基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统，其至少包括由气化炉、废热锅炉、透平、回热器、换热器、压缩机形成的循环回路，循环回路内的循环工质是超临界二氧化碳；本实用新型专利技术利用含碳燃料气化与超临界二氧化碳循环相结合，原料不限于煤炭，气化技术可采用固定床、流化床或气流床气化炉，气化剂不限于氧气，系统整体考虑采用简单、带回热、带压缩等形式的布雷顿循环系统，有很强的适应性和灵活性。

【技术实现步骤摘要】
基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统
本技术属于先进能源动力与化工领域，具体为基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统。
技术介绍
含碳燃料在气化时，最高温度可达上千度，为了吸收气化炉炉膛中高温火焰和合成气的辐射热量，降低炉壁温度，保护炉壁，国内外学者开发了不同于耐火砖衬里的膜式壁气化炉。目前均采用水冷壁形式进行冷却，即以水为冷却介质，在膜式壁内冷却产生蒸汽的形式。一般后续利用蒸汽进行朗肯循环发电，以回收热量、提高热效率。超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，被公认是最具应用前景的能量传输和转换工质之一。利用超临界二氧化碳作为工质的布雷顿循环相较于水蒸气朗肯循环有诸多优点，相同出力下，前者机组尺寸约为后者机组的十分之一，初期投资可以大幅度降低；相同温度下，前者循环效率高于后者，系统热效率可以进一步提高。涉及含碳燃料气化和超临界二氧化碳循环的已公开技术有：1、公开号为CN106014512A（201610513268.4）的中国专利文献，公开了一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料纯氧燃烧发电系统及方法，煤在氧气和二氧化碳作用下气化，粗煤气经净化后进行纯氧燃烧，产生的烟气作为循环工质，进行超临界二氧化碳循环做功发电。2、公开号为CN105820842A（201610334811.4）的中国专利文献，公开了一种煤气化超临界二氧化碳循环发电系统，以煤基纯氧气化为基础，合成气作为内燃式超临界二氧化碳循环燃烧室的燃料，与氧气反应，生成二氧化碳，循环做功。3、公开号为CN107177383A（201710449074.7）的中国专利文献，公开了一种以超临界二氧化碳为气化剂的煤气化系统及方法，超临界二氧化碳与粉煤及氧气一起进入气化炉内发生气化反应，生成合成气，合成气冷却、净化后进入二氧化碳分离系统中，分离出的二氧化碳一部分进行封存利用，另一部分预热后再次进入气化炉进行反应。但是上述公开的技术方案均以煤为燃料，且利用气化合成气或合成气燃烧后的烟气提纯作为超临界二氧化碳循环的循环工质，相应要求煤气化以纯氧（或者配合二氧化碳）作为气化剂，技术应用范围较小。
技术实现思路
本技术提出了一种基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统，利用含碳燃料气化与超临界二氧化碳循环相结合，原料不限于煤炭，气化技术可采用固定床、流化床或气流床气化炉，气化剂不限于氧气，有很强的适应性和灵活性。本技术的技术方案如下：基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统，其特征在于：至少包括由气化炉、废热锅炉、透平、回热器、换热器、压缩机形成的循环回路，循环回路上设置有循环工质出口一、循环工质出口二、循环工质出口三、循环工质出口四、循环工质出口五、循环工质出口六，循环回路内的循环工质是超临界二氧化碳；其中：循环工质出口一设置于气化炉膜式壁结构的出口，循环工质出口一与废热锅炉连通；循环工质出口二设置于废热锅炉上，利用废热锅炉继续提高循环工质的温度，同时给合成气降温，循环工质出口二与透平连通；循环工质出口三设置于透平的末端上，循环工质用于做功发电，循环工质出口三与回热器连通；循环工质出口四设置于回热器上，回热器对循环工质进行换热降温，循环工质出口四与换热器连通；循环工质出口五设置于换热器上，换热器对循环工质进一步换热降温，循环工质出口五与压缩机连通；循环工质出口六设置于压缩机上，压缩机提供增压，循环工质出口六与回热器连通；所述回热器上还设置有循环工质返回出口，循环工质返回出口连通至气化炉膜式壁结构的入口。所述气化炉侧壁连接有含碳燃料管道与气化剂管道，分别通入含碳燃料与气化剂。所述含碳燃料可以采用任意含碳燃料，具体可以为煤、重油、工业废弃物、农林废弃物、生活垃圾等；所述气化剂可根据含碳燃料的性质和气化技术的要求，具体可以为空气、氧气或富氧气体。所述气化炉为膜式壁气化炉，超临界二氧化碳在气化炉膜式壁中吸热，同时保护气化炉炉壁免受高温影响。所述换热器可以采用冷却器。本技术具体的工作中：含碳燃料与气化剂一同进入膜式壁气化炉的炉膛中进行气化反应，首先对膜式壁中的循环工质超临界二氧化碳进行加热，气化炉内产生的高温合成气通过废热锅炉再次对超临界二氧化碳进行加热，同时给高温合成气降温，经冷却的合成气离开本系统以作他用；升温后的超临界二氧化碳进入透平做功发电，做功完成后排出的循环工质在回热器中换热降温，随后在换热器中进一步降温，循环工质的温度被降低，再通过压缩机增压，并在回热器中吸收做功后工质的余热，再进入气化炉的膜式壁吸热，即超临界二氧化碳工质吸收炉膛中高温火焰和合成气的辐射热量后，进行带回热的闭式布雷顿循环。为提高系统热效率，可利用气化剂对进入压缩机前的超临界二氧化碳进行冷却，即在换热器中对气化剂进行预热。本技术提供的系统具有很强的适应性和灵活性，具体表现如下：1、原料选择灵活：不限于煤炭，可采用任意含碳燃料，可采用煤、重油、工业废弃物、农林废弃物、生活垃圾等。2、气化技术选择灵活：在气化炉有膜式壁结构的前提下，可采用固定床、流化床或气流床气化炉。3、气化剂选择灵活：不限于氧气，可根据含碳燃料的性质和气化技术的要求选择，可采用空气、氧气或富氧气体等。4、可基于系统整体考虑采用简单、带回热、带压缩等形式的布雷顿循环系统。5、可基于系统整体考虑采用多个换热器对系统热能进行回收利用。附图说明图1为本技术的原理示意图。其中，附图标记为：①气化炉，②废热锅炉，③透平，④回热器，⑤冷却器，⑥压缩机，1含碳燃料，2气化剂，3合成气，4超临界二氧化碳。具体实施方式如图1所示，本技术设计了一种基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统，是带回热的布雷顿循环系统。该系统包括由气化炉①、废热锅炉②、透平③、回热器④、冷却器⑤、压缩机⑥形成的循环回路，所述气化炉①为膜式壁气化炉，所述气化炉①侧壁连接有含碳燃料管道与气化剂管道，分别通入含碳燃料1与气化剂2。该系统的循环回路上设置有循环工质出口一、循环工质出口二、循环工质出口三、循环工质出口四、循环工质出口五、循环工质出口六，循环回路内的循环工质是超临界二氧化碳4；其中：循环工质出口一设置于气化炉①膜式壁结构的出口，循环工质出口一与废热锅炉②连通；循环工质出口二设置于废热锅炉②上，循环工质出口二与透平③连通；循环工质出口三设置于透平③的末端上，循环工质用于做功发电，循环工质出口三与回热器④连通；循环工质出口四设置于回热器④上，回热器④对循环工质进行换热降温，循环工质出口四与冷却器⑤连通；循环工质出口五设置于冷却器⑤上，冷却器⑤对循环工质进一步换热降温，循环工质出口五与压缩机⑥连通；循环工质出口六设置于压缩机⑥上，压缩机⑥提供增压，循环工质出口六与回热器④连通；所述回热器④上还设置有循环工质返回出口，循环工质返回出口连通至气化炉①膜式壁结构的入口。含碳燃料1与气化剂2一同进入膜式壁气化炉①的炉膛中进行气化反应，首先对膜式壁中的循环工质超临界二氧化碳4进行加热，气化炉①内产生的高温合成气3通过废热锅炉②再次对超临界二氧化碳4进行加热，同时给合成气3降温，经冷却的合成气3离开本系统以作他用；升温后的超临界二氧化碳4进入透平③做功发电，做功完成后排出的循环工质在回热器④中换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统，其特征在于：至少包括由气化炉、废热锅炉、透平、回热器、换热器、压缩机形成的循环回路，循环回路上设置有循环工质出口一、循环工质出口二、循环工质出口三、循环工质出口四、循环工质出口五、循环工质出口六，循环回路内的循环工质是超临界二氧化碳；其中：循环工质出口一设置于气化炉膜式壁结构的出口，循环工质出口一与废热锅炉连通；循环工质出口二设置于废热锅炉上，利用废热锅炉继续提高循环工质的温度，同时给合成气降温，循环工质出口二与透平连通；循环工质出口三设置于透平的末端上，循环工质用于做功发电，循环工质出口三与回热器连通；循环工质出口四设置于回热器上，回热器对循环工质进行换热降温，循环工质出口四与换热器连通；循环工质出口五设置于换热器上，换热器对循环工质进一步换热降温，循环工质出口五与压缩机连通；循环工质出口六设置于压缩机上，压缩机提供增压，循环工质出口六与回热器连通；所述回热器上还设置有循环工质返回出口，循环工质返回出口连通至气化炉膜式壁结构的入口。

【技术特征摘要】
1.基于膜式壁气化炉的含碳燃料超临界二氧化碳发电系统，其特征在于：至少包括由气化炉、废热锅炉、透平、回热器、换热器、压缩机形成的循环回路，循环回路上设置有循环工质出口一、循环工质出口二、循环工质出口三、循环工质出口四、循环工质出口五、循环工质出口六，循环回路内的循环工质是超临界二氧化碳；其中：循环工质出口一设置于气化炉膜式壁结构的出口，循环工质出口一与废热锅炉连通；循环工质出口二设置于废热锅炉上，利用废热锅炉继续提高循环工质的温度，同时给合成气降温，循环工质出口二与透平连通；循环工质出口三设置于透平的末端上，循环工质用于做功发电，循环工质出口三与回热器连通；循环工质出口四设置于回热器上，回热器对循环工质进行换热降温，循环工质出口四与换热器连通；循环工质出口五设置于换热器上，换热器对循环工质进一步换热降温，循环工质出口五与压缩机连通；循环工质出口六设置于压缩机上，压缩机提供增压，循环工质出口六与回热器连通；所述回热器上还设置有循环工质返回出口，循环工质返回出口连通至气化炉膜式...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆，唐豪杰，谢斐，吴家桦，
申请(专利权)人：东方电气洁能科技成都有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51