一种基于超临界CO制造技术

本发明专利技术涉及一种基于超临界CO

【技术实现步骤摘要】
一种基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法
本专利技术涉及一种基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法，属于碳减排和能源

技术介绍
自从工业文明以来，地球大气中的CO2浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO2作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。目前，超临界CO2发电是控制CO2排放的一种新型利用技术，其以超临界状态的CO2为工质，将热源的能量转化为机械能。由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，以其作工质的发电系统可以在620℃温度范围内达到常规蒸汽朗肯循环700℃的效率，受到各国研究者的广泛热捧。从能源结构角度来看，由于短期内人类以化石能源为主要能源的形势不会改变，尤其是我国，煤炭从储量构成到能源消费体系都占绝对主导地位，如何使能源系统环境友好且在分离CO2的同时提高系统利用效率，是控制CO2排放的能源系统研究的主要目的。如公开日为2017年01月11日，公开号为CN106321177A的中国专利中，公开了一种实现CO2分离和捕集的超临界CO2发电装置及方法。煤的化学链燃烧是一种新型燃烧技术，燃料不直接与空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化-还原反应，实现氧的转移，完成燃料化学能的转化过程。由于燃料反应器中，燃料与固体氧载体颗粒反应，从燃料反应器中出来的H2O和CO2没有被N2稀释，CO2浓度较高，不需要专门的CO2分离设备，经过简单的冷凝除去其中的水蒸气即可得到几乎纯净的CO2，实现了零能耗分离CO2，同时由于燃料品位降低到被还原后的金属单质(或低价金属氧化物)的品位，使得燃烧损失降低，提高了燃料燃烧的效率。如公开日为2017年02月22日，公开号为CN106438043A的中国专利中，公开了一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料化学链燃烧发电系统及方法。煤的超临界水热反应是利用超临界水的特殊性质，煤和氧气在超临界水中完全互溶后，形成均相反应体系，在极短的反应时间内煤彻底被氧化，释放出大量的热量，最终产物为CO2、H2O、N2等无害物质，无SO2、NOx等有害气体，有显著的环保优势。该技术属于新型的煤炭洁净燃烧技术，符合当前节能、减排的国际发展趋势。与焚烧法、湿式空气氧化法相比，超临界水氧化技术具有无需催化剂、停留时间短、去除效率高、清洁、广谱等优点。目前还没有一种不仅可以使化学链燃烧系统的能源利用效率提高，同时能够缓解化学链燃烧中载氧体颗粒易烧结问题的基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，不仅可以使化学链燃烧系统的能源利用效率提高，同时能够缓解化学链燃烧中载氧体颗粒易烧结问题的基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统及工作方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：该基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统，包括化学链燃烧系统、水煤浆系统和热电发生系统；所述化学链燃烧系统包括空气反应器、热解炉、燃料反应器和旋风分离器，所述热解炉和空气反应器连接，所述燃料反应器通过管路分别与空气反应器和热解炉连接，所述旋风分离器通过管路分别与空气反应器和燃料反应器连接；所述水煤浆系统分别与化学链燃烧系统和热电发生系统连接；其结构特点在于：还包括超临界水氧化系统，所述超临界水氧化系统包括高压水煤浆泵、超临界水热反应器、预热器、CO2分离器和N2罐，所述高压水煤浆泵和水煤浆系统连接，所述预热器与超临界水热反应器连接，所述超临界水热反应器通过管路分别与高压水煤浆泵、CO2分离器和旋风分离器连接，所述N2罐通过管路分别与CO2分离器和热电发生系统连接。进一步的，本专利技术所述水煤浆系统包括磨煤设备、储水池、水泵、混合罐、胶体磨和储浆罐，所述储水池、水泵、混合罐、胶体磨、储浆罐和高压水煤浆泵依次连接，所述热电发生系统和储水池连接，所述磨煤设备通过管路分别与热解炉和混合罐连接。进一步的，本专利技术所述热电发生系统包括换热器、压缩机、回热器、一级透平、第一发电机、第二发电机、二级透平和余热锅炉，所述燃料反应器、换热器、压缩机、回热器、一级透平、二级透平和余热锅炉依次连接，所述一级透平带动第一发电机，所述二级透平带动第二发电机，所述超临界水热反应器通过管路连接到一级透平和二级透平之间的管路上。进一步的，本专利技术所述热解炉与空气反应器的上部通过一号预制钢板连接，一号预制钢板由3％的石墨与M7C3型碳化物混合基体制成的高铬铸铁制成，厚度3mm，四周用高温耐火砖密封，保证将空气反应器中产生的热量以热传导的方式传递给热解炉，热解炉四周墙身埋设有辅助电加热丝。进一步的，本专利技术所述预热器与超临界水热反应器通过二号预制钢板连接，二号预制钢板由3％的石墨与M7C3型碳化物混合基体制成的高铬铸铁制成，厚度2mm，四周用耐火砖密封，以保证将超临界水热反应器中产生的热量以热传导的方式传递给预热器。一种基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统的工作方法，其特点在于：所述工作方法包括化学链燃烧步骤、水煤浆制作步骤、超临界水氧化反应步骤和热电发生步骤，所述化学链燃烧步骤如下：在惰性气氛下，煤粉进入热解炉，一方面接受来自空气反应器通过一号预制钢板传导的热量，另一方面接受来自四周埋设的辅助电加热丝的加热，在这两部分热量的作用下煤粉充分热解，热解产物包括气体产物与剩余固体残焦；热解的气体产物通过燃料反应器的底部燃料进口进入燃料反应器，与金属载氧体发生还原反应，生成的烟气CO2、H2O通过顶部气体输出口输出进入热电发生系统，冷凝后的水进入储水池，而CO2则被用来发电；而被还原后的金属载氧体则通过底部侧面的载氧体出口进入空气反应器，与通过底部空气入口进入的空气发生氧化反应，接着被氧化后的载氧体在烟气的携带下进入旋风分离器；载氧体与烟气在旋风分离器中实现气固分离，分离后的载氧体通过旋风分离器的底部料腿进入燃料反应器，从而完成金属载氧体的一次循环。进一步的，本专利技术所述水煤浆制作步骤如下：热解后的剩余固体残焦进入磨煤设备，在焦炭环辊磨的作用下，粉末状的残焦从磨煤设备输出，通过煤粉输入口进入混合罐，在搅拌器的作用下，与储水池输出的水预混合；残焦和水形成的胶状流体通过混合罐的输出口进入胶体磨，在转齿和定齿的高速旋转下进一步混合均匀制成水煤浆，进入储浆罐。进一步的，本专利技术所述超临界水氧化反应步骤如下：高压水煤浆泵将储浆罐中的水煤浆加压至工作压力，打入超临界水热反应器，燃料与来自预热器的一次风及来自旋风分离器顶部气体输出口的二次风依次发生反应，其中一次风是空气在预热器中接受超临界水热反应器通过二号预制钢板的传导热预热后形成的；反应生成的烟气分两部分通过顶部气体出口输出，其中一部分通过第一支路输出到CO2分离器，纯净的CO2进入热电发生系统的压缩机，另一部分通过第二支路输出到热电发生系统的二级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超临界CO

【技术特征摘要】
1.一种基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统，包括化学链燃烧系统、水煤浆系统和热电发生系统；所述化学链燃烧系统包括空气反应器（1）、热解炉（2）、燃料反应器（3）和旋风分离器（4），所述热解炉（2）和空气反应器（1）连接，所述燃料反应器（3）通过管路分别与空气反应器（1）和热解炉（2）连接，所述旋风分离器（4）通过管路分别与空气反应器（1）和燃料反应器（3）连接；所述水煤浆系统分别与化学链燃烧系统和热电发生系统连接；所述水煤浆系统包括磨煤设备（6）、储水池（7）、水泵（8）、混合罐（9）、胶体磨（10）和储浆罐（11），所述储水池（7）、水泵（8）、混合罐（9）、胶体磨（10）、储浆罐（11）和高压水煤浆泵（12）依次连接，所述热电发生系统和储水池（7）连接，所述磨煤设备（6）通过管路分别与热解炉（2）和混合罐（9）连接；其特征在于：还包括超临界水氧化系统，所述超临界水氧化系统包括高压水煤浆泵（12）、超临界水热反应器（13）、预热器（14）、CO2分离器（15）和N2罐（16），所述高压水煤浆泵（12）和水煤浆系统连接，所述预热器（14）与超临界水热反应器（13）连接，所述超临界水热反应器（13）通过管路分别与高压水煤浆泵（12）、CO2分离器（15）和旋风分离器（4）连接，所述N2罐（16）通过管路分别与CO2分离器（15）和热电发生系统连接。


2.根据权利要求1所述的基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统，其特征在于：所述热电发生系统包括换热器（18）、压缩机（19）、回热器（20）、一级透平（21）、第一发电机（22）、第二发电机（23）、二级透平（24）和余热锅炉（25），所述燃料反应器（3）、换热器（18）、压缩机（19）、回热器（20）、一级透平（21）、二级透平（24）和余热锅炉（25）依次连接，所述一级透平（21）带动第一发电机（22），所述二级透平（24）带动第二发电机（23），所述超临界水热反应器（13）通过管路连接到一级透平（21）和二级透平（24）之间的管路上。


3.根据权利要求1所述的基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统，其特征在于：所述热解炉（2）与空气反应器（1）的上部通过一号预制钢板（5）连接，一号预制钢板（5）由石墨与M7C3型碳化物混合基体制成的高铬铸铁制成，厚度3mm，四周用高温耐火砖密封，保证将空气反应器（1）中产生的热量以热传导的方式传递给热解炉（2），热解炉（2）四周墙身埋设有辅助电加热丝。


4.根据权利要求1所述的基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统，其特征在于：所述预热器（14）与超临界水热反应器（13）通过二号预制钢板（17）连接，二号预制钢板（17）由石墨与M7C3型碳化物混合基体制成的高铬铸铁制成，厚度2mm，四周用耐火砖密封，以保证将超临界水热反应器（13）中产生的热量以热传导的方式传递给预热器（14）。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于超临界CO2耦合化学链燃烧与超临界水热反应的热电联产系统的工作方法，其特征在于：所述工作方法包括化学链燃烧步骤、水煤浆制作步骤、超临界水氧化反应步骤和热电发生步骤，所述化学链燃烧步骤如下：
在惰性气氛下，煤粉进入热解炉（2），一方面接受来自空气反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕龙，何子春，邓宇强，章琎，曹森，孟劼，李养俊，张强，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33