一种零碳排放的多级循环发电集成系统

摘要

本发明公开了一种零碳排放的多级循环发电集成系统。该系统包括了高温烟气一级循环发电系统和低沸点工质二级循环发电系统。在高温烟气一级循环发电系统中，LNG冷能和液氮冷能应用于压缩空气的预冷过程，从而降低空分制氧功耗。液氧冷能应用于燃烧烟气中CO₂的冷凝回收，实现碳捕获的近零功耗过程。在低沸点工质二级循环发电系统中，以LNG作为冷源，环境和燃烧烟气余热作为热源，完成低沸点工质的朗肯循环发电过程，提高了低沸点工质二级循环发电系统的输出电效率。本发明以LNG的O₂/H₂O高压燃烧系统为依托，附加了低沸点工质二级循环发电系统，实现能量的梯级利用，在提高集成系统输出电效率的同时，实现系统碳的零排放。

主权项

一种高温烟气一级循环发电系统，其特征在于，包括空气压缩机(a1)、第一换热器(a2)、精馏塔(a3)、液氧泵(a4)、第二换热器(a5)、第一空温器(a6)、第一LNG泵(a7)、第二空温器(a8)、燃烧器(a9)、第一透平机(a10)、第三换热器(a11)、循环水泵(a12)和气液分离器(a13)；所述第一换热器(a2)的输入端分别与空气压缩机(a1)、第一LNG泵(a7)的输出端以及精馏塔(a3)的液氮输出端相连；第一换热器(a2)的输出端分别与第二空温器(a8)的输入端、精馏塔(a3)的压缩空气输入端以及N₂排放管路相连；所述精馏塔(a3)的液氧输出端还与液氧泵(a4)的输入端相连；所述第二换热器(a5)的输入端分别与液氧泵(a4)的输出端和气液分离器(a13)的气态CO₂输出端相连，第二换热器(a5)的输出端分别与第一空温器(a6)的输入端和液态CO₂收集管路相连；所述燃烧器(a9)的输入端分别与第一空温器(a6)、第二空温器(a8)和第三换热器(a11)的输出端相连，燃烧器(a9)的输出端与第一透平机(a10)的输入端相连；所述第三换热器(a11)的输入端分别与第一透平机(a10)和循环水泵(a12)的输出端相连，第三换热器(a11)的输出端还与所述低沸点工质二级循环发电系统的第六换热器(b8)的输入端相连；所述气液分离器(a13)的输入端与所述第六换热器(b8)的输出端相连，气液分离器(a13)的输出端分两路，一路与循环水泵(a12)的输入端相连，另一路连接排水管路；其中，空气压缩机(a1)用于供应一定压力的压缩空气，满足空分制氧的压力需求；第一换热器(a2)用于低温液氮和LNG与压缩空气换热，对压缩空气进行预冷处理；精馏塔(a3)用于将液态空气分离为液态氮气和液态氧气，分别送给第一换热器(a2)和液氧泵(a4)；液氧泵(a4)用于将液态氧气加压至所需压力后送入第二换热器(a5)；第二换热器(a5)用于液氧泵(a4)送来的液氧和气液分离器(a13)送来的气态CO₂换热，将液氧气化送第一空温器(a6)，将气态CO₂捕获回收，送入CO₂储存装置完成碳捕获过程；第一空温器(a6)用于将气化后的氧气加热至接近环境温度，吸收环境热量以降低系统能耗；第一LNG泵(a7)用于将LNG加压至所需压力，输出满足燃烧器(a9)燃烧需求的LNG；第二空温器(a8)用于将气化后的天然气加热至接近环境温度，吸收环境热量以降低系统能耗；燃烧器(a9)用于完成天然气、氧气和H₂O的燃烧反应，产生高压混合烟气用于做功；第一透平机(a10)用于输出热功；第三换热器(a11)用于乏汽和循环水换热，对进入燃烧器前的H₂O进行预热，提高热能回收率；循环水泵(a12)用于将循环H₂O加压至循环系统所需压力，满足燃烧器(a9)中的燃烧压力需求；气液分离器(a13)用于气态CO₂和液态H₂O的分离；工作中，所述高温烟气一级循环发电系统第一换热器(a2)用于LNG、液氮和压缩空气换热，将LNG冷能和液氮冷能进行充分利用，从而达到降低空分制氧过程的压缩功耗的目的，对富氧燃烧系统实现节能减排，提高系统输出电效率具有重要的意义；第二换热器(a5)用于液氧和气态CO₂换热，通过利用液氧的低温冷能，将气态CO₂捕获回收，取代烟气压缩过程，降低了传统富氧燃烧碳捕获过程的功耗；工作过程中，LNG冷能和空气压缩机(a1)的部分电能转化为低温冷能储存于液态空气中，液态空气分离出的液氧和液氮均含有大量低温冷能，随后又将这部分冷能应用压缩空气的预冷及碳捕获过程，实现冷能的传递连续使用，在一定程度上提高了冷能的利用效率。