一种基于固体吸收剂的双循环IGCC发电系统和方法与流程

一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统和方法
技术领域
1.本发明属于节能减排技术领域，具体属于一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统和方法。


背景技术：

2.整体煤气化联合循环igcc电站是未来重要的洁净煤发电技术，其与co2捕集技术的结合是目前能源领域的研究热点之一。igcc电站可在燃烧前将碳进行脱除。气化炉产生的煤制气经净化后进入水煤气变换单元，其中的co和水蒸气发生水煤气变换反应生成co2和h2，提高气体中co2的含量，而后对其中的co2进行分离。与燃烧后捕集相比，燃烧前捕集所需处理的气体体积大幅度减少，co2浓度显著增大，从而大大降低了分离过程的能耗和设备投资。在目前的技术水平下，燃烧前脱碳技术被视为未来最有前景的脱碳技术之一。
3.常见燃烧前脱碳工艺包括吸收法、吸附法等，通常采用化学或物理吸收剂，在低温条件下将co2进行吸收或吸附，而后吸收剂经加热后再生。膜分离法、固体吸收剂法等工艺，可以在较高温度下干法吸收co2，在减少因co2吸收的引入而引起的igcc系统效率降低方面具有明显优势。
4.传统igcc燃烧前脱碳工艺中，煤气化后合成气的处理过程包括煤气净化、水煤气变换、脱硫、脱碳等众多工艺，流程长，能耗大；igcc采用湿法低温脱碳工艺时，要求合成气先降温进入脱碳单元，脱碳后再升温进入燃烧室，由此过程造成的能量损失大。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统和方法，能够有效提高系统输出功及效率。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统，包括气化反应器和煅烧反应器；
8.所述气化反应器和煅烧反应器形成气化单元，所述气化反应器上设置有蒸汽进口和煤进口，气化反应器的气体出口连通煤气余热锅炉，煤气余热锅炉连通余热锅炉，余热锅炉用于推动汽轮机发电；煤气余热锅炉的气体出口连通燃气轮机；
9.所述煅烧反应器上设置有氧气进口和固体吸收剂进口，所述煅烧反应器的气体出口连通烟气轮机发电，烟气轮机的出口连通烟气余热锅炉，烟气余热锅炉连通余热锅炉；
10.所述气化反应器进行igcc循环，煅烧反应器进行烟气蒸汽联合循环，所述气化反应器和煅烧反应器之间通过固体吸收剂进行循环。
11.优选的，所述固体吸收剂为cao和/或caco3。
12.优选的，还包括空分装置，所述煅烧反应器的氧气进口连通空分装置的氧气出口。
13.优选的，还包括除尘装置，所述除尘装置设置在气化反应器与煤气余热锅炉的气体通道上。
14.优选的，还包括冷凝器，所述冷凝器的入口连接烟气余热锅炉的气体出口，冷凝器
的气体出口连接余热锅炉的入口，冷凝器的液体出口连通外界。
15.优选的，所述煤气余热锅炉的气体出口连接燃气轮机的燃烧室，燃烧室的入口连接压气机的出口，燃气轮机的燃烧室出口连接透平机的入口，透平机的出口连通余热锅炉的入口。
16.优选的，气化反应器的出口气体产物为高温高压富氢燃料气，固体产物为未反应的焦炭、灰和caco3。
17.优选的，所述煅烧反应器的出口气体产物为高温高压富co2气体，固体产物为灰和cao。
18.一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电方法，包括以下过程，
19.气化反应器的气体出口输出富氢燃料气，富氢燃料气进入煤气余热锅炉用于加热来自余热锅炉的热水，产生蒸汽返回余热锅炉过热后推动汽轮机做功，煤气余热锅炉出口的气体作为燃料进入燃气轮机燃烧室；
20.煅烧反应器的气体出口输出富co2气体，富co2气体进入烟气轮机产生功，烟气轮机的气体进入烟气余热锅炉用于加热热水产生蒸汽；烟气余热锅炉产生的蒸汽一部分送入煅烧反应器，另一部分返回燃气轮机联合循环的余热锅炉。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
22.本发明提供一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统，通过设置气化反应器和煅烧反应器形成气化单元，并且气化反应器和煅烧反应器之间通过固体吸收剂进行循环。通过引入固体吸收剂，将原igcc气化炉转变为气化反应器 煅烧反应器，实现co2的源头固化；本发明以煅烧反应器为源头，构建co2烟气蒸汽联合循环，并与igcc循环通过固体吸收剂及水/水蒸气循环相耦合，构建双循环igcc系统；通过设置co2烟气轮机，回收煅烧反应器出口高温高压烟气的压力能，可有效提高系统总输出功及效率；
23.本发明与现有igcc燃烧前碳捕集系统相比，通过在气化源头引入co2固体吸收剂，实现一步捕集co2，将水煤气变换与co2吸收一体化；制取的富氢燃料气经除尘、热回收后直接进入燃气轮机燃烧室，无现有igcc碳捕集系统先降温后升温的过程，减少了热量传递过程中的能量损失；通过增设煅烧反应器、烟气轮机、烟气余热锅炉，构建了烟气蒸汽联合循环，形成了双循环igcc发电系统，可有效提高系统输出功及效率。
附图说明
24.图1为一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统示意图；
25.附图中：1为气化反应器；2为除尘装置；3为煤气余热锅炉；4为燃烧室；5为压气机；6为透平机；7为汽轮机；8为余热锅炉；9为冷凝器；10为烟气余热锅炉；11为烟气轮机；12为煅烧反应器；13为空分装置。
具体实施方式
26.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
27.本发明提供了一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电系统，包括以气化反应器为源头的igcc循环和以煅烧反应器12为源头的烟气蒸汽联合循环，两循环之间通过气化反应
器1及煅烧反应器12之间的固体吸收剂循环、以及余热锅炉8及烟气余热锅炉10之间的水/水蒸气集成进行耦合。
28.气化反应器1和煅烧反应器12形成气化单元，气化反应器1上设置有蒸汽进口和煤进口，气化反应器1的气体出口连通煤气余热锅炉3，除尘装置2设置在气化反应器1与煤气余热锅炉3的气体通道上；煤气余热锅炉3的气体出口连接燃气轮机的燃烧室4，燃烧室4的入口连接压气机5的出口，燃气轮机的燃烧室4出口连接透平机6的入口，透平机6的出口连通余热锅炉8的入口。煤气余热锅炉3连通余热锅炉8，余热锅炉8用于推动汽轮机7发电；冷凝器9的入口连接烟气余热锅炉10的气体出口，冷凝器9的气体出口连接余热锅炉8的入口，冷凝器9的液体出口连通外界；煤气余热锅炉3的气体出口连通燃气轮机；
29.煅烧反应器12上设置有氧气进口和固体吸收剂进口，煅烧反应器12的气体出口连通烟气轮机11发电，煅烧反应器12的氧气进口连通空分装置13的氧气出口。烟气轮机11的出口连通烟气余热锅炉10，烟气余热锅炉10连通余热锅炉8；气化反应器1进行igcc循环，煅烧反应器12进行烟气蒸汽联合循环，气化反应器1和煅烧反应器12之间通过固体吸收剂进行循环。
30.气化反应器1和煅烧反应器12之间通过固体吸收剂(如cao/caco3)的循环，实现co2的捕集和再生。气化反应器1的进料包括煤、来自煅烧反应器12的cao、水蒸气。其中，水蒸气自余热锅炉8抽取。气化反应器1出口气体产物为高温高压富氢燃料气(主要成分为h2)，固体产物为未反应的焦炭、灰、caco3等。煅烧反应器12进口物料包括来自气化反应器1的固体产物、补充的新鲜caco3、来自空分的o2、水蒸气。煅烧反应器12的出口气体产物为高温高压富co2气体，固体产物为灰和cao。
31.本发明提供一种基于固体吸收剂的双循环igcc发电方法，包括以下过程，
32.气化反应器1的气体出口输出富氢燃料气，富氢燃料气经除尘装置2后进入煤气余热锅炉3用于加热来自余热锅炉8的热水，产生蒸汽返回余热锅炉8过热后推动汽轮机7做功。煤气余热锅炉3出口的气体作为燃料进入燃气轮机燃烧室4。
33.煅烧反应器12的出口气体产物为高温高压富co2气体。富co2气体进入烟气轮机11产生功，烟气轮机11的气体进入烟气余热锅炉10用于加热热水产生蒸汽。烟气余热锅炉10出口气体经冷凝器9进行烟气冷凝后，冷凝出其中的水，剩余气体为纯co2，可用于压缩封存。烟气余热锅炉10产生的蒸汽一部分送入煅烧反应器12，另一部分返回燃气轮机联合循环的余热锅炉8。