一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了属于太阳能热发电领域的一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统。该系统主要由太阳能高温热化学甲烷蒸汽重整器、压缩机、回热器、空分装置、燃烧室、燃气透平、储气室等部分组成。在该系统中，聚集的高温太阳能为甲烷的蒸汽重整反应提供热量，产生的合成气经冷凝加压后送入燃烧室燃烧，离开燃烧室的二氧化碳与氧气进入燃气轮机驱动超临界二氧化碳动力循环发电；同时对排气中的二氧化碳进行回收处理，一部分经加压预热后继续参与循环，剩余部分进行碳捕集和封存，实现二氧化碳零排放；多余的合成气储存在储气室内，即时满足发电负荷的需要，克服太阳能辐射强度的变化的影响。化的影响。化的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统


[0001]本技术属于太阳能辅助火力发电领域，特别涉及一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统，具体说是一种基于高温热化学甲烷蒸汽重整的直接燃烧的超临界二氧化碳动力循环发电系统。

技术介绍

[0002]太阳能是储量最丰富的可再生能源，每小时到达地球表面的太阳能几乎可以满足人类目前一年内的能量需求。但是传统的光热、光伏发电受太阳能辐射强度波动性、间歇性的影响较大，为了保证电力的稳定输出，往往需要储能技术。太阳能热化学被认为是一种非常有潜力的将热能转化成化学能的储能方式，其中太阳能热化学甲烷蒸汽重整得到了越来越广泛的探究。甲烷蒸汽重整反应是一个高强度的吸热过程，为太阳能燃料侧集成提供了条件。通过甲烷与水蒸气发生反应生产高热值合成气；太阳能驱动重整反应可有效转化成合成气中稳定的化学能，并可通过高参数的动力循环进行高效利用。合成气与高纯氧燃烧直接加热驱动半封闭式超临界二氧化碳动力循环进行发电。
[0003]合成气与纯氧直接燃烧的半封闭式超临界二氧化碳动力循环，以合成气为燃料，采用纯氧燃烧，燃烧产物为二氧化碳与水，二氧化碳一部分回收参与动力循环，另一部分分离进行碳捕集和分离，实现二氧化碳零排放。
[0004]有鉴于此，本技术提出了一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统，将基于甲烷蒸汽重整的太阳能热化学循环与合成气与纯氧直接燃烧的半封闭式超临界二氧化碳动力循环相耦合，可以克服太阳能波动性、间歇性对发电单元的影响，实现太阳能即时稳定二氧化碳零排放发电，在太阳能热发电领域提供一个新的思路。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提出一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统，其特征在于，甲烷压缩机连接水泵与1号回热器左侧回热管，碟式太阳能集热器连接甲烷蒸汽重整器，1号回热器右侧回热管连接甲烷蒸汽重整器构成回路；1号回热器右侧回热管又连接水分分离器，水分分离器通过合成气冷却器与储气室连接；储气室与水分分离器又通过合成气压缩机与燃烧室连接，空分装置通过氧气压缩机与燃烧室连接，燃烧室与燃气透平、2号回热器右侧回热管、烟气冷却器、酸液分离器、二氧化碳多级压缩机、二氧化碳泵、中间冷却器、二氧化碳高压泵、2号回热器左侧回热管依次串联形成回路；2号回热器左侧回热管又与燃气透平连接；燃气透平连接发电机。
[0006]本技术具有以下优点及有益效果：基于甲烷蒸汽重整的太阳能热化学循环与合成气与纯氧直接燃烧的半封闭式超临界二氧化碳动力循环相耦合，可以克服太阳能波动性、间歇性对发电单元的影响，实现太阳能即时稳定二氧化碳零排放发电，具有以下特点：
[0007](1)太阳能驱动的甲烷蒸汽重整制取合成气，可以进行稳定的储存，克服太阳能波动性和间歇性的影响，即时满足发电负荷的需要。
[0008](2)采用合成气与纯氧燃烧直接加热产气，可有效提高蒸汽透平入口温度，进而提高发电效率；同时对二氧化碳一部分回收参与动力循环，另一部分分离进行碳捕集和分离，实现二氧化碳零排放。
附图说明
[0009]图1为一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统。
[0010]图中：1
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甲烷压缩机，2
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水泵，3
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1号回热器，4
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碟式太阳能集热器，5
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甲烷蒸汽重整器，6
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水分分离器，7
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储气室，8
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合成气冷却器，9
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合成气压缩机，10
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空分装置，11
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氧气压缩机，12
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燃烧室， 13
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燃气透平，14
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发电机，15
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回热器，16
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烟气冷却器，17
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酸液分离器，18
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二氧化碳多级压缩机，19
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二氧化碳泵，20
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中间冷却器， 21
‑
二氧化碳高压泵。
具体实施方式
[0011]本技术提出了一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统，下面结合附图予以说明。
[0012]如图1所示的一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统，其特征在于，甲烷压缩机1连接水泵2与1号回热器3左侧回热管，碟式太阳能集热器4连接甲烷蒸汽重整器5，1号回热器3右侧回热管连接甲烷蒸汽重整器5构成回路；1号回热器3右侧回热管又连接水分分离器6，水分分离器6通过合成气冷却器8与储气室7连接；储气室7与水分分离器6又通过合成气压缩机9与燃烧室12连接，空分装置10通过氧气压缩机11与燃烧室12连接，燃烧室12与燃气透平13、2号回热器15右侧回热管、烟气冷却器16、酸液分离器17、二氧化碳多级压缩机18、二氧化碳泵19、中间冷却器20、二氧化碳泵21、2号回热器15左侧回热管依次串联形成回路；2号回热器15 左侧回热管又与燃气透平13连接；燃气透平13连接发电机14。所述的太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统的原理，其特征在于，经甲烷压缩机1压缩加压后的甲烷与水泵2送来的水混合后进入1号回热器3左侧回热管，碟式太阳能集热器4聚集高温太阳能热到甲烷蒸汽重整器5驱动甲烷蒸汽催化重整反应，产生的高温合成气通往1 号回热器3右侧回热管对甲烷与水的混合物进行预加热，经水分分离器6除水后通过合成气压缩机9送至燃烧室12，同时空分装置10分离出的纯氧，经氧气压缩机11加压后与合成气一同送至燃烧室12， 2号回热器15左侧回热管中的一部分超临界二氧化碳也进入燃烧室 12调节燃气出口温度；高温燃气送至燃气透平13做功，通过发电机 14进行发电；燃气透平13排气进入2号回热器15右侧回热管，对回收的超临界二氧化碳进行加热；随后排气进入烟气冷却器16、酸液分离器17冷凝去除水分，经二氧化碳多级压缩机18、二氧化碳泵19、中间冷却器20压缩加压，一部分被分离并捕集封存起来，另一部分经二氧化碳高压泵21进一步加压后送至2号回热器15左侧回热管参与超临界二氧化碳动力循环；当太阳辐射强度大时，产生的多余合成气可通过合成气冷却器8送至储气室7储存；当太阳辐射强度小时，储气室7储存的合成气可通过合成气压缩机9进入燃烧室12驱动动力循环，维持恒定的发电量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能驱动甲烷湿重整的零排放发电系统,其特征在于，甲烷压缩机(1)连接水泵(2)与1号回热器(3)左侧回热管，碟式太阳能集热器(4)连接甲烷蒸汽重整器(5)，1号回热器(3)右侧回热管连接甲烷蒸汽重整器(5)构成回路；1号回热器(3)右侧回热管又连接水分分离器(6)，水分分离器(6)通过合成气冷却器(8)与储气室(7)连接；储气室(7)与水分分离器(6)又通过合成气压缩机(9)与燃烧室(12)连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：许诚，刘宇浩，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：