基于分级气化的发电系统

本公开涉及火力发电，尤其涉及一种基于分级气化的发电系统。

背景技术：

1、煤炭是最主要的化石燃料来源之一，其发电量在总发电量中的占比接近68％。尽管新能源技术已取得显著进展，煤炭在能源结构中仍扮演着核心角色。

2、目前，传统燃煤电厂普遍采用直接燃烧煤炭的方式，通过燃烧产生的热量生产高温高压蒸汽，进而驱动汽轮机发电。然而，此过程伴随大量污染气体(如二氧化硫、氮氧化物、pm2.5及二氧化碳)的排放，引发严重环境问题，迫切需要研发清洁、高效、低碳的煤炭利用方法。

3、煤气化技术作为一种将煤炭从固体转化为气态清洁燃料的先进技术，已被推广至工业规模应用。但当前煤气化技术存在诸多挑战，包括对氧气的高消耗(导致空气分离单元能耗高)、高温合成气冷却过程的热效率不足，及冷煤气效率低(70％-85％)等。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、针对现有的技术问题，本公开提供一种基于分级气化的发电系统，用于至少部分解决以上技术问题。

3、(二)技术方案

4、本公开提供一种基于分级气化的发电系统，包括：热解器，用于对煤进行热解，得到半焦和气态热解产物，气态热解产物包括热解气和焦油；净化分离器，用于分离热解气和焦油；气化炉，用于对半焦和焦油进行气化，得到合成气；废热锅炉，与气化炉相连接，用于吸收合成气中的热量以对气化剂进行加热，并输出加热后的气化剂到气化炉，以及对热解气进行加热重整，得到重整热解气；燃气轮机，用于对合成气和重整热解气进行燃烧，以膨胀发电；其中，气化剂和热解气均与合成气隔离开。

5、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：第一分流器，与燃气轮机相连接，用于对燃气轮机产生的烟气进行分流，得到第一部分烟气和第二部分烟气；余热锅炉，用于吸收第一部分烟气中的热量以加热水，得到蒸汽；汽轮机，用于使用蒸汽进行发电；其中，第一分流器输出第二部分烟气到热解器，第二部分烟气用于提供煤热解的热量。

6、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：冷凝器，用于对余热锅炉输出的烟气进行冷凝，得到二氧化碳；以及压缩机，用于对二氧化碳进行压缩存储。

7、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：第二分流器，用于对冷凝器输出的二氧化碳进行分流，得到第一部分二氧化碳和第二部分二氧化碳；其中，压缩机用于对第一部分二氧化碳进行压缩存储；第二分流器输出第二部分二氧化碳到燃气轮机，第二部分二氧化碳用于对燃气轮机进行冷却。

8、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：空分器，用于对空气进行分离，得到氧气；其中，燃气轮机采用氧气进行富氧燃烧，得到的烟气的成分包括水和二氧化碳。

9、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：第一混合器，用于对氧气、合成气、重整热解气和第二部分二氧化碳进行混合，得到第一混合物；其中，第一混合物用于在燃气轮机中进行燃烧，以膨胀发电。

10、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：第三分流器，用于对空分器输出的氧气进行分流，得到第一部分氧气和第二部分氧气；其中，第一部分氧气经废热锅炉加热后，输入到气化炉；第二部分氧气输入到燃气轮机或第一混合器。

11、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：第二混合器，用于对第一部分氧气和气化剂进行混合，得到第二混合物；其中，第二混合物经废热锅炉加热后，输入到气化炉。

12、可选地，废热锅炉包括第一工作部和第二工作部；其中，第一工作部用于对第二混合物进行加热；或者第一工作部用于分别对第一部分氧气和气化剂进行加热；第二工作部用于对热解气进行加热重整，得到重整热解气；以及第一工作部内的温度高于第二工作部内的温度。

13、可选地，基于分级气化的发电系统还包括：净化器，用于对废热锅炉输出的合成气进行净化，并输出净化后的合成气到燃气轮机或第一混合器。

14、(三)有益效果

15、与现有技术相比，本公开提供的基于分级气化的发电系统，至少具有以下有益效果：

16、(1)本公开的基于分级气化的发电系统，分别在热解器和气化炉中对煤及其中间产物进行分级气化。这种分级气化方式有效减少了气化过程用于直接燃烧的煤的比例，降低了气化所需氧气量及空分能耗。通过废热锅炉对气化剂进行预热和对热解气的组分重整，提高了合成气的能量，提高了气化效率。

17、(2)本公开的基于分级气化的发电系统，将燃气轮机输出的高温烟气，一部分输入到余热锅炉中生成供汽轮机发电的蒸汽。一部分输入到热解器中将煤热解，提高了热量的利用率，降低了度电成本。

18、(3)本公开的基于分级气化的发电系统，在燃气轮机中通过富氧燃烧富集co2，取消了释放化学能的变换反应过程，提高了化学能的利用效率。同时，生成的烟气中仅含水蒸气和二氧化碳，可以通过冷凝器直接回收二氧化碳，最终实现了煤炭的清洁、高效、低碳利用。

技术特征：

1.一种基于分级气化的发电系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求8所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，所述废热锅炉(4)包括第一工作部和第二工作部；

10.根据权利要求6所述的基于分级气化的发电系统，其特征在于，还包括：

技术总结本公开提供一种基于分级气化的发电系统，包括：热解器，用于对煤进行热解，得到半焦和气态热解产物，气态热解产物包括热解气和焦油；净化分离器，用于分离热解气和焦油；气化炉，用于对半焦和焦油进行气化，得到合成气；废热锅炉，与气化炉相连接，用于吸收合成气中的热量以对气化剂进行加热，并输出加热后的气化剂到气化炉，以及对热解气进行加热重整，得到重整热解气；燃气轮机，用于对合成气和重整热解气进行燃烧，以膨胀发电；其中，气化剂和热解气均与合成气隔离开。本公开的发电系统实现了热能的梯级利用，以及煤炭的清洁、高效和低碳利用。技术研发人员：韩巍,金红光,李济超,宋新阳受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/2/29