超临界CO2集成发电系统的制作方法

文档序号:19929444发布日期:2020-02-14 19:25
超临界CO2集成发电系统的制作方法

本实用新型涉及超临界co2发电技术领域,具体而言,涉及一种超临界co2集成发电系统。



背景技术:

能源问题已逐渐成为制约中国经济和社会发展的重要因素,目前中国主要的电力来源是火力发电(锅炉+汽轮机),该能量转换系统采用的工质是水-水蒸汽。近年来,采用超临界二氧化碳(s-co2)作为工质的动力循环在全球范围内逐渐成为研究热点,其优良特性对节能减排和新能源产业(尤其是太阳能热发电和核能)具有颠覆性的意义,应用前景十分广阔。

超临界二氧化碳(supercritical-co2,s-co2)形成的先进电力循环系统,其主要的核心部件包括压缩机、透平、回热器、冷却装置、吸热装置等。该系统可以实现较高的超越传统的蒸汽轮机的热电转换效率。处于超临界状态下的co2具有高的流动密度和传热性,且粘度低,可以大大减小系统中涡轮机械和换热器的结构尺寸,降低运行维护成本。超临界co2系统可应用于核能、矿石燃料、太阳能和地热发电,也可衍生于工业废热回收等,在提高发电效率、节省能源、减小发电系统体积和重量等诸多方面均有优势。

当前采用超临界co2布雷顿循环发电相对于常规煤炭的火力发电效率已经很高,其利用co2循环发电。参见图1,现有的超临界co2发电系统通常以气化后的超临界co2作为进入膨胀机1'做功的低温气体,同时为了提高进气量和做功量,继而达到提高发电效率的目的,通常采用燃烧室2'排放的烟气作为高温气体与超临界co2一并引入至膨胀机1'中做功;同时,将膨胀机1'排出的气体作为换热介质,与超临界co2液体在回热器3'中进行换热,以使超临界co2液体气化;回热器3'换热介质排出口与水分离器4'相连接,对换热介质收集并分离,分离出的水和部分co2由排出口排放,剩下的co2气体进入压缩机5',压缩机5'对其加压,然后再通过冷却器6'冷却后,气态co2变为液态co2,液态co2由加压泵7'加压后重新进入回热器3',开始新的循环。

可以看出,co2气体需要通过压缩机5'提升压力后,进行冷却和液化,液化后再通过加压泵7'加压。常规冷却系统采用空气冷却或水冷却,冷却后的co2温度为常温或者高于常温,但冷却后的co2与烟气之间的温差过小,为了提高发电量还要降低冷却后的co2温度,这就需要更高的能耗投入。此外,在整个循环中压缩机5'和加压泵7'均需要消耗发电系统自身的电力,继而降低了发电系统整体的发电效率。



技术实现要素:

鉴于此,本实用新型提出了一种超临界co2集成发电系统,旨在解决目前采用超临界co2经冷却器后的气体作为低温气体、燃烧室排放的烟气作为高温气体通入至膨胀机中进行做功发电时,由于两种气体温差较小而导致的发电效率低的问题。

本实用新型提出了一种超临界co2集成发电系统,该系统包括:第一膨胀机;第一回热器,第一回热器的进气口与第一膨胀机的出气口相连接,用于接收第一膨胀机输出的换热介质;第一回热器的出口与第一膨胀机的第一进气口相连通;低温甲醇洗装置,低温甲醇洗装置的出液口与第一回热器的冷源入口相连通,低温甲醇洗装置输出的co2与换热介质在第一回热器内进行换热。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,低温甲醇洗装置的出液口通过第一输送泵与第一回热器的冷源入口相连通。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,第一输送泵通过第二输送泵与低温甲醇洗的入口相连通,并且,第二输送泵的输送压力大于第一输送泵的输送压力。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,第一膨胀的叶片的材质为ni基超合金及陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、金属间化合物或难熔金属硅化物基复合材料。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,第一回热器的出口设置有温度控制装置。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统,还包括:分离器,分离器的进口与第一回热器的出口相连通,分离器的出气口与第一膨胀机的第一进气口相连接通,分离器用于接收并分离第一回热器输出的气液混物,以及将分离得到的气体输送至第一膨胀机。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,还包括:第二回热器,第二回热器的进气口与第一膨胀机的出气口相连通,第二回热器的第一出气口与第一回热器的进气口相连通;分离器的出液口与第二回热器的进液口相连通。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统,还包括:第二膨胀机,第二膨胀机的进气口与第二回热器的第二出气口相连通。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,第二膨胀机的出气口与第一膨胀机的第二进气口相连通。

进一步地,上述超临界co2集成发电系统中,第一膨胀机的第三进气口与燃烧室的出气口相连通,用于接收燃烧室输出的烟气。

本实用新型中,来自低温甲醇洗装置的co2流体的温度要比现有技术采用冷却器制备的超临界co2的温度低很多,可与换热介质进行更大程度的换热,从而使第一回热器2排放的co2的温度进一步降低,即使系统排放的废气温度进一步降低,则进入第一膨胀机1内的高温烟气与系统排放的废气的温差会增大,即提高了系统高温烟气与排气的温差,从而带来较大的传热推动力,提高了系统的发电效率;同时,由于传热推动力提到了提高,所以第一回热器的体积也可比现有技术技术中的回热器小,既节省了较大体积的回热器的设备资金投入,还节省了压缩机、冷却器和加压泵的对系统自身电力的消耗,进一步提高了整个系统的发电效率,同时引用了低温甲醇洗装置的co2冷流,实现煤化工、合成氨等装置的发电多联产,提高了生产装置的灵活性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:

图1为现有技术中超临界co2发电系统的结构示意图;

图2为本实用新型实施例提供的超临界co2集成发电系统的结构示意图;

图3为本实用新型实施例提供的超临界co2集成发电系统的又一结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图2,图中示出了本实施例提供的超临界co2集成发电系统的优选结构。如图所示,该系统包括:第一膨胀机1、第一回热器2和低温甲醇洗装置3。其中,第一膨胀机1的第三进气口14与燃烧室5的出气口51相连通,从而接收燃烧室5输出的高温烟气。第一膨胀机1的出气口11与第一回热器2的进气口21相连通,第一回热器2接收第一膨胀机1输出的气态换热介质,该气态换热介质为co2。低温甲醇洗装置3的出液口31直接与第一回热器2的冷源入口23相连通,低温甲醇洗装置3的低温液态co2进入第一回热器2内,与换热介质进行换热。第一回热器2的出口22与第一膨胀机1的第一进气口12相连通,换热后的气体经由第一回热器2的出口22和第一膨胀机1的第一进气口12进入第一膨胀机1,并与高温烟气共同在第一膨胀机1内做功,从而使第一膨胀机1输出电力。

本实施例中,来自低温甲醇洗装置3的co2流体的温度要比现有技术采用冷却器制备的超临界co2的温度低很多,可与换热介质进行更大程度的换热,从而使第一回热器2排放的co2的温度进一步降低,即使系统排放的废气温度进一步降低,则进入第一膨胀机1内的高温烟气与系统排放的废气的温差会增大,即提高了系统高温烟气与排气的温差,从而带来较大的传热推动力,提高了系统的发电效率;同时,由于传热推动力提到了提高,所以第一回热器2的体积也可比现有技术技术中的回热器3'小,既节省了较大体积的回热器的设备资金投入,还节省了压缩机5'、冷却器6'和加压泵7'的对系统自身电力的消耗,进一步提高了整个系统的发电效率,同时引用了低温甲醇洗装置3的co2冷流,实现煤化工、合成氨等装置的发电多联产,提高了生产装置的灵活性。

上述实施例中,低温甲醇洗装置3的出液口31通过第一输送泵4与第一回热器2的冷源入口23相连通,从而为co2流体提供输送动力。第一输送泵4和第一回热器2之间还可增设第二输送泵(图中未示出),即第一输送泵4通过第二输送泵与第一回热器2的冷源入口23相连通,且第二输送泵的输送压力大于第一输送泵4的输送压力,以进一步提高低温co2的压力,继而提高第一膨胀机1的第三进气口14处的低温co2的压力,从而提高第一膨胀机1做功效率和发电量。具体实施时,第二输送泵为低温输送泵。

由于进入第一膨胀机1的低温co2气体的温度比现有技术的低,根据第一膨胀机1所能够承受的工作介质的温度差,为了进一步提高第一膨胀机1的做功量,高温烟气的温度可以进一步提高,因此,为了匹配温度更低的co2气体和温度更高的高温烟气,需要对第一膨胀机1的叶片的材质进行改进,材质优选ni基超合金及陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、金属间化合物或难熔金属硅化物基复合材料,以进一步提升叶片的抗高温的能力和使用寿命。

第一回热器2的出气22设置有温度控制装置,具体为具有温度感应的开关,和/或温度测定探头,从而精确的控制第一回热器2的出口22的温度,对进入第一膨胀机1的高温烟气的参数进行补偿,以保证进入第一膨胀机1的高温烟气的参数波动对第一膨胀机1的叶片的温度冲击不大,提高第一膨胀机1的运行稳定性和运行寿命。

参见图3,超临界co2集成发电系统还包括:分离器6。分离器6的进口61与第一回热器2的出口22相连通,分离器6的出气口62与第一膨胀机1的第一进气口12相连通,来自低温甲醇洗装置3的低温co2经过第一回热器2换热后,气液混合物进入分离器6进行气液分离,高温烟气与分离得到的气体进入第一膨胀机1做功发电。

上述实施例中,还包括:第二回热器7和第二膨胀机8。第二回热器7的进气口71与第一膨胀机1的出气口11相连通,第二回热器7的第一出气口72与第一回热器2的进气口21相连通,分离器6的出液口63与第二回热器7的进液口73相连通,第二膨胀机8的进气口81与第二回热器7的第二出气口74相连通。分离器6分离得到的液体经分离器6的出液口63进入第二回热器7,并被第一膨胀机1的出气口11输出至第二回热器7内的气体加热为气相,该气相经第二回热器7的第二出气口74和第二膨胀机8的进气口81进入第二膨胀机8做功发电。通过控制第一回热器2的出口22的温度、气相组成或气化分率来对第一膨胀机1和第二膨胀机8的做功工质进行分配,以平衡第一膨胀机1和第二膨胀机8的运行效率和稳定性。

第二膨胀机8的出气口82与第一膨胀机1的第二进气口13相连通,由于第二膨胀机8的出口气82体温度较低,可以与分离器6的出气口62的低温气体汇合后进入第一膨胀机1,从而进一步提高进入第一膨胀机1的工质的数量,以提升第一膨胀机1的发电效率。

由于来自低温甲醇洗装置3的co2,在换热后又通过分离器6对其进行了气液分离处理,分离得到的气体和液体分别进行发电做功,不用考虑对超临界co2集成发电的温度进行精确控制,减少了对第一回热器2的出口22温度控制精度的要求,操作更为简单,同时,由于第一回热器2和第二回热器7所形成两级回热,所以对第一回热器2和第二回热器7的体积要求更低,有利于降低生产成本,另外,经过两级回热后,超临界co2集成发电系统排放的co2温度更低,即系统排放的废气温度更低,因此不需要再对其进行回收处理或者降温处理,可直接排放,降低了设备成本。

综上,本实施例中,来自低温甲醇洗装置3的co2流体的温度要比现有技术采用冷却器制备的超临界co2的温度低很多,可与换热介质进行更大程度的换热,从而使第一回热器2排放的co2的温度进一步降低,即使系统排放的废气温度进一步降低,则进入第一膨胀机1内的高温烟气与系统排放的废气的温差会增大,即提高了系统高温烟气与排气的温差,从而带来较大的传热推动力,提高了系统的发电效率;同时,由于传热推动力提到了提高,所以第一回热器2的体积也可比现有技术技术中的回热器3'小,既节省了较大体积的回热器的设备资金投入,还节省了压缩机5'、冷却器6'和加压泵7'的对系统自身电力的消耗,进一步提高了整个系统的发电效率,同时引用了低温甲醇洗装置3的co2冷流,实现煤化工、合成氨等装置的发电多联产,提高了生产装置的灵活性。

显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

再多了解一些
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