一种热量综合利用的联合系统的制作方法

本发明涉及一种热量综合利用的联合系统，属于火力发电技术领域。

背景技术

传统的燃煤发电汽轮机的回热系统是在朗肯循环的基础上加入回热抽汽，提高了整个吸热过程的平均温度，使循环效率提高。为了提高循环效率，目前的燃煤发电机组不断向大功率、高参数发展，甚至是增加了再热次数，回热循环的效率已经被提到50%附近。为了进一步提高循环效率，汽轮机的回热循环还与燃气轮机结合起来，组成了燃气——蒸汽联合循环，循环效率目前已经达到60%。

在燃煤发电机组的回热循环里，汽轮机的进汽温度一般要超过400℃，现在的大型高参数机组进汽温度更是提高到615℃-630℃。燃气轮机的进汽温度更高，达1350℃-1600℃。二氧化碳的临界点较低，其临界点为30.98℃、7.378mpa，可以使用31℃以上的热源。在电厂系统中，有废热、余热和不容易被利用的热量，本发明有效实现电厂热量的梯级利用。

有研究证明在温度超过450℃时，超临界二氧化碳布雷顿循环较蒸汽的朗肯循环有更高的效率，所以在温度高于450℃时，在传统的燃煤发电汽轮机的系统中再引入超临界二氧化碳发电系统是很有意义的。

本发明不同于其他热力循环系统，首次将超临界二氧化碳布雷顿循环引入燃煤机组的系统里，不管是加在汽轮机的回热循环中还是加在锅炉侧的余热利用中，均具有不小的经济价值。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种热量综合利用的联合系统，本发明采用了二氧化碳透平，并利用汽轮机发电机组的回热系统中的设备提供加热二氧化碳的热源，被加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平做功。

本发明采用的技术方案如下：

一种热量综合利用的联合系统，包括具有回热系统的汽轮机发电机组和二氧化碳透平；汽轮机发电机组的回热系统中设有用于加热二氧化碳的二氧化碳加热装置，被二氧化碳加热装置加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平做功。本发明采用了二氧化碳透平，并利用汽轮机发电机组的回热系统中的设备提供加热二氧化碳的热源，被加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平做功。

本发明的一种热量综合利用的联合系统，所述汽轮机发电机组的回热系统包括锅炉、主汽轮机、由多个高压加热器串联组成的高压加热器组和由多个低压加热器串联组成的低压加热器组，所述主汽轮机的进汽来自锅炉、主汽轮机用于驱动第一发电机，高压加热器组的进汽通过管路来自主汽轮机、低压加热器组的进汽通过管路来自主汽轮机，所述高压加热器组与低压加热器组用于加热通向锅炉的水，高压加热器组靠近锅炉。

本发明对二氧化碳加热装置设计了可供选择的四种形式：

本发明的二氧化碳加热装置第一种形式：进一步的，所述高压加热器组与主汽轮机之间的管路上设有外置式蒸汽冷却器，所述外置式蒸汽冷却器作为二氧化碳加热装置，二氧化碳被外置式蒸汽冷却器加热后的通过管路进入二氧化碳透平做功。

本发明的二氧化碳加热装置第二种形式：进一步的，所述高压加热器组中的1个或多个高压加热器作为二氧化碳加热装置，作为二氧化碳加热装置的高压加热器的进气为二氧化碳，二氧化碳被该高压加热器加热后通过管路进入二氧化碳透平做功；所述高压加热器组中的其余高压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机。

本发明的二氧化碳加热装置第三种形式：进一步的，所述低压加热器组中的1个或多个低压加热器作为二氧化碳加热装置，作为二氧化碳加热装置的低压加热器的进气为二氧化碳，二氧化碳被该低压加热器加热后通过管路进入二氧化碳透平做功；所述低压加热器组中的其余低压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机。

本发明的二氧化碳加热装置第四种形式：进一步的，所述二氧化碳加热装置为设置于锅炉的废热管路上的热交换器，二氧化碳被二氧化碳加热装置加热后通过管路进入二氧化碳透平做功。

作为本发明的二氧化碳加热装置第二、第三或第四种形式的可选择设计，进一步的，所述高压加热器组与主汽轮机之间的管路上设有外置式蒸汽冷却器，所述外置式蒸汽冷却器用于加热通向锅炉的水。

本发明的一种热量综合利用的联合系统，所述二氧化碳透平有1个或多个。

本发明的一种热量综合利用的联合系统，所述二氧化碳透平用于驱动第二发电机。

本发明的一种热量综合利用的联合系统，所述汽轮机发电机组为二次再热机组或一次再热机组。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种热量综合利用的联合系统，本发明由燃煤发电厂的常规的具有回热系统的汽轮机发电机组和二氧化碳透平共同组成的系统,利用汽轮机发电机组的回热系统中的设备提供加热二氧化碳的热源，被加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平做功。二氧化碳透平使用超临界二氧化碳布雷顿循环，或将燃煤发电厂的低品质余热进行利用，有效实现电厂热量的梯级利用；或将燃煤发电厂的高品质热量进行利用，提高整个电厂的循环效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是实施例一的示意图，其中，外置式蒸汽冷却器作为二氧化碳加热装置，汽轮机发电机组为二次再热机组；

图2是实施例二的示意图，其中，一部分高压加热器作为二氧化碳加热装置，汽轮机发电机组为二次再热机组；

图3是实施例三的示意图，其中，一部分低压加热器作为二氧化碳加热装置，汽轮机发电机组为二次再热机组；

图4是实施例四的示意图，其中，二氧化碳加热装置为设置于锅炉的废热管路上的热交换器，汽轮机发电机组为二次再热机组；

图5是实施例五的示意图，其中，外置式蒸汽冷却器作为二氧化碳加热装置，汽轮机发电机组为一次再热机组；

图6是实施例六的示意图，其中，一部分高压加热器作为二氧化碳加热装置，汽轮机发电机组为一次再热机组；

图7是实施例七的示意图，其中，一部分低压加热器作为二氧化碳加热装置，汽轮机发电机组为一次再热机组；

图8是实施例八的示意图，其中，二氧化碳加热装置为设置于锅炉的废热管路上的热交换器，汽轮机发电机组为一次再热机组。

图中标记：1-超高压缸、2-高压缸、3-中压缸、4-低压缸、5-第一发电机、6-锅炉、7-二氧化碳透平、8-外置式蒸汽冷却器、9-第二发电机、10-高压加热器组、11-除氧器、12-低压加热器组、13-凝汽器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

如图1所示，本实施例的一种热量综合利用的联合系统，包括具有回热系统的汽轮机发电机组和二氧化碳透平7；汽轮机发电机组的回热系统中设有用于加热二氧化碳的二氧化碳加热装置，被二氧化碳加热装置加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平7做功。本发明采用了二氧化碳透平，并利用汽轮机发电机组的回热系统中的设备提供加热二氧化碳的热源，被加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平做功。

进一步的，所述汽轮机发电机组的回热系统包括锅炉6、主汽轮机、由多个高压加热器串联组成的高压加热器组10和由多个低压加热器串联组成的低压加热器组12，所述主汽轮机的进汽来自锅炉6、主汽轮机用于驱动第一发电机5，高压加热器组10的进汽通过管路来自主汽轮机、低压加热器组12的进汽通过管路来自主汽轮机，所述高压加热器组10与低压加热器组12用于加热通向锅炉6的水，高压加热器组10靠近锅炉6。可供选择的，高压加热器组10与低压加热器组12中的加热器都是表面式加热器。

进一步的，所述高压加热器组10与主汽轮机之间的管路上设有外置式蒸汽冷却器8，所述外置式蒸汽冷却器8作为二氧化碳加热装置，二氧化碳被外置式蒸汽冷却器8加热后的通过管路进入二氧化碳透平7做功。本实施例中，外置式蒸汽冷却器8中流通的两路换热介质是：一路流通的是从主汽轮机流向高压加热器组10的高温蒸汽，另一路通入的是二氧化碳，二氧化碳与高温蒸汽在外置式蒸汽冷却器8中进行了热交换，二氧化碳被加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功。作为优选，从二氧化碳透平7排出的二氧化碳被二氧化碳加压泵通入外置式蒸汽冷却器8，进行循环利用。

进一步的，所述二氧化碳透平7有1个或多个。

进一步的，所述二氧化碳透平7用于驱动第二发电机9。当然二氧化碳透平7还可以用于驱动其他机械设备。

进一步的，所述汽轮机发电机组为二次再热机组。

本实施例中，如图1所示，主汽轮机包括超高压缸1、高压缸2、中压缸3和低压缸4。高压加热器组10有5个高压加热器，其中，第1个高压加热器的进汽通过管路来自超高压缸1的排汽、第2、3个高压加热器的进汽通过管路来自高压缸2的抽汽、第4个高压加热器的进汽通过管路来自高压缸2的排汽、第5个高压加热器的进汽通过管路来自中压缸3的抽汽。低压加热器组12有5个低压加热器，第1个低压加热器的进汽通过管路来自中压缸3的排汽、第2、3、4和5个低压加热器的进汽通过管路来自低压缸4的抽汽。如图1所示，汽轮机发电机组的回热系统的工作原理是：通过管路通向锅炉6的水依次流经低压加热器组12（从第5个低压加热器依次流向第1个低压加热器）、除氧器11、给水泵（未标记，给水泵连接于除氧器11与高压加热器组10之间）、高压加热器组10（从第5个高压加热器依次流向第1个高压加热器）、然后进入锅炉6；水被锅炉6加热为高温高压蒸汽通过管路进入超高压缸1，超高压缸1的排汽通过管路分为二路，第一路为第1个高压加热器的进汽，第二路进入锅炉6再热后进入高压缸2；第2、3个高压加热器的进汽通过管路来自高压缸2的抽汽；高压缸2的排汽通过管路分为二路，第一路为第4个高压加热器的进汽，第二路进入锅炉6再热后进入中压缸3；第5个高压加热器的进汽通过管路来自中压缸3的抽汽，除氧器11的进汽通过管路来自中压缸3的抽汽；中压缸3的排汽通过管路分为二路，第一路为第1个低压加热器的进汽，第二路进入低压缸4；第2、3、4和5个低压加热器的进汽通过管路来自低压缸4的抽汽；低压缸4的排汽通过管路进入凝汽器13形成凝结水，凝结水从凝汽器13流出后通过凝结水泵（未标记）进入低压加热器组12……进行循环利用。本实施例中，外置式蒸汽冷却器8有3个，依次串联，分别设于第2、第3和第5个高压加热器与主汽轮机相连的管路上，且外置式蒸汽冷却器8作为二氧化碳加热装置。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于：实施例一中，外置式蒸汽冷却器8作为二氧化碳加热装置，而实施例二中，一部分高压加热器作为二氧化碳加热装置。

本实施例中，如图2所示，所述高压加热器组10中的1个或多个高压加热器作为二氧化碳加热装置，作为二氧化碳加热装置的高压加热器的进气为二氧化碳，二氧化碳被该高压加热器加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功；所述高压加热器组10中的其余高压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机。

通常，高压加热器中流通的两路换热介质是：一路流通的是从主汽轮机进入高压加热器组10的高温蒸汽，另一路为流向锅炉的水，水与高温蒸汽进行热交换，水被加热。而本实施例中，其中的1个或多个高压加热器作为二氧化碳加热装置，此时，高压加热器中流通的两路换热介质是：一路通入的是二氧化碳，另一路为流向锅炉6的水，水与二氧化碳进行热交换，二氧化碳被加热，二氧化碳被加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功。其余的高压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机（水与高温蒸汽进行热交换，水被加热）。作为优选，从二氧化碳透平7排出的二氧化碳被二氧化碳加压泵通入对应的高压加热器，进行循环利用。

在其中一实施例中，如图2所示，高压加热器组10有6个高压加热器，其中1个高压加热器作为二氧化碳加热装置，其余5个高压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机（参见实施例一）。

进一步的，所述高压加热器组10与主汽轮机之间的管路上设有外置式蒸汽冷却器8，所述外置式蒸汽冷却器8用于加热通向锅炉6的水。本实施例中，外置式蒸汽冷却器8中流通的两路换热介质是：一路流通的是从主汽轮机流向高压加热器组10的高温蒸汽，另一路是从高温加热器组10中流出的流向锅炉6的水，水与高温蒸汽进行热交换，水被加热后流向锅炉6。本实施例中，如图2所示，外置式蒸汽冷却器8有3个，依次串联，分别设于第2、第3和第5个高压加热器与主汽轮机相连的管路上。

实施例三

实施例三与实施例二基本相同，不同之处在于：实施例二中，一部分高压加热器作为二氧化碳加热装置，而实施例三中，一部分低压加热器作为二氧化碳加热装置。

本实施例中，如图3所示，所述低压加热器组12中的1个或多个低压加热器作为二氧化碳加热装置，作为二氧化碳加热装置的低压加热器的进气为二氧化碳，二氧化碳被该低压加热器加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功；所述低压加热器组12中的其余低压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机。

通常，低压加热器中流通的两路换热介质是：一路流通的是从主汽轮机进入低压加热器组12的高温蒸汽，另一路为流向锅炉6的水，水与高温蒸汽进行热交换，水被加热。而本实施例中，其中的1个或多个低压加热器作为二氧化碳加热装置，此时，低压加热器中流通的两路换热介质是：一路通入的是二氧化碳，另一路为流向锅炉6的水，水与二氧化碳进行热交换，二氧化碳被加热，二氧化碳被加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功。其余的低压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机（水与高温蒸汽进行热交换，水被加热）。作为优选，从二氧化碳透平7排出的二氧化碳被二氧化碳加压泵通入对应的低压加热器，进行循环利用。

在其中一实施例中，如图3所示，低压加热器组12有6个低压加热器，其中1个低压加热器作为二氧化碳加热装置，其余5个低压加热器的进汽通过管路来自主汽轮机（参见实施例一）。

实施例四

实施例四与实施例三基本相同，不同之处在于：实施例三中，一部分低压加热器作为二氧化碳加热装置，而实施例四中，二氧化碳加热装置为设置于锅炉6的废热管路上的热交换器。

本实施例中，所述二氧化碳加热装置为设置于锅炉6的废热管路上的热交换器，二氧化碳被二氧化碳加热装置加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功。

本实施例中，所述二氧化碳加热装置（热交换器）中流通的两路换热介质是：一路从锅炉6排出的废热气体，另一路通入的是二氧化碳，二氧化碳与废热气体进行热交换，二氧化碳被加热后通过管路进入二氧化碳透平7做功。作为优选，从二氧化碳透平7排出的二氧化碳被二氧化碳加压泵通入二氧化碳加热装置，进行循环利用。

本实施例将燃煤发电厂的低品质余热进行利用，有效实现电厂热量的梯级利用。

实施例五

实施例五与实施例一基本相同，不同之处在于：实施例一中，汽轮机发电机组为二次再热机组，而实施例五中，汽轮机发电机组为一次再热机组。

在其中一实施例中，如图5所示，主汽轮机包括超高压缸2、中压缸3和低压缸4。高压加热器组10有3个高压加热器，其中，第1个高压加热器的进汽通过管路来自高压缸2的抽汽、第2个高压加热器的进汽通过管路来自高压缸2的排汽、第3个高压加热器的进汽通过管路来自中压缸3的抽汽。低压加热器组12有4个低压加热器，第1个低压加热器的进汽通过管路来自中压缸3的排汽、第2、3和4个低压加热器的进汽通过管路来自低压缸4的抽汽。如图5所示，汽轮机发电机组的回热系统的工作原理是：通过管路通向锅炉6的水依次流经低压加热器组12（从第4个低压加热器依次流向第1个低压加热器）、除氧器11、给水泵（未标记，给水泵连接于除氧器11与高压加热器组10之间）、高压加热器组10（从第3个高压加热器依次流向第1个高压加热器）、然后进入锅炉6；水被锅炉6加热为高温高压蒸汽通过管路进入高压缸2；第1个高压加热器的进汽通过管路来自高压缸2的抽汽；高压缸2的排汽通过管路分为二路，第一路为第2个高压加热器的进汽，第二路进入锅炉6再热后进入中压缸3；第3个高压加热器的进汽通过管路来自中压缸3的抽汽，除氧器11的进汽通过管路来自中压缸3的抽汽；中压缸3的排汽通过管路分为二路，第一路为第1个低压加热器的进汽，第二路进入低压缸4；第2、3和4个低压加热器的进汽通过管路来自低压缸4的抽汽；低压缸4的排汽通过管路进入凝汽器13形成凝结水，凝结水从凝汽器13流出后通过凝结水泵（未标记）进入低压加热器组12……进行循环利用。本实施例中，外置式蒸汽冷却器8有1个，设于第3个高压加热器与主汽轮机相连的管路上，且外置式蒸汽冷却器8作为二氧化碳加热装置。

实施例六

实施例六与实施例二基本相同，不同之处在于：实施例二中，汽轮机发电机组为二次再热机组，而实施例六中，汽轮机发电机组为一次再热机组。如图6所示。原理参见实施例二与实施例五，不再赘述。

实施例七

实施例七与实施例三基本相同，不同之处在于：实施例三中，汽轮机发电机组为二次再热机组，而实施例七中，汽轮机发电机组为一次再热机组。如图7所示。原理参见实施例三与实施例五，不再赘述。

实施例八

实施例八与实施例四基本相同，不同之处在于：实施例四中，汽轮机发电机组为二次再热机组，而实施例八中，汽轮机发电机组为一次再热机组。如图8所示。原理参见实施例四与实施例五，不再赘述。

综上所述，采用本发明的一种热量综合利用的联合系统，本发明由燃煤发电厂的常规的具有回热系统的汽轮机发电机组和二氧化碳透平共同组成的系统,利用汽轮机发电机组的回热系统中的设备提供加热二氧化碳的热源，被加热后的二氧化碳进入二氧化碳透平做功。二氧化碳透平使用超临界二氧化碳布雷顿循环，或将燃煤发电厂的低品质余热进行利用，有效实现电厂热量的梯级利用；或将燃煤发电厂的高品质热量进行利用，提高整个电厂的循环效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。