一种太阳能辅助燃气蒸汽联合循环的富氧燃烧脱碳集成系统

1.本发明属于节能减排领域，具体地说，特别涉及一种太阳能辅助燃气蒸汽联合循环(natural gas combined cycle，ngcc)的富氧燃烧脱碳集成系统。


背景技术：

2.为应对全球气候变暖，降低碳排放量，我国在《巴黎协定》中提出了“2030年碳达峰2060年碳中和”的“双碳”目标。随着燃气发电的迅速发展和国家对碳捕集技术的日益重视，ngcc(natural gas combined cycle)电站co2的减排需求将不断增加。富氧燃烧+碳封存技术可直接捕集co2实现ngcc电站co2的近零排放，具有大规模应用的潜力。
3.然而富氧燃烧机组的空气分离装置将导致机组厂用电量增多，系统能耗增加，系统效率降低，严重制约富氧燃烧技术的发展。故需要一种绿色、高效的ngcc富氧燃烧脱碳集成系统。


技术实现要素：

4.基于上述分析和实际需求，本发明旨在提供一种太阳能辅助ngcc的富氧燃烧脱碳集成系统。该系统包括4个子系统，分别为：太阳能热发电子系统1、太阳能辅助燃气蒸汽联合循环子系统2、电解水子系统3和co2压缩封存及余热回收子系统4。
5.所述的太阳能热发电子系统1，包括日光反射装置1、塔式太阳能集热器2、热源存储罐3、高温换热器4、热源侧低温换热器5、冷源存储罐6、油泵7、第一汽轮机8、第一凝汽器9、第一凝结水泵10和第一发电机11，日光反射装置1将热量传递给塔式太阳能集热器2，塔式太阳能集热器2出口与热源存储罐3下端入口相连，热源存储罐3上端出口接高温换热器4热源侧入口，高温换热器4热源侧出口与低温换热器5热源侧入口相连，冷源存储罐6下端入口与低温换热器5热源侧出口相连，其上端出口接油泵7入口，油泵7出口与塔式太阳能集热器2入口相连，同时低温换热器5冷源侧与太阳能辅助燃气蒸汽联合循环子系统2相连，高温换热器4冷源侧出口接第一汽轮机8入口，第一汽轮机8排气口与第一凝汽器9入口相连，第一凝汽器9的出口与第一凝结水泵10、高温换热器4冷源侧入口串联，第一汽轮机8与第一发电机11串联，第一凝汽器9的冷凝水和第一发电机11的电能同时与电解水装置12相连。
6.所述电解水子系统3，包括电解水装置12和氢存储罐13，电解水装置12的入口分别引入第一发电机11的电能和第一凝汽器9出口的冷凝水，电解水装置12的出口i与氢存储罐13相连，其出口ii和出口iii则分别与太阳能辅助燃气蒸汽联合循环子系统2和co2压缩封存及余热回收子系统4相连。
7.所述太阳能辅助燃气蒸汽联合循环子系统2，包括氧气压缩机14、燃烧室15、燃气轮机16、第二发电机17、高压缸18、中压缸19、低压缸20、第三发电机21、第二凝汽器22、第二凝结水泵23和余热锅炉24，氧气压缩机14入口与电解水装置12的出口ii相连，氧气压缩机14的出口与燃烧室15入口相连，燃烧室15出口接燃气轮机16入口，燃气轮机16出口与余热锅炉24相连，且氧气压缩机14主轴与燃气轮机16主轴、第二发电机17主轴串联，余热锅炉24
内各蒸汽出口分别与高压缸18、中压缸19和低压缸20的蒸汽入口相连，中压缸19排汽分为两路，一路经低温换热器5冷源侧与低压缸蒸汽入口20相连，另一路与余热锅炉24相连；低压缸20排汽与第二凝汽器22的蒸汽入口相连，第二凝汽器22出口则与第二凝结水泵23入口相连，第二凝结水泵23出口与余热锅炉24相连；余热锅炉24排烟与co2压缩封存及余热回收子系统4相连。
8.所述co2压缩封存及余热回收子系统4，包括烟气换热器25、分离装置26、干燥装置27、第一压缩机28、第一换热器29、第二压缩机30、第二换热器31、第三压缩机32、第三换热器33、第四压缩机34、第四换热器35、电动机36、co2封存单元37串联、分流装置38、换热器39、汇流装置40热用户单元41，分为两个循环，一路是烟气循环：烟气换热器25烟气侧出口与分离装置26入口相连，分离装置26出口分为两股，一股为液相与第一凝汽器9冷凝水入口相连，另一股为气相经干燥装置27进入多级压缩单元，第一压缩机28出口依次与第一换热器29的进口及出口、第二压缩机30的进口及出口、第二换热器31的进口及出口、第三压缩机32的进口及出口、第三换热器33的进口及出口、第四压缩机34的进口及出口、第四换热器35的进口及出口和co2封存单元37串联，第一压缩机28主轴与第二压缩机30主轴、第三压缩机32主轴、第四压缩机34主轴和电动机36主轴串联；另一路是热水循环：热用户单元41出口经管道与烟气换热器25冷水入口相连，烟气换热器25出口工质由分流装置38分成两股，一路与换热器39左侧入口相连，换热器39右侧出口与汇流装置40相连，分流装置38另一股流体的各个支路分别与换热器29、31、33和35左侧入口相连后，汇集于汇流装置40，汇流装置40经管道与热用户单元41入口相连。
9.所述的太阳能辅助ngcc富氧燃烧脱碳系统，其特征在于：塔式太阳能集热器内的工质分别充当蒸汽透平发电循环和中压缸19排汽再热循环的热源，即依次流入高温换热器4和低温换热器5并释放热量。太阳能热发电子系统1中的给水在高温换热器4吸收热量后，进入第一汽轮机8中膨胀做功，随后乏汽在第一凝汽器9中被冷却，以水的形式流入第一给水泵10进行压缩，完成太阳能热发电子系统1蒸汽透平发电循环。同时低温换热器5加热中压缸19的部分排汽。
10.所述的太阳能辅助ngcc富氧燃烧脱碳系统，其特征在于：第一凝汽器9入口处的冷凝水分为两股，一股为分离装置26的液相，另一股为外界补充水，且冷凝水在第一凝汽器9中吸热后，作为电解水装置12的给水，进行电解。将电解水装置12出口ii的氧气经管道送入氧气压缩机14。
11.所述的太阳能辅助ngcc富氧燃烧脱碳系统，其特征在于：中压缸19部分排汽进入低温换热器5中吸热后再进入低压缸20做功，提高了蒸汽在低压缸的做功能力。
12.所述的太阳能辅助ngcc富氧燃烧脱碳系统，其特征在于：热用户41出口的冷水通过烟气换热器25、第一换热器29、第二换热器31、第三换热器33、第四换热器35和换热器39等设备分别吸收余热锅炉24的尾部烟气余热、co2压缩余热以及电解水装置余热，并集中供热给热用户41。
13.本发明的有益效果是：将太阳能热发电系统、太阳能辅助燃气蒸汽联合循环系统、电解水系统和co2压缩封存及余热回收系统结合起来；采用太阳能热发电技术为水电解系统供电制取氧气，减少环境污染及co2排放；太阳能辅助加热中压缸部分排汽，提高了蒸汽作功能力，减少了燃料的消耗量；电解水制氢系统为燃气锅炉创建氧气环境，使燃烧室产物
单一，便于co2捕集；回收三股余热尾部烟气余热、co2压缩余热及电解水单元余热实现供热，实现了能量的梯级利用；本发明可实现热、电、氢多能联供，并向电网输电，优化了能源利用，有效的提高了系统效率。
附图说明
14.图1太阳能辅助的ngcc富氧燃烧脱碳集成系统；
15.附图标记：
[0016]1‑
日光反射装置；2
‑
塔式太阳能集热器；3
‑
热源存储罐；4
‑
高温换热器；5
‑
低温换热器；6
‑
冷源存储罐；7
‑
油泵；8
‑
第一汽轮机；9
‑
第一凝汽器；10
‑
第一凝结水泵；11
‑
第一发电机；12
‑
电解水装置；13
‑
氢存储罐；14
‑
氧气压缩机；15
‑
燃烧室；16
‑
燃气轮机；17
‑
第二发电机；18
‑
高压缸；19
‑
中压缸；20
‑
低压缸；21
‑
第三发电机；22
‑
第二凝汽器；23
‑
第二凝结水泵；24
‑
余热锅炉；25
‑
烟气换热器；26
‑
分离装置；27
‑
干燥装置；28
‑
第一压缩机；29
‑
第一换热器；30
‑
第二压缩机；31
‑
第二换热器；32
‑
第三压缩机；33
‑
第三换热器；34
‑
第四压缩机；35
‑
第四换热器；36
‑
电动机；37
‑
co2封存单元；38
‑
分流装置；39
‑
换热器；40
‑
汇流装置；41
‑
热用户单元。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0018]
本发明设计了一种如图1所示的一种太阳能辅助的ngcc富氧燃烧脱碳集成系统。该系统包括太阳能热发电子系统、太阳能辅助燃气蒸汽联合循环子系统、电解水子系统和co2压缩封存及余热回收子系统。本发明利用塔式太阳能高温热能发电为电解水装置供电，低温热能辅助加热中压缸部分排汽，减少了天然气的消耗量；同时电解水装置产生的氧气用于实现燃气锅炉的富氧燃烧，使燃烧室产物单一，便于co2的捕集；此外回收三股余热(尾部烟气余热、co2压缩余热及电解水装置余热)实现供热，实现了能量的梯级利用；本发明可实现热、电、氢多能联供，并向电网输电，优化了能源利用，有效的提高了系统效率。