超临界CO2和燃煤电站脱碳集成及余热利用的发电系统的制作方法

本实用新型属于电站脱碳节能技术领域，特别涉及一种超临界CO2和燃煤电站脱碳集成及余热利用的发电系统。

背景技术：

目前，中国以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构并未改变，CO2排放不可避免，随之而来的温室效应问题日益严重。为减少CO2排放，燃烧后脱碳被广泛认为是相对成熟且具有大规模应用潜力的技术。同时，超临界CO2工质由于化学性质稳定、密度高以及成本低等特点，越来越受到人们的关注。超临界CO2循环也因其良好的工质特性，具有系统简单、设备结构紧凑、可与多种热源系统结合应用等优点。

基于MEA的化学吸收法脱碳过程需要消耗大量热量，同时释放出大量低品位废热，一般来说，脱碳单元所需热量由汽轮机中低压缸连通管的抽汽供给，这意味着脱碳过程将减少系统有效功的输出，造成较高的能效惩罚，并给低压缸的安全性带来一定的影响。为了在实现CO2减排的同时有效降低能效惩罚，以超临界 CO2作为燃煤脱碳单元的余热利用工质，构成CO2循环发电系统，抵消一部分因脱碳抽汽造成的有效功减少；另外，集成第二类吸收式热泵和烟气余热利用两种节能手段，对燃煤脱碳电厂进行优化，这都为脱碳单元余热的利用提供了方向。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足提供一种超临界CO2和燃煤电站脱碳集成及余热利用的发电系统。该系统主要包括燃煤发电子系统、脱碳子系统和 CO2循环发电子系统，其特征在于：锅炉2出口的主蒸汽与高压缸3及中压缸4 的蒸汽入口连接，高压缸3、中压缸4、低压缸5、1#发电机6依次串联；低压缸 5排汽与凝汽器7入口连接，凝汽器7、凝结水泵8、低压加热器组9、除氧器10、给水泵11、高压加热器组12依次串联；低压加热器组9与中压缸4及低压缸5 的低压抽汽连接，除氧器12与中压缸4抽汽连接，高压加热器组14与中压缸4 及高压缸3的高压抽汽连接；中压缸4排汽分为两路，一路与节流阀14、1#CO2加热器24、再沸器20相连，另一路与低压缸5蒸汽入口相连；低温省煤器13 水侧与低压加热器组9、高压加热器组12并联，低温省煤器13烟气侧与空气预热器1烟气侧并联；低温省煤器13出口烟气和空气预热器1出口烟气汇合，经尾部烟气预处理15后与吸收塔16烟气入口相连；吸收塔16底部与富液泵17、贫富液换热器18、再生塔19依次串联；再生塔19底部与再沸器20、贫液泵21、贫富液换热器18、贫液冷却器22、吸收塔16依次串联；再沸器20蒸汽入口分为两路，一路与1#CO2加热器24、节流阀14、中压缸4排汽口相连，另一路与第二类吸收式热泵23吸收器出口相连；再沸器20出口分为两路，一路与凝汽器7 相连，另一路与第二类吸收式热泵23吸收器入口相连；第二类吸收式热泵23再生器和发生器放热水侧入口与1#CO2水媒式换热器26、2#CO2水媒式换热器31的吸热侧出口相连，第二类吸收式热泵23再生器和发生器放热水侧出口与1#CO2水媒式换热器26、2#CO2水媒式换热器31的吸热侧入口相连；再生塔19顶部与 2#CO2加热器25、1#CO2水媒式换热器26、CO2冷却器27的放热侧，CO2–水分离器28依次串联；CO2–水分离器28底部水侧与再生塔19相连，CO2–水分离器28 顶部与1#压缩机29入口相连；1#压缩机29，3#CO2加热器30、2#CO2水媒式换热器31、级间冷却器32的放热侧，2#压缩机33依次串联；2#CO2加热器25吸热侧、 3#CO2加热器30吸热侧、1#CO2加热器24吸热侧、CO2透平34、CO2-空气换热器 36的CO2侧、CO2循环冷却器37、CO2压缩机38串联形成回路；CO2透平34与2# 发电机35连接。

所述脱碳子系统由旁路烟道内低温省煤器(13)水侧入口与凝结水泵(8)出口相连接，低温省煤器(13)水侧出口与高压加热器组(12)水侧出口相连接； CO2-空气换热器(36)与空气预热器(1)连接，CO2透平(34)出口与CO2-空气换热器(36)入口连接；锅炉(2)旁路烟道内空气预热器(1)分别与尾部烟气预处理(15)及低温省煤器(13)连接，尾部烟气预处理(15)与吸收塔(16) 连通。

所述燃煤发电子系统的再沸器20蒸汽入口分为两路，分别与1#CO2加热器 24放热侧出口、第二类吸收式热泵23吸收器出口相连，1#CO2加热器24通过节流阀14与中压缸4和低压缸5连接；第二类吸收式热泵23发生器分别与1#CO2水媒式换热器26和2#CO2水媒式换热器31连接，第二类吸收式热泵23吸收器与再沸器20及凝汽器7连接。

所述CO2循环发电子系统包括2#CO2加热器25、3#CO2加热器30、1#CO2加热器 24、CO2透平34及2#发电机36；CO2透平24与CO2-空气换热器36、CO2循环冷却器37、CO2压缩机36和2#CO2加热器25依次连接。

本实用新型的有益效果为：

1.以超临界CO2作为吸热工质，依据热量品位依次吸收MEA脱碳系统废热和脱碳用抽汽的汽化潜热，驱动CO2透平发电，抵消一部分因脱碳用抽汽而减少的机组有效出功。

2.集成第二类吸收式热泵，吸收CO2吸热工质利用后的MEA脱碳系统废热，替代部分脱碳用汽为再沸器提供热量。

3.利用CO2透平排汽去预热空气，节省出高温烟气余热去加热给水，减少汽轮机回热抽汽。

附图说明

图1为集成超临界CO2和热泵的燃煤脱碳及余热利用发电系统。

图中：1-空气预热器；2-锅炉；3-高压缸；4-中压缸；5-低压缸；6-1#发电机；7-凝汽器；8-凝结水泵；9-低压加热器组；10-除氧器；11-给水泵；12-高压加热器组；13-低温省煤器；14-节流阀；15-尾部烟气处理装置；16-吸收塔；17-富液泵；18-贫富液换热器；19-再生塔；20-再沸器；21-贫液泵；22-贫液冷却器；23-第二类吸收式热泵；24-1#CO2加热器；25-2#CO2加热器；26-1#CO2水媒式换热器；27-CO2冷却器；28-CO2–水分离器；29-1#压缩机；30-3#CO2加热器； 31-2#CO2水媒式换热器；32-级间冷却器；33-2#压缩机；34-CO2透平；35-2#发电机；36-CO2-空气换热器；37-CO2循环冷却器；38-CO2压缩机。

具体实施方式

本实用新型提供了一种超临界CO2和燃煤电站脱碳集成及余热利用的发电系统。下面结合附图对本实用新型进一步予以说明。

如图1所示，该系统包括燃煤发电子系统、脱碳子系统和CO2循环发电子系统；图中，锅炉2出口的主蒸汽与高压缸3及中压缸4的蒸汽入口连接，高压缸3、中压缸4、低压缸5、1#发电机6依次串联；低压缸5排汽与凝汽器7入口连接，凝汽器7、凝结水泵8、低压加热器组9、除氧器10、给水泵11、高压加热器组 12依次串联；低压加热器组9与中压缸4及低压缸5的低压抽汽连接，除氧器12与中压缸4抽汽连接，高压加热器组14与中压缸4及高压缸3的高压抽汽连接；中压缸4排汽分为两路，一路与节流阀14、1#CO2加热器24、再沸器20相连，另一路与低压缸5蒸汽入口相连；低温省煤器13水侧与低压加热器组9、高压加热器组12并联，低温省煤器13烟气侧与空气预热器1烟气侧并联；低温省煤器13出口烟气和空气预热器1出口烟气汇合，经尾部烟气预处理15后与吸收塔16烟气入口相连；吸收塔16底部与富液泵17、贫富液换热器18、再生塔19 依次串联；再生塔19底部与再沸器20、贫液泵21、贫富液换热器18、贫液冷却器22、吸收塔16依次串联；再沸器20蒸汽入口分为两路，一路与1#CO2加热器 24、节流阀14、中压缸4排汽口相连，另一路与第二类吸收式热泵23吸收器出口相连；再沸器20出口分为两路，一路与凝汽器7相连，另一路与第二类吸收式热泵23吸收器入口相连；第二类吸收式热泵23再生器和发生器放热水侧入口与1#CO2水媒式换热器26、2号热泵供热器31的吸热侧出口相连，第二类吸收式热泵23再生器和发生器放热水侧出口与1#CO2水媒式换热器26、2#CO2水媒式换热器31的吸热侧入口相连；再生塔19顶部与2#CO2加热器25、1#CO2水媒式换热器26、CO2冷却器27的放热侧，CO2–水分离器28依次串联；CO2–水分离器28 底部水侧与再生塔19相连，CO2–水分离器28顶部与1#压缩机29入口相连；1# 压缩机29，3#CO2加热器30、2#CO2水媒式换热器31、级间冷却器32的放热侧， 2#压缩机33依次串联；2#CO2加热器25吸热侧、3#CO2加热器30吸热侧、1#CO2加热器24吸热侧、CO2透平34、CO2-空气换热器36的CO2侧、CO2循环冷却器37、 CO2压缩机38串联形成回路；CO2透平34与2#发电机35连接。

所述超临界CO2和燃煤电站脱碳集成及余热利用的发电系统的工作原理包括燃煤发电、脱碳和CO2循环发电：所述燃煤发电是由包括高压缸3、中压缸4、低压缸5和1#发电机6组成的蒸汽轮机发电系统担任的，其中再沸器20蒸汽入口分为两路，分别与1#CO2加热器24放热侧出口、第二类吸收式热泵23吸收器出口相连，即再沸器20热量由两部分提供：一部分是部分中压缸4排汽经节流阀 14降压，1#CO2加热器24冷却至饱和蒸汽后进入再沸器20放热；另一部分是第二类吸收式热泵23发生器吸收1#CO2水媒式换热器26和2#CO2水媒式换热器31 热量，在第二类吸收式热泵23吸收器蒸发部分再沸器20疏水，产生饱和蒸汽进入再沸器20放热；再沸器20的出口也分为两路，一路进入凝汽器7，另一路进入第二类吸收式热泵23吸收器吸收高温热量产生蒸汽。

所述脱碳过程为空气首先进入CO2-空气换热器36被CO2透平34排汽加热，然后经空气预热器1后进入锅炉2；旁路烟道内低温省煤器13水侧入口与凝结水泵 8出口相连接，低温省煤器13水侧出口与高压加热器组12水侧出口相连接，低温省煤器13排烟与空气预热器1排烟汇合后进入尾部烟气预处理15进行除尘、脱硫、脱硝、冷却处理后，进入吸收塔16进行脱碳过程。

所述CO2循环发电是CO2循环工质依次进入2#CO2加热器25、3#CO2加热器30、 1#CO2加热器24，然后进入CO2透平34做功，驱动2#发电机35发电；CO2透平34 排汽首先进入CO2-空气换热器36加热空气，再经CO2循环冷却器37、CO2压缩机 38冷却压缩后回到2#CO2加热器25吸热侧入口。