零碳排放热力发电系统的制作方法

本实用新型涉及一种零碳排放热力发电系统，属于发电技术领域。

背景技术：

近年来，我们国家的环境问题比较突出，特别是雾霾、pm2.5、大气污染物、二氧化碳排放等已成为全社会广泛关注的焦点。作为上述环境问题的主要源头之一，基于化石能源的热力发电厂面临极大的减排、去碳压力。2018年10月8日，ipcc发布了《ipcc全球升温1.5℃特别报告》，指出目前全球气温较工业化前水平已经增加了1℃，全球升温1.5℃最快有可能在2030年达到，全球气候行动亟待加速。我国作为有影响力的大国，在1.5℃温控目标上需要加大投入。对于基于化石燃料的热力发电厂，零污染物排放和零碳排放的高效热力发电系统将是未来发电技术的主流。

要实现上述目标，一种可行的技术路线是采用纯氧燃烧，以避免生成nox污染物，并且便于从尾气中分离二氧化碳，二氧化碳是纯氧燃料优选的燃烧气氛。对于固碳方法，人工加速矿物碳酸化固碳安全、稳定、永久，是可大规模用于固碳的方法之一。对于高效发电技术，超临界二氧化碳循环具有系统简化、设备紧凑、维护简便等潜在优势，中、小容量机组适合用于分布式发电。因此，将纯氧燃烧、矿物碳酸化固碳、超临界二氧化碳循环高效发电结合起来，探索新型的零碳排放热力发电系统具有一定的研究价值和现实意义。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是如何实现热力发电系统的零碳排放，已达到更好的综合效益。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种零碳排放热力发电系统，其特征在于：包括主压缩机，主压缩机出口连接低温回热器高压侧进口、矿物碳酸化固碳装置进口及矿物碳酸化固碳装置的二氧化碳加热部件的进口，低温回热器高压侧出口与矿物碳酸化固碳装置的二氧化碳加热部件的出口汇合后连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接高压燃烧室进口，高压燃烧室出口连接高压透平进口，高压透平出口连接低压燃烧室进口，低压燃烧室出口连接低压透平进口，低压透平出口连接高温回热器低压侧进口，发电机与高压透平和低压透平相连；高温回热器低压侧出口连接低温回热器低压侧进口，低温回热器低压侧出口连接冷却分离器工质进口，冷却分离器工质出口连接预热器工质进口，预热器工质出口连接预压缩机进口，预压缩机出口连接中间冷却器工质进口，中间冷却器工质出口连接气化器工质进口，气化器工质出口连接主压缩机进口；

气化器的氧出口和燃料出口分别连接预热器的氧进口和燃料进口，预热器的氧出口和燃料出口分别连接矿物碳酸化固碳装置的氧进口和燃料加热部件进口，矿物碳酸化固碳装置的氧出口和燃料加热部件的出口分别连接高压燃烧室的氧进口和燃料进口，矿物碳酸化固碳装置的氧出口还连接氧透平进口，矿物碳酸化固碳装置的燃料加热部件的出口还连接燃料透平进口，氧透平出口和燃料透平出口分别连接低压燃烧室的氧进口和燃料进口。

优选地，所述气化器的液氧进口连接氧泵。

优选地，所述气化器的液态燃料进口连接燃料泵。

更优选地，所述氧泵、燃料泵、氧透平、燃料透平同轴布置。

优选地，所述主压缩机、预压缩机、高压透平、低压透平和发电机同轴布置。

优选地，所述矿物碳酸化固碳装置内设有固碳原料。

更优选地，所述固碳原料为钙镁硅酸盐矿石。

优选地，所述高压燃烧室的燃料为液化天然气。

优选地，所述低压燃烧室的燃料为液化天然气。

优选地，所述气化器工质出口管路上设置有不凝气体排放口。

上述的零碳排放热力发电系统使用时，步骤为：主压缩机出口的二氧化碳工质分为三路：第一路进入低温回热器高压侧，第二路进入矿物碳酸化固碳装置的二氧化碳加热部件吸收碳酸化反应热，第三路将燃烧产生的多余二氧化碳注入矿物碳酸化固碳装置直接碳酸化反应，低温回热器高压侧和矿物碳酸化固碳装置的二氧化碳加热部件出来的两路二氧化碳工质汇合进入高温回热器高压侧，高温回热器高压侧出来的二氧化碳工质进入高压燃烧室，被加热后进入高压透平膨胀做功，再进入低压燃烧室，被加热后进入低压透平膨胀做功，高压透平和低压透平推动发电机产生电能，低压透平排气依次进入高温回热器低压侧、低温回热器低压侧将余热量传递给高压侧的二氧化碳工质后，再经冷却分离器冷却和除湿，然后经预压缩机增压，预压缩机排出的工质再经中间冷却器和气化器冷凝成液态，最后返回到主压缩机；

液氧和燃料经气化器、预热器、矿物碳酸化固碳装置的氧和燃料加热部件后，一路进入高压燃烧室燃烧，另一路经氧透平和燃料透平膨胀做功后进入低压燃烧室燃烧。

优选地，所述液氧和燃料分别由氧泵和燃料泵增压后进入气化器。

优选地，定期排放气化器二氧化碳工质出口管路中的不凝气体。

优选地，所述零碳排放热力发电系统的容量为1mwe～50mwe。

优选地，所述主压缩机出口工质压力30～50mpa。

优选地，所述碳酸化固碳装置中的反应温度为150～600℃。

优选地，所述高压透平和低压透平进气温度不低于700℃。

优选地，所述高压透平和低压透平排气温度不超过800℃。

优选地，所述低压透平排气压力为4～6mpa。

优选地，所述矿物碳酸化固碳装置的固碳工艺为干法直接矿物碳酸化。

优选地，所述矿物碳酸化固碳装置采用定期更换原料，输出反应产物，并输入新的固碳原料。

本实用新型提供的一种零碳排放热力发电系统适合作为中、小型发电机组，用于分布式发电，相比现有技术，本实用新型提供的一种零碳排放热力发电系统具有如下有益效果：

1、本实用新型系统发电效率高，如果不计入碳酸化反应提供的热量，系统发电效率(电能与燃料燃烧热量之比)可达80％以上，而常规的内燃式发电装置(如：燃气轮机、内燃机)的发电效率在40％左右，先进的燃气-蒸汽联合循环发电效率在60％左右，所以本实用新型系统的高效率优势十分突出。

2、本实用新型系统为零排放，纯氧燃烧避免产生nox，电厂没有烟囱，并且100％固定二氧化碳，矿物碳酸化固碳是一种安全、稳定、永久的固碳方式，并且释放的反应热也被完全利用，所以本实用新型系统的环保效益好，符合未来能源发展趋势。

3、本实用新型系统的经济性较好，超临界二氧化碳循环具有系统简化、设备紧凑、维护方便等优点，设备投资和运行维护费用较低，纯氧的费用可以由发电效率的提高来覆盖，对于自备空分装置的用户，纯氧费用低，固碳装置的投资和原料费用可通过碳补贴覆盖。

附图说明

图1为本实施例提供的零碳排放热力发电系统示意图。

附图标记说明：

1-主压缩机，2-低温回热器，3-固碳装置，4-高温回热器，5-高压燃烧室，6-高压透平，7-低压燃烧室，8-低压透平，9-发电机，10-冷却分离器，11-预热器，12-预压缩机，13-中间冷却器，14-气化器，15-氧泵，16-燃料泵，17-氧透平，18-燃料透平。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

图1为本实施例提供的零碳排放热力发电系统示意图，所述的零碳排放热力发电系统包括主压缩机1，主压缩机1出口分为三路，第一路连接低温回热器2高压侧进口，第二路与矿物碳酸化固碳装置3进口连接，第三路与矿物碳酸化固碳装置3的二氧化碳加热部件的进口连接；低温回热器2高压侧出口与矿物碳酸化固碳装置3的二氧化碳加热部件出口汇合后连接高温回热器4高压侧进口，高温回热器4高压侧出口连接高压燃烧室5进口，高压燃烧室5出口连接高压透平6进口，高压透平6出口连接低压燃烧室7进口，低压燃烧室7出口连接低压透平8进口，低压透平8出口连接高温回热器4低压侧进口，发电机9与高压透平6和低压透平8同轴相连，高温回热器4低压侧出口连接低温回热器2低压侧进口，低温回热器2低压侧出口连接冷却分离器10工质进口，冷却分离器10工质出口连接预热器11工质进口，预热器11工质出口连接预压缩机12进口，预压缩机12出口连接中间冷却器13工质进口，中间冷却器13工质出口连接气化器14工质进口，气化器14工质出口连接主压缩机1进口。

氧泵15和燃料泵16分别连接气化器14液氧和液态燃料进口，气化器14的氧和燃料出口分别连接预热器11的氧和燃料进口，预热器11的氧和燃料出口分别连接矿物碳酸化固碳装置3的氧和燃料加热部件进口，矿物碳酸化固碳装置3的氧和燃料加热部件的出口分别连接高压燃烧室5的氧和燃料进口，矿物碳酸化固碳装置3的氧出口还连接氧透平17进口，矿物碳酸化固碳装置3的燃料加热部件的出口还连接燃料透平18进口，氧透平17出口和燃料透平18出口分别连接低压燃烧室7的氧和燃料进口。

主压缩机1、预压缩机12、高压透平6、低压透平8和发电机9同轴布置。

矿物碳酸化固碳装置3的固碳原料为钙镁硅酸盐矿石。

高压燃烧室5和低压燃烧室7的燃料为液化天然气。

气化器14工质出口管路上设置不凝气体排放口。

上述系统中各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，管道上可布置泵、阀、仪表等，组成系统的其它部分还有辅助设施、电气系统、控制系统、安全系统等。

上述的零碳排放热力发电系统使用时：

主压缩机1出口的高压(35mpa)二氧化碳工质分为三路，第一路进入低温回热器2高压侧，第二路进入矿物碳酸化固碳装置3的二氧化碳加热部件吸收碳酸化反应热，第三路将燃烧产生的多余二氧化碳注入矿物碳酸化固碳装置3直接碳酸化反应，矿物碳酸化固碳装置3中的反应温度约为500℃，低温回热器2高压侧和矿物碳酸化固碳装置3的二氧化碳加热部件出来的两路二氧化碳工质汇合进入高温回热器4高压侧，高温回热器4高压侧出来的二氧化碳工质进入高压燃烧室5，加热至750℃后进入高压透平6膨胀做功，再进入低压燃烧室7，加热至750℃后进入低压透平8膨胀做功，高压透平6和低压透平8推动发电机9产生电能，低压透平8排气(5mpa)依次进入高温回热器4低压侧、低温回热器2低压侧将余热量传递给高压侧的二氧化碳工质后，再经冷却分离器10冷却和除湿，然后经预压缩机12增压，预压缩机12排出工质再经中间冷却器13和气化器14冷凝成液态，最后返回到主压缩机1。

液氧和燃料(液化天然气)由氧泵15和燃料泵16增压至35mpa，经气化器14、预热器11、矿物碳酸化固碳装置3的氧和燃料加热部件，一路进入高压燃烧室5燃烧，另一路经氧透平17和燃料透平18膨胀做功后进入低压燃烧室7燃烧。

定期排放气化器14工质出口管路中的不凝气体。

定期更换矿物碳酸化固碳装置3原料，输出反应产物，并输入新的钙镁碳酸盐矿石。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。