一种基于煤气化的太阳能利用系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于煤气化的太阳能利用系统及方法，该系统包括集热器、气化炉、二氧化碳分离系统、燃气轮机发电系统及压缩机；集热器的出口与气化炉的二氧化碳入口相连通，气化炉上设有氧气入口、蒸汽入口、煤入口及灰渣出口，气化炉的出口与二氧化碳分离系统的入口相连通，二氧化碳分离系统的煤气出口与燃气轮机发电系统的入口相连通，二氧化碳分离系统的二氧化碳出口与压缩机的入口相连通，燃气轮机发电系统的烟气出口与烟气冷却分离系统的入口相连通，烟气冷却分离系统的二氧化碳出口与分流装置相连通，分流装置的出口与压缩机入口相连通，压缩机的出口与集热器的入口相连通，该系统能够实现煤气化和太阳能利用进行有机的结合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于煤气化的太阳能利用系统及方法
本专利技术属于太阳能利用领域，涉及一种基于煤气化的太阳能利用系统及方法。
技术介绍
煤炭气化是以煤为原料，以氧气、空气、水蒸气等做气化介质，在高温条件下，通过化学反应将煤中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤气化工艺是煤化工、IGCC、煤炭间接液化等的基础，气化工艺在很大程度上影响煤化工产品的成本和效率。现有的气化工艺大多为自热式气化，即气化过程中没有外界供热，煤与水蒸气进行吸热反应所消耗的热量，是由煤与氧进行的放热反应所提供的，因此在煤气中有相当量的二氧化碳存在。在后续的煤气净化过程中，二氧化碳被洗涤分离出来，目前这些二氧化碳在化肥企业可以部分得到利用，其它企业大多作为废气直接排放，不但增加了碳排放，而且还浪费了碳资源。二氧化碳可以作为气化剂用于煤气化，代替水蒸气，既实现了二氧化碳的利用，又能够减少水的用量，同时实现节能和节水，减少气化废水处理量。太阳能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，可以利用化学反应将太阳能转化为化学能并加以利用。二氧化碳煤气化是吸热反应，通过该反应将太阳能转化为煤气的化学能，便于后续利用。在我国西北地区，太阳能资源丰富，煤炭资源丰富，但是水资源短缺，因此，如果能够开发出一种新的系统，该系统可以将二氧化碳煤气化和太阳能利用进行有机的结合，则会对传统的煤气化和太阳能利用和利用带来巨大变化。但是，目前已公开的报道中，二氧化碳煤气化和太阳能利用大多单独出现，如中国专利CN102899090A介绍了一种二氧化碳作为固定层气化炉气化剂的方法，中国专利CN103468320A介绍了一种二氧化碳煤浆的制备与气化系统，中国专利CN103245087A介绍了一种基于化学链燃烧的间接式中温太阳能热化学储能装置，中国专利CN102721312A介绍了一种太阳能热化学混合储能装置及方法，还未曾有将煤气化和太阳能利用相结合的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于煤气化的太阳能利用系统及方法，该系统能够实现煤气化和太阳能利用进行有机的结合。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于煤气化的太阳能利用系统，包括集热器、气化炉、二氧化碳分离系统、燃气轮机发电系统及压缩机；所述集热器的出口与气化炉的二氧化碳入口相连通，气化炉上设有氧气入口、蒸汽入口、煤入口及灰渣出口，气化炉的出口与二氧化碳分离系统的入口相连通，二氧化碳分离系统的煤气出口与燃气轮机发电系统的入口相连通，二氧化碳分离系统的二氧化碳出口与压缩机的入口相连通，压缩机的出口与集热器的入口相连通。所述气化炉的出口经冷却洗涤系统与二氧化碳分离系统的入口相连通。还包括烟气冷却分离系统和分流装置，烟气冷却分离系统的烟气入口与燃气轮机发电系统的烟气出口相连通，烟气冷却分离系统的二氧化碳出口经分流装置分为两路，其中，一路去二氧化碳封存，另一路与压缩机的入口相连通。还包括用于将太阳光聚焦于集热器上的镜场。所述气化炉上的灰渣出口、氧气入口及二氧化碳入口均设于气化炉的底部，气化炉的煤入口设于气化炉的顶部。所述气化炉为鲁奇加压气化炉。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的基于煤气化的太阳能利用系统在具体工作时，通过集热器利用太阳能对二氧化碳进行加热，并将加热后的二氧化碳作为气化介质输入到气化炉中参与煤气化反应，煤气化反应的产物经二氧化碳分离系统分离，分离出来的煤气直接进入到燃气轮机发电系统中发电，分离出来的二氧化碳经升压后再次进入到集热器中，从而实现煤气化和太阳能利用的有机结合。另外，需要说明的是，本专利技术将二氧化碳作为气化剂可以实现二氧化碳的合理利用，节省煤气化过程中蒸汽的消耗，实现节水，减少气化废水处理量。进一步，当太阳辐射充足时，二氧化碳经过集热器加热后温度高，则向气化炉中通入较少的氧气即可维持气化炉的温度，保证煤气化反应顺利进行。当没有太阳辐射或太阳辐射不足时，则向气化炉中通入较多的氧气，维持气化炉的温度，保证气化反应顺利进行。向后续的燃气轮机发电系统提供煤气。附图说明图1为本专利技术的系统示意图。其中，1为镜场、2为集热器、3为气化炉、4为冷却洗涤系统、5为二氧化碳分离系统、6为燃气轮机发电系统、7为烟气冷却分离系统、8为分流装置、9为压缩机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1，本专利技术所述的基于煤气化的太阳能利用系统，包括集热器2、气化炉3、二氧化碳分离系统5、燃气轮机发电系统6及压缩机9；集热器2的出口与气化炉3的二氧化碳入口相连通，气化炉3上设有氧气入口、煤入口及灰渣出口，气化炉3的出口与二氧化碳分离系统5的入口相连通，二氧化碳分离系统5的煤气出口与燃气轮机发电系统6的入口相连通，二氧化碳分离系统5的二氧化碳出口与压缩机9的入口相连通，压缩机9的出口与集热器2的入口相连通。作为本专利技术的优选实施方式，气化炉3的出口经冷却洗涤系统4与二氧化碳分离系统10的入口相连通。作为本专利技术的优选实施方式，本专利技术还包括烟气冷却分离系统7、分流装置8、以及用于将太阳光聚焦于集热器2上的镜场1，烟气冷却分离系统7的二氧化碳出口经分流装置8分为两路，其中，一路去二氧化碳封存，另一路与压缩机9的入口相连通。作为本专利技术的优选实施方式，气化炉3上的灰渣出口、氧气入口及二氧化碳入口均设于气化炉3的底部，气化炉3的煤入口设于气化炉3的顶部；气化炉3为鲁奇加压气化炉。煤从气化炉3顶部的煤入口进入到气化炉3中，高温高压二氧化碳、氧气从气化炉3的底部进入到气化炉3中，煤在高温高压二氧化碳、氧气的作用下发生气化反应，生成的灰渣从气化炉3的底部排出，生成的煤气从气化炉3的上部排出进入到冷却洗涤系统4，通过冷却洗涤系统4对气化炉3输出的煤气进行降温，并去除其中参杂的灰尘，然后再进入二氧化碳分离系统5中，二氧化碳分离系统5分离出来的煤气进入到燃气轮机发电系统6中，二氧化碳分离系统5分离出来的二氧化碳经压缩机9加压后进入集热器2；燃气轮机发电系统6产生的烟气进入烟气冷却分离系统7，烟气冷却分离系统7中分离出来的二氧化碳经过分流装置8分为两部分，其中，一部分去二氧化碳封存，另一部分经压缩机9加压后进入集热器2，镜场1将太阳光聚焦到集热器2上，高压二氧化碳经过集热器2加热形成高温高压二氧化碳，然后再进入到气化炉3中进行气化反应。当太阳能辐照充足时，高温高压二氧化碳进入气化炉3作为气化剂参与煤气化反应，产生的煤气进入到燃气轮机发电系统6中满足燃气轮机发电系统6的需求。当无太阳能或太阳能辐照强度不足时，高压二氧化碳无法得到加热，为维持气化炉3的正常运转，通过调整分流装置8减少进入到气化炉3中的二氧化碳的量，增加氧气的量，保持气化炉3内气化强度，满足燃气轮机发电系统6的需求，使燃气轮机发电系统6正常工作。需要指出的是，上述实施例只为说明本专利技术的技术构思和特点，具体的实施方法，如气化炉3类型、冷却洗涤系统4的流程、二氧化碳分离系统5中二氧化碳脱除方法等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本专利技术的范围和基本精神。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于煤气化的太阳能利用系统，其特征在于，包括集热器(2)、气化炉(3)、二氧化碳分离系统(5)、燃气轮机发电系统(6)及压缩机(9)；所述集热器(2)的出口与气化炉(3)的二氧化碳入口相连通，气化炉(3)上设有氧气入口、煤入口及灰渣出口，气化炉(3)的出口与二氧化碳分离系统(5)的入口相连通，二氧化碳分离系统(5)的煤气出口与燃气轮机发电系统(6)的入口相连通，二氧化碳分离系统(5)的二氧化碳出口与压缩机(9)的入口相连通，压缩机(9)的出口与集热器(2)的入口相连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于煤气化的太阳能利用系统，其特征在于，包括集热器(2)、气化炉(3)、二氧化碳分离系统(5)、燃气轮机发电系统(6)及压缩机(9)；所述集热器(2)的出口与气化炉(3)的二氧化碳入口相连通，气化炉(3)上设有氧气入口、煤入口及灰渣出口，气化炉(3)的出口与二氧化碳分离系统(5)的入口相连通，二氧化碳分离系统(5)的煤气出口与燃气轮机发电系统(6)的入口相连通，二氧化碳分离系统(5)的二氧化碳出口与压缩机(9)的入口相连通，压缩机(9)的出口与集热器(2)的入口相连通。2.根据权利要求1所述的基于煤气化的太阳能利用系统，其特征在于，所述气化炉(3)的出口经冷却洗涤系统(4)与二氧化碳分离系统(5)的入口相连通。3.根据权利要求1所述的基于煤气化的太阳能利用系统，其特征在于，还包括烟气冷却分离系统(7)和分流装置(8)，烟气冷却分离系统(7)的烟气入口与燃气轮机发电系统(6)的烟气出口相连通，烟气冷却分离系统(7)的二氧化碳出口经分流装置(8)分为两路，其中，一路去二氧化碳封存，另一路与压缩机(9)的入口相连通。4.根据权利要求1所述的基于煤气化的太阳能利用系统及方法，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纯，杨玉，高炜，白文刚，李红智，姚明宇，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61