出端还与所述低沸点工质二级循环发电系统的第六换热器(b8)的输入端相连;所述气液分离器(a13)的输入端与所述第六换热器(b8)的输出端相连,气液分离器(a13)的输出端分两路,一路与循环水泵(a12)的输入端相连,另一路连接排水管路;
其中,空气压缩机(a1)用于供应一定压力的压缩空气,满足空分制氧的压力需求;第一换热器(a2)用于低温液氮和LNG与压缩空气换热,对压缩空气进行预冷处理;精馏塔(a3)用于将液态空气分离为液态氮气和液态氧气,分别送给第一换热器(a2)和液氧泵(a4);液氧泵(a4)用于将液态氧气加压至所需压力后送入第二换热器(a5);第二换热器(a5)用于液氧泵(a4)送来的液氧和气液分离器(a13)送来的气态CO2换热,将液氧气化送第一空温器(a6),将气态CO2捕获回收,送入CO2储存装置完成碳捕获过程;第一空温器(a6)用于将气化后的氧气加热至接近环境温度,吸收环境热量以降低系统能耗;第一LNG泵(a7)用于将LNG加压至所需压力,输出满足燃烧器(a9)燃烧需求的LNG;第二空温器(a8)用于将气化后的天然气加热至接近环境温度,吸收环境热量以降低系统能耗;燃烧器(a9)用于完成天然气、氧气和H2O的燃烧反应,产生高压混合烟气用于做功;第一透平机(a10)用于输出热功;第三换热器(a11)用于乏汽和循环水换热,对进入燃烧器前的H2O进行预热,提高热能回收率;循环水泵(a12)用于将循环H2O加压至循环系统所需压力,满足燃烧器(a9)中的燃烧压力需求;
气液分离器(a13)用于气态CO2和液态H2O的分离;
工作中,所述高温烟气一级循环发电系统第一换热器(a2)用于LNG、液氮和压缩空气换热,将LNG冷能和液氮冷能进行充分利用,从而达到降低空分制氧过程的压缩功耗的目的,对富氧燃烧系统实现节能减排,提高系统输出电效率具有重要的意义;第二换热器(a5)用于液氧和气态CO2换热,通过利用液氧的低温冷能,将气态CO2捕获回收,取代烟气压缩过程,降低了传统富氧燃烧碳捕获过程的功耗;工作过程中,LNG冷能和空气压缩机(a1)的部分电能转化为低温冷能储存于液态空气中,液态空气分离出的液氧和液氮均含有大量低温冷能,随后又将这部分冷能应用压缩空气的预冷及碳捕获过程,实现冷能的传递连续使用,在一定程度上提高了冷能的利用效率。
2.根据权利要求1所述发电系统的一种零碳排放的多级循环发电集成系统,其特征在于,还包括低沸点工质二级循环发电系统;
所述低沸点工质二级循环发电系统包括第二透平机(b1)、第四换热器(b2)、第五换热器(b3)、液体泵(b4)、第三空温器(b5)、第二LNG泵(b6)、第四空温器(b7)和第六换热器(b8);
所述第四换热器(b2)的输入端分别与第二透平机(b1)和液体泵(b4)的输出端相连,第四换热器(b2)的输出端分别与第五换热器(b3)和第三空温器(b5)的输入端相连;所述第五换热器(b3)的输入端还与第二LNG泵(b6)的输出端相连,第五换热器(b3)的输出端分别与第二LNG泵(b6)和第四空温器(b7)的输入端相连;所述第四空温器(b7)的输出端与输出燃气管道相连;所述第六换热器(b8)的输入端还与第三空温器(b5)的输出端相连,第六换热器(b8)的输出端还与第二透平机(b1)的输入端相连;
其中,第二透平机(b1)用于高压循环低沸点工质输出热功;第四换热器(b2)用于高压低温液态低沸点循环工质与低压高温气态低沸点循环工质换热,对高压低温液态低沸点循环工质进行预热;第五换热器(b3)用于LNG和第四换热器(b2)输出的循环工质换热,将其冷凝液化;液体泵(b4)用于将第五换热器(b3)输出的低压低温液态低沸点循环工质加压至循环所需压力;第三空温器(b5)用于将第四换热器(b2)输出的另一路循环工质和环境换热,将其加热气化;第二LNG泵(b6)用于将LNG加压至所需压力;第四空温器(b7)用于将气化后的天然气和环境换热,升温至接近环境温度后送入燃气管网;第六换热器(b8)用于高温烟气一级循环发电系统中第三换热器(a11)输出的烟气和低沸点工质二级循环发电系统中第三空温器(b5)送来的循环工质换热,对烟气中H2O的气化潜热进行吸收利用;
工作时,所述低沸点工质二级循环发电系统通过第六换热器(b8)与高温烟气一级循环发电系统相连,采用低沸点工质作为循环介质,在第六换热器(b8)中利用低温高压低沸点循环工质对高温烟气一级循环发电系统的烟气余热进行充分利用,将烟气中水蒸气的气化潜热进行充分的回收利用,并以此作为低沸点工质二级循环发电系统的热源,实现发电循环,提高集成系统总输出电效率;同时,在第三空温器(b5)中,液态低沸点循环工质在环境中吸热气化,气化潜热可以全部来自于低品位的环境热能,高温烟气一级循环发电系统的烟气余热作为相应的高品位热源,只用于对气化后的循环工质进行过热过程,环境热量的引入,提高了集成系统的总输出效率。
3.根据权利要求1或2所述的高温烟气一级循环发电系统,其特征在于,空气压缩机(a1)出口的压缩空气压力为低压,压力值能低于0.5Mpa。
4.根据权利要求1或2所述的高温烟气一级循环发电系统,其特征在于,液氧泵(a4)出口、第一LNG泵(a7)出口以及循环水泵(a12)出口的液态流体均为高压,压力范围选取2Mpa-
10Mpa。
5.根据权利要求1或2所述的高温烟气一级循环发电系统,其特征在于,第一透平机(a10)的出口乏汽压力以CO2的三相点为参考,选用两类不同的压力等级;当乏汽压力高于
0.53Mpa时,第二换热器(a5)中所捕获的CO2为液态,当乏汽压力低于0.53Mpa时,第二换热器(a5)中所捕获的CO2为干冰。
6.根据权利要求1或2所述的低沸点工质二级循环发电系统,其特征在于,系统采用跨临界循环;低沸点工质由液体泵(b4)的出口依次经第四换热器(b2)、第三空温器(b5)、第六换热器(b8)至第二透平机(b1)的入口区段为超临界压力状态,其余区段为亚临界压力状态。
7.根据权利要求1或2所述的低沸点工质二级循环发电系统,其特征在于,系统循环为亚临界压力状态,其中,低沸点工质由液体泵(b4)的出口依次经第四换热器(b2)、第三空温器(b5)、第六换热器(b8)至第二透平机(b1)的入口区段为高压状态,压力取值低于7.4Mpa,其余区段为低压状态,压力取值为0.53Mpa;
工作中,为了实现液态CO2加压过程,跨临界循环和亚临界循环中,CO2的冷凝压力均需高压三相点压力,从而避免出现干冰,堵塞循环管路,影响系统循环。
8.根据权利要求1或2所述的低沸点工质二级循环发电系统,其特征在于,第二LNG泵(b6)出口的LNG压力根据然管网需求确定,压力取值选用0.4Mpa、1.6Mpa、2.5Mpa或者
4.0Mpa及4.0Mpa以上。
9.根据权利要求1或2所述的低沸点工质二级循环发电系统,其特征在于,以第二级循环系统中第二透平机出口循环工质余热作为热源,LNG作为冷源,能构建出三级或多级循环系统。
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